HXD3型电力机车低压电器柜的论文.docx
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HXD3型电力机车低压电器柜的论文
HXD3型电力机车低压电器柜的
检修与维护
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学号：
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专业班级：
铁道机车车辆培训2班
指导教师：
楚万喜
摘要
由于电力机车电器安装在运行的电力机车上，而电力机车内部空间又极为有限，因此，电力机车电器的工作条件与一般工业企业用电器截然不同。
电力机车电器要承受连续而强烈的机械振动和断续的机械冲击，并且电器所处环境的温度和湿度变化很大，电力机车在正常工作时电器操作频繁，所以尽管电力机车电器的工作条件十分恶劣，但也要必须保证他具有最大的可靠性，其要求是：
准确可靠、质轻体小、经济耐用、易造易修。
HXD3型交流大功率电力机车是以进行大型货运为目的，采用PWM矢量控制技术的最新技术的同时，尽量考虑对环境的保护，具有启动（持续）牵引力大、恒功率、速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。
采用微机网络控制系统，电器高度集成化、模块化，实现了逻辑控制、自诊断功能、机车的网络重联功能。
机车电器充分考虑能够在中国全境范围内运行为前提，满足环境温度在-40℃～+40℃下正常工作，大大减少了维修的工作量。
关键词：
电力机车低压电器；电器的检修；HXD3型电力机车电器
1.1HXD3型机车概述........................................................................................................................2
1.2HXD3机车总体............................................................................................................................3
1.3HXD3机车技术特点....................................................................................................................3
引言
低压电器柜上安装的主要是机车辅助电路和控制电路的一些电器设备，通用型电器包括电磁接触器、真空接触器、中间继电器、时间继电器、三相自动空气开关等，也安装了劈相机启动继电器等机车专用电器。
而这些电器设备是否能够正常工作，直接影响主、辅线路能否正常工作，亦即影响机车正常工作。
因此，对其性能也提出了相应的要求，主要保证行车的安全、便于操纵、运用、维修，尽量减少电器设备，以达到最佳的经济指标。
随着科学技术的发展，这些电气设备已经屏柜化、自动化，提高了其工作可靠性，使检修和维护也变得十分方便与容易。
1绪论
1.1HXD3型机车概述：
今天，随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，功率半导体电力变换技术得到迅速发展，电传动及控制技术进入了交流传动和网络控制的时代。
网侧功率因数提高到0.98，谐波电流大大减少，制动时可以把机车的动能转化为电能反馈到电网中去。
机车实现了轴控，提高了机车的牵引能力。
HXD3型电力机车项目从2004年开始启动，2006年通过型式试验，2006年12月8日交付使用，2007年实现了大批量生产。
目前该车在武汉、上海、济南、北京等铁路局已经替代了SS4和SS3型电力机车，担当主要牵引任务。
HXD3型交流传动电力机车为交流传动货运机车，在HXD3型电力机车研制过程中采用了国内外成熟、可靠的新技术，机车以在中国国内主干线上进行大型货运牵引为目的，采用6轴货运大功率交流传动电力机车设计平台，采用PWM矢量控制、密闭式牵引变压器及整体驱动装置等新技术，尽量考虑对环境保护，减少维修工作量。
另外，考虑能够在中国全境范围内运行，机车满足环境温度在-40℃～40℃，海拔高度在2500m以下的条件。
机车可以3组机车重联控制运行。
该机车能够满足我国铁路重载、快捷货物运输的需要。
HXD3型电力机车轴式为C0-CO,机车全长约20.846m，机车轴输出功率7200KW，最大起动牵引力570KN,最大持续牵引力400KN，最高运行速度120km/h，最大试验速度132km/h，机车总重量150t/138t。
HXD3型电力机车外观图见图1-1。
图1-1HXD3型电力机车外观图
1.2HXD3机车总体
HXD3型电力机车是按我国铁路重载货运要求的交流传动货运电力机车，为保证机车的重量分配，机车的部件牵引变压器下悬式安装在车体下中心部位，牵引变流装置安装在车体上的中心部位。
机车采用中间走廊，各种屏柜和辅助机组分别按功能对称布置在中间走廊的两侧；车体结构按单机牵引5000t，重联牵引20000t进行结构强度设计，沿车钩中心线水平位置能够承受3400KN的纵向静压力和2700KN的静拉力；电气传动系统采用交-直=交传动形式、IGBT水冷变流机组和密闭式牵引变压器；网络控制系统采用分布式计算机体系结构，外重联采用高速以太网；转向架驱动装置采用铸造齿轮箱体与交流牵引电机组成一体结构；制动系统采用先进的网络控制电控制动系统等。
机车具有技术领先、可靠性高、检修容易、维护成本低、节能环保等特点。
1.3机车技术特点：
HXD3型交流传动电力机车为交流传动货运机车，机车全长约20.846m，机车轴输出功率7200KW，最大起动牵引力570KN，最高运行速度120km/h。
机车的主要特点如下：
轴式为C0-C0，电传动系统为交直交传动，采用IGBT水冷变流机组，1250kW大转矩异步牵引电动机，具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。
辅助电气系统采用2组辅助变流器，能分别提供VVVF和CVCF三相辅助电源，对辅助机组进行分类供电。
该系统冗余性强，一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。
采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能，而且实现了机车的网络重联功能。
总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，电气屏柜和各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧；采用了规范化司机室，有利于机车的安全运行。
车体的主要作用是承受上部载荷和传递机车牵引力；同时车体又是机车各动力机组和设备的安装基础；并要为乘务人员提供工作场所，因此，要求为乘务员提供良好的工作环境的同时，更为重要的是要求车体钢结构具有足够的强度和刚度。
采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构，有利于提高车体的强度和刚度。
转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构，二系采用高圆螺旋弹簧；采用整体轴箱、推挽式低位牵引杆等技术。
采用下悬式安装方式的一体化多绕组（全去耦）变压器，具有高阻抗、重量轻等特点，并采用强迫导向油循环风冷技术。
采用独立通风冷却技术。
牵引电机采用由顶盖百叶窗进风独立通风冷却方式；主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式铝板冷却器，由车顶直接进风冷却；辅助变流器也采用车外进风冷却的方式；另外还考虑了司机室的换气和机械间的微正压。
采用了集成化气路的空气制动系统，具有空电制动功能。
机械制动采用轮盘制动。
采用了新型的模式空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制动系统阀件的故障率。
1.4电力机车电器检修的意义
机车在运行过程中，由于高速运行受到冲击、振动、摩擦及腐蚀，经过一段时间的运用以后，各部分构件都会发生磨耗、变形、老化或者损坏。
当机车的电器零部件出现耗损失效时，便会发生故障，影响机车的正常使用，严重者甚至危及行车安全。
因此，为了保证机车正常工作，延长机车使用期限，对机车进行日常保养和检修是十分必要的。
电力机车投入运用一段时间后，要及时在电力机务段或修理厂对电力机车进行必要的处理和检修，以恢复机车零部件的运用技术状态，使电力机车正常运行。
做好电力机车检修工作有着极其重要的意义：
（1）保证行车安全和正常的运输秩序，避免由于机车质量引起的各种行车事故，避免造成人员伤亡和重大经济损失。
（2）提高机车检修质量，可减少机破事故，缩短机车检修时间，使更多的机车能够投入运营，充分发挥电力机车效益，提高铁路运输效益。
（3）为电力机车设计、制造、改进提供实践依据，不断提高机车技术水平。
随着电力机车检修工作经验的不断积累，总结电力机车零部件损坏和掌握其内在规律，为改进和提高电力机车设计、制造工艺水平、检修制度及制订电力机车检修工艺文件提供可靠详实的依据，使机车的技术质量达到更高的水平。
1.5电力机车电器检修的任务
电力机车低压电器柜检修的任务是恢复、消除机车电器各零部件在运用中出现的变化和损伤，恢复其工作性能，使机车保持良好的技术状态，以满足铁路运输的需要。
目前，检修工作的主要任务包括以下几个方面：
（1）对机车电器零部件的损伤规律进行系统的研究和分析，找出损伤的原因，作为制订修理制度、组织机车修理和选择合理修理工艺的依据。
（2）制订正确的修理制度，确定各种修程、修理周期和修理范围，正确组织机车电器的日常维护、保养和定期检查修理，以确保运用机车处于良好的技术状态。
（3）合理规定机车电器修理的技术条件和质量要求，合理制订修理尺寸限度，以保证机车检修质量和降低修理成本。
（4）按照电力机车检修规程，选择先进的修理方法。
不断采用新技术、新材料和新工艺，以提高机车检修质量，缩短机车在修停留时间，提高运输经济效益。
（5）针对电器各种损伤产生的原因，提出改进机车电器设计、制造方面的建议。
2HXD3型电力机车低压电器
2.1HXD3型电力机车低压电器结构与布置
2.1.1概述
因为HXD3型电力机车为大功率交流传动电力机车，考虑将主电动机驱动控制相关的1台主变压器以及2组主变流装置配置在机车心脏部位的机车中央部位。
质量较重的主变压器悬挂安装在车体下中央部位，主变流装置设置在机械室中央通道的两侧。
为了同时对主变压器以及主变流装置进行冷却，在尽可能近的部位设置由轴流通风机和冷却器构成的2组复合冷却器、连接配管，以尽可能有效地进行冷却。
为了使机车前后、左右平衡，以机车中央为中心设置质量较大的主变压器、主变流装置、复合冷却装置。
2.1.2主变流装置和复合冷却装置（CCT）的设备布置
主变流装置的输入端子部位最好能直接连接在主变压器的2次端子上。
主变压器的2次端子的排列方法（排列顺序）和主变流装置的主回路端子的排列方法要一致。
（1）在机械室内将主变流装置和CCT作为一个统一的单元进行装配，（装配采用平面写对称布置），是车体中心左右的重量分配平衡。
（2）CCT和主变流装置相连接的牵引控制系统是左右配置的，按照下述内容可以将顶盖分为两个端部部分、中央部分，即3部分可拆卸的顶盖。
两端拆卸顶盖装有受电弓，设计相同，中央拆卸顶盖在保护主变流装置和CCT部的顶盖部位，车顶上设置有高压电器设备。
2.1.3其他低压、控制类设备的布置
如图2-1，在1端侧集中设置的低压、控制类的设备有TCMS、低压电器部件、ATP等设备。
如此设置有利于下述
（1）、
（2）所示的内容。
图2-1
（1）装置间的布线尽量减到最短，方便布线。
（2）使特别高压、低压、传送信号类等各种配线不混淆、提高可靠性，从而使故障、错误操作降低到最小限度。
2.2HXD3型电力机车的变流装置
2.2.1概述
每台机车装有两台变流装置，每台变流装置内含有三组牵引变流器和一组辅助变流器，使其结构紧凑，便于设备安装。
为了提高装置的小型化及冷却性能，牵引变流器采用强制循环水冷方式。
这种方式具有冷却效果好、无污染、重量轻、结构上维修方便等特点，是国际上流行的冷却方式。
冷却液采用亚乙基二醇纯水溶液，确保在零下四十度不冻结。
另外，牵引变流器的冷却液和主变压器（Mtr）的冷却油经过复合冷却器循环，依靠复合冷却器风机进行强制风冷。
辅助变流器（APU）单独采用强制风冷方式。
每组牵引变流器由一个四象限和一个逆变器组成。
整流器单元使用了模块化IGBT元件，采用脉宽调制（PWM）方式、两点式电压型，通过高次谐波整流和错开各组控制载波的相位，从而降低高次谐波和提高功率因数。
逆变器单元同整流器单元一样使用模块化IGBT元件、实现单元的标准化。
通过采用IGBT元件和32bit高速演算控制装置的配合，采用矢量控制方式，来实现电机转矩的控制，达到快速响应，提高粘着利用率和实现空转滑行保护控制。
辅助变流器是辅助电动机供电电路的核心。
APU向牵引通风机电机和压缩机电机等辅助机器供给三相交流电，具有变压变频（VVVF）控制和恒压恒频（CVCF）两种控制方式。
两台复合冷却器风机和六台牵引通风机电机为了确保适应机车状况的冷却风量和降低运转声音，按照VVVF控制模式进行设定。
APU通过使用IGBT的PWM整流器单元把从主变压器三次线圈供电的交流电转换为恒定电压的直流电，在供给由IGBT构成的逆变器单元，通过逆变器转换为三相交流。
机车共设有两套辅助变流器UA11、UA12。
在正常情况下辅助变流器UA11、UA12全部工作，基本上以50%的额定容量工作，辅助变流器UA11工作在VVVF方式，辅助变流器UA12工作在CVCF方式，分别为机车辅助电动机供电。
当某一套辅助变流器发生故障时，不需要切除任何辅助电动机，另一套辅助变流器可以承担机车全部的辅助电动机负载。
此时，该辅助变流器按照CVCF方式工作，从而确保机车辅助电动机供电系统的可靠性。
2.2.2结构与布置
两台变流装置分别布置在机车中部、中间走廊的两侧。
变流装置采用封闭的箱型结构，除复合冷却器相连接的管路外，其他器件都安装在箱体内部。
在装置的左上段，从上依次为1组、2组、3组设备，从左至右依次设置着逆变器单元、滤波电容、整流器单元。
在装置的左下段，设置着泵、储存箱等循环水冷用品。
在装置的中央下段，设置着主回路装备端子台，在上面设置着保险丝、电磁接触器、交流接触器；在里面为充电电阻器及主回路线配线空间。
在装置的右上段，设置着OVTR单元、DCPT盘、APU控制单元、I/F单元、非保险丝断路器；在里面设置着GR盘、同步变压器、噪音过滤器。
另外在APU控制单元、I/F单元、DCPT单元、OVTR单元的下侧设置着加热盘，当周围温度比较低时，为各零件加暖。
在装置的右中段，设置着CI控制单元；在里面设置着OVRe盘、继电器盘。
最右侧的里面是风洞，向电动送风机供风。
另外在CI控制单元的下侧设置着风扇加热盘、在右侧面设置着加热盘，当周围温度比较低时，为各零件加暖。
在装置的右下段，设置着APU逆变器单元、APU整流器单元及滤波电容。
另外、里面是风洞，通过在右侧里面设置的电动送风机进行APU逆变器单元和APU整流器单元的强制风冷。
在APU逆变器单元和APU整流器单元的下侧，设置着加热盘。
在装置右侧设置着控制回路连接器（从CN1到CN5）。
2.2.3冷却系统
（1）整流器单元、逆变器单元的冷却
冷却方式：
强制循环水冷方式
冷却介质：
纯水45%—亚乙基二醇55%溶液
冷却液通过设置在变流装置内的泵（WP）进行循环。
通过在变流装置外部的复合冷却器冷却的冷却液从变流装置左侧的入口流回变流装置，沿配管进入存储容器（ST—TANK）。
通过存储容器的冷却液，在经过泵之后被分为三路，分别流入1至3组的分流管。
每路冷却液在每一组在分成7个分支，通过与散热片交换热量来冷却半导体元件。
冷却半导体元件的冷却液在一根总管内汇集，从装置左侧面的出水口流出变流装置，返回复合冷却器，在冷却。
通过冷却液反复的循环，来冷却半导体元件。
（2）APU整流器单元和APU逆变器单元的冷却
冷却方式：
强制风冷方式
冷却风通过设置在变流装置内的送风机（APBM）来提供。
从变流装置天棚侧进入的冷却风，被装置右下部的电动送风机吸入，向左侧吹出，按照APU整流器单元散热片→APU逆变器单元散热片的顺序冷却，从装置中央内底部面的排风口吹出装置外部。
在各散热板上，直接安装IGBT，起防止温度上升的作用。
2.2.4检修与维护
在维护保养时，常伴有危险发生，所以在事前一定要充分注意执行人员的安全和设备的保护，特别是对充电部件的检查中，确认确认切断电路并已经可靠接地，请切实进行残留电荷的放电工作。
检修时要注意以下几点：
（1）试验和作业前必须切断高压电路。
切断主电路器，受电弓下降后，闭合变流装置试验开关，通过运行显示器确认装置内的电容器放电（15V以下）。
（2）为了机器内部的散热，在本装置背面上部盖以及背面下部盖上设置12×12的方孔。
因为有高压触电的危险，所以在高压充电中要充分注意绝对禁止将突出物等物件插入方孔的行为。
（3）机器装置停止运转后，仍有暂时过热的部件，一旦触摸就有被烧伤的危险。
虽然根据气温而有所不同，但是请充分冷却后（30分以上）在开始作业。
（4）装置内也包含较重的设备。
20kg以上的重物要恰当使用起重机等，请留意重心位置进行安全作业。
（5）检查后如需要更换零件、机器时，请使用规定的产品。
（6）检查、维护保养、修理后，请检查确认在装置内是否遗留了使用的工具等物件。
（7）请不要坐在装置、配管上。
（8）根据标准紧固扭矩进行螺栓的紧固。
（9）请不要用手直接触摸组装在安装座上的部件和连接器端子。
请慎重使用电路板和端子，并特别注意不要污损。
检查电路板时请充分注意静电。
请将电路板放入防静电袋中进行保管和搬运。
（10）不要轻易用手触摸光纤。
请不要将光纤过度弯曲，弯曲半径不能再50mm以下。
请不要将光纤接近照明设备等发热物体。
2.3HXD3型电力机车电器控制柜
2.3.1结构与布置
如图2-2所示，正面上部配置自动开关（MCCB）和万能转换开关（SW）类、电压表。
上段自动开关（MCCB）：
送风机、回转机类的大型自动开关（MCCB）
中段自动开关（MCCB）：
控制电路等的小型自动开关（MCCB）
下段自动开关（MCCB）：
空调等辅助电路用自动开关（MCCB）
另外，机车启动的时候，为了便利，与蓄电池电压表相同的段的左端配置蓄电池用的自动开关（MCCB），辅助压缩机启动按钮。
主变换装置、辅助电源装置用的接地开关和配置外部电源切换开关的部分，为了安全，设置了带连锁装置的平开门。
VCB断开，受电弓降下后，在屋顶的接地开关向接地侧旋转手柄，将主电路在车体上接地，只有处于安全的状态时，能够从接地装置上拔出黄色的钥匙，就能够打开平开门。
功率表安置在正上面左下的罩内。
图2-2
装置的背面侧排列了辅助电路用的负荷接触器，为了安全，设计了螺纹止回式的罩。
装置的背面和侧面的上部，配置了6个控制电路的单手柄式27芯接头。
装置背面的下部，配置了主电路、辅助电路用的端子台。
2.3.2维护与检查
除蓄电池等的普通操作自动开关外，基本上所有的自动开关置于接通位置，要避免不需要的接通断开。
关于自动开关，不需要通常的保养。
要确认配线状态和安装状态没有异常。
尤其自动开关的电线连接部的螺丝，通过线的磨合，有松动的可能，所以配线的状态，如果发现松动，要立刻上紧。
有关接触器、继电器类，要按照另行规定的交换周期进行交换。
其他电器，要按照各自的电器保养说明进行维护。
2.4HXD3型电力机车TCMS/ATP柜
2.4.1组成
此装置有上下2层构成，上层为TCMS装置，下层ATP装置。
装置正面通过合页形成了可开闭，上下独的平开门。
打开上半部分的平开门，有TCMS装置的控制单元主体和继电器盘。
背面是螺钉固定式罩，打开这个盖后，接口盘在上下2层配置。
下层的ATP装置，除LKJ2000型以外，配置了TAX2，JT1.Z2-A,CS.JH-S9，JHJY1-K25。
配线用的连接端子总括在装置背面上部，全部采用一次操作式的27芯连接端子。
而且，关于ATP装置用的导线的一部分，不通过装置上部的27芯连接端子，直接连接。
2.4.2维护与保养
目视确认连接器，配线等是否松动。
通常不需要其他维护。
卸下TCMS的控制单元时，拆下连接器后，不可以有作业干扰，一旦在装置上部的架子上抬起了连接器，两个人作业要慎重取出。
另外，为了不让灰尘进入装置内部，控制单元要存放在清洁的场所。
再次安装装置的时候，将连接器同样地抬到上部的架子上，两人作业时要慎重装载。
连接器要按照编号顺序和颜色顺序正确地插入。
详细内容按照TCMS装置、ATP装置的各自维护标准。
3继电器
3.1概述
3.1.1继电器的定义及组成
1、继电器的定义及作用
继电器是根据某种输入信号（输入量）接通或断开小电流控制电路，实现远距离自动控制和保护的自动控制电器。
在电力机车上，继电器用于控制电路中，具有控制、保护、或转换信号的作用。
2、继电器的组成
（1）结构组成
对于有触点的接触器，从其结构组成方面可认为是由触头装置和传动装置（一般没有灭弧装置）组成。
（2）原理组成
继电器根据外界输入的一定信号来控制相应电路中电流的“通”与“断”，为了完成它的特定使命，继电器一般由测量机构、比较机构和执行机构等部分组成。
对于大部分继电器来说，输入量可以使电量，如电压、电流、阻抗、功率等，也可以是非电量，如压力、速度、温度等。
输入量可以是一个量，也可以是两个或多个量。
测量机构是反映继电器输入量的装置，用于接收输入量，并将其装换成继电器工作所必需的物理量。
例如电磁型继电器，测量机构是线圈和铁芯构成的磁系统，用来测量输入电量的大小，并在衔铁上将电量的大小转换成相应的电磁吸力。
比较机构的作用是将输入量（或转换量）与预设的整定值进行比较，根据比较结果决定执行机构是否动作。
例如电磁型继电器的反力弹簧等。
当电磁吸力大于反力弹簧的反力时，衔铁吸合，执行机构动作；当电磁吸力小于反力时，衔铁不吸合，执行机构不动作，没有输出。
一般可以在比较环节上调整（整定）继电器的动作值。
执行机构是反映继电器输出的装置，它作用于被继电器控制的相关电路中，以得到所必需的输出量。
执行机构根据比较的结果决定动作与否。
如有触点电器中触点的分、合动作，无触点电器中晶体管的饱和、截止两种状态，执行机构的动作与否能实现对电路的“通”、“断”控制。
输出量往往是电量。
不管输入是何种形式的物理量，根据比较结果（即执行机构的动作状态）决定是否有输出量。
3.1.2继电器的工作原理
现以图5-1所示的有触点电磁式继电器为例，说明继电器的工作原理。
测量机构执行机构被控电路
图5-1
继电器由测量机构、比较机构、执行机构组成。
它的电磁机构是测量机构，触头是执行机构。
测量机构接收输入量（电流或电压等信号），并将其转变为继电器工作所必须的物理量（电磁吸力）；通过比较机构进行比较，当达到其动作参数或释放参数（电磁吸力大于或小于反力）时，促使执行机构动作（触头的闭合或断开）。
接通被其控制的电路，从而得到一个输出电压。
继电器的输入量与输出量之间有一特定的关系，这就是继电器最基本的输入—输出特性，亦称继电特性。
图3-3为具有常开接点继电器的继电特性，输入量用X来表示，输出量用Y表示。
由上述工作原理分析可见，继电器的继电特性是由连续输入、跃变输出的折线组成，只要某装置有该输入—输出特性就称为继电器。
图中Xdz称为继电器的动作值，Xfh称为继电器的返回值。
3.1.3继电器的特点
在电力机车上，继电器只用于控制电路，一般不直接控制主电路或辅助电路，而是通过接触器或主、辅电路中的其他电器对主电路及辅助电路进行控制。
同接触器相比较，继电器具有以下特点：
1、继电器触头容量小，一般采用点接触形式，没有灭弧装置，体积和重量也比较小。
2、继电器的灵敏度要求极高，输入、输出量应易于调节。
3、继电器能反应多种信号（如各种电量、速度、压力等），其用途很广，外形多样化。
4、继电器不能用来开断主电路及大容量的控制电路。
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