完整word版BVACN99D型真空断路器.docx

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完整word版BVACN99D型真空断路器

第一章功能及用途

第二章结构及工作原理

第三章主断控制回路分析

第四章常见故障

第五章故障原因分析及处理流程

1功能及用途

1.1功能

BVAC.N99D真空断路器是单极交流真空断路器，该电器设备主要用于主电路开断和接通，同时还可以用于过载保护和短路保护，是一种保护电器。

图1.1BVAC.N99D真空断路器

真空断路器有三个主要的组成部分：

a、上面是高压电路部分；

b、中间是与地隔离的绝缘部分；

c、下面是电空机械装置和低压电路部分

1.2技术参数

技术参数

备注

额定电压

30kV

标称电压

25kV

额定频率

50Hz—60Hz

额定工作电流

1000A

额定短路接通能力

40kA

额定短路开断能力

40kA

额定短时耐受电流

25kA/1s

机械寿命

25万次

热电流

1000A

开断容量t

600MVA

固有分闸时间

20ms～60ms

标称控制电压

DC110V

标称闭合功率

200W

标称保持功率

50W

额定工作气压

450kPa～1000kPa

每次合闸的耗气量

2.5dm3

绝缘子爬电距离

垂直绝缘子：

≥1020mm

水平绝缘子：

≥1067mm

绝缘间隙

≥310mm

重量

148kg

防护等级

EN60529

火灾保护

DIN5510

温度

-40°C～+70°C

空气湿度

EN50125

风压

EN50125

污垢，灰尘

EN60721

电磁阀工作温度

-40°C～+70°C

压力开关工作温度

-40°C～to+70°C

表1.1主断路器的技术参数

2结构及工作原理

2.1结构

BVAC.N99D真空断路器如图2.1所示。

主要由高压回路、支持绝缘子、控制结构和合闸装置构成。

图2.1BVAC.N99D真空断路器部件构成图

序号说明

1高压输入端

2水平绝缘子

3真空泡

4触头弹簧机构

5高压输出端

6弹簧导向机构

7铭牌

8垂直绝缘子

9快速脱扣机构

10储风缸

11

调压阀

12

电磁阀

13

传动气缸

14

保持线圈

15

辅助触头

16

控制单元板

17

连接器

18

底板

2.1.1高压回路

主断路器的高压回路主要包括如图2所示的高压输入端、水平绝缘子、真空泡、触头弹簧机构、高压输出端、弹簧导向机构等。

其中，真空泡用来开断交流电弧。

灭弧室通过密封来与大气隔离。

两个主触头安装在真空泡内部，一个是静触头，另一个是动触头。

动触头的动作是由电空机械装置（BR）来控制，在分合闸过程中，该动作机构中的导向装置（TR）实现动作时的稳定性和方向性。

2.1.2垂直绝缘子和控制机构

主断路器的垂直绝缘子安装在底板上，起支持和绝缘作用。

绝缘操纵杆通过绝缘子中心，连接电空机械装置和动触头。

O形密封圈紧靠在底板边缘的凹槽中以保证断路器与车顶之间的密封。

电空控制机构,此装置安装在机车内部的底板上，用于控制动触头的动作。

2.1.3合闸装置本装置带有空气管路，在动触头快速合闸过程中提供必需的压力。

该电空管路包括装在储风缸边上用以保持恒定空气压力的调压阀；用于监控断路器合闸的储风缸必须提供的最小压力的压力开关；用于控制压力气缸内的气流量的电磁阀；传动气缸最终把空气压力转化为机械作用力。

通过电磁阀调定的气流量来保证合适的合闸速度，驱动系统的运动速度取决于该气流量。

高压气体由传动气缸通过电磁阀向外泄放。

该系统同时还能保证断路器分闸时的快速脱扣和分断。

当保持线圈电流被切断（控制电源失电），断路器分闸，快速脱扣通过恢复弹簧和触头压力弹簧来实现。

通过此系统，在失电和停气时保证主断路器的可靠分闸。

在传动气缸的冲程末端，因为动作的快速性而产生空气的压缩，这就限制了分闸时快速脱扣装置的振动，保证了其方向性和稳定性。

2.2工作原理

2.2.1主断路器的合闸

只有满足如下条件，BVAC.N99D真空断路器才能闭合：

a）断路器必须处于断开状态；

b）必须有充足的气压；

c）保持线圈必须处于得电状态。

主断路器的合闸步骤如下：

图2.2合闸过程（开断时刻）

a）按“开/关”键；

图2.3打开电磁阀

b）电磁阀得电；

电磁阀得电后，压缩空气由储风缸进入传动气缸；

图2.4打开电磁阀

c）动触头随着活塞的移动而运动；

d）恢复弹簧压缩；

e）主触头闭合；

f）触头压力弹簧压缩；

图2.5触头动作压力

g）活塞到达行程末端；

h）保持线圈在保持位置得电；

i）电磁阀失电；

j）传动气缸内的空气排出，主断路器闭合。

图2.6闭合

2.2.2主断路器的分闸

在任何情况下，只要控制电源失电，主断路器就处于开断状态（控

制开关“开/关”打开，参考控制示图）主断路器的分闸步骤如下：

a）保持线圈失电；

图2.7电磁保持线圈失电

b）活塞在弹簧力作用下移动（触头压力弹簧和恢复弹簧）；

图2.8开断

c）主触头打开，真空灭弧室灭弧；

d）行程结束，活塞缓冲，主触头断开

2.3主断路器控制原理

2.3.1主断路器控制原理图

图2.9主断路器控制原理图

符号

说明

断路器的高压输出

HV1

端

断路器的高压输入

HV2

端

VST

真空泡V

BR

触头压力机构

TR

稳定机构

Rg

快速脱扣机构

Mm

保持线圈

K

传动气缸

EV

电磁阀

RE

储风缸

C1

压力开关

L

调压阀

P1

进风口

PA

调压阀排水口

PB

储风缸的排水口

CMDE控制单元

Caux辅助触头

ON/OFF控制开关—Ubat控制电源（负极）+Ubat控制电源（正极）

图2.10主断路器辅助触头

2.3.2连接器的接触触角：

1:

控制电源（负极）

2：

控制电源（正极）

3：

控制电源（负极）

4：

控制电源（正极）

5—6:

常闭辅助触头—G（W105—W106）

7－8:

常开辅助触头—A（W107—W108）

9-10:

常闭辅助触头—H（W109—W110）

11-12:

常开辅助触头—B（W111—W112）

16-17:

常开辅助触头—C（W116—W117）

18-19:

常开辅助触头—D（W118—W119）

21-22:

常闭辅助触头—I（W121—W122）

23-24:

常闭辅助触头—J（W123—W124）

25-26:

常闭辅助触头—K（W125—W126）

27-28:

常闭辅助触头—L（127—W128）

32-33:

常开辅助触头—E（W132—W133）

F:

压力开关（N112—N113）

2.3.3

低压连接器的插针

1：

控制电源（-DC）。

2：

控制电源（+DC）。

3：

控制电源（-DC）。

4：

控制电源（+DC）。

5-6：

辅助接点NC（常闭点）。

9-10：

辅助触点NC（常闭点）。

7-8：

辅助触点NO（常开点）。

11-12：

辅助触头NO（常开点）。

16-17：

辅助触点NO（常开点）

2.3.4主断内部辅助触点与外部电器连接

2.3.4.15-6：

辅助接点NC（常闭点）

主断分合记录

原理图：

=43/16.5）

主断状态“非”11Q01（原理图：

=21/11.8）

2.3.4.37-8

图2.129-10辅助接点NC（常闭点）

辅助触点NO（常开点）

本节主断状态11Q01（原理图：

=21/04.4）

2.3.4.41：

控制电源（-DC）2：

控制电源（+DC）

电源正负（原理图:

=21/03.4）

2：

控制电源（+DC）

图2.141：

控制电源（-DC）

2.4控制单元CMDEV原1理图

图2.15控制单元CMDEV原1理图

控制单元CMDEV原1理图说明:

1CDEVB印制电路板

2：

计数器

3：

电磁阀

4：

主触头

5：

压力开关

6：

外部电阻盒（72和110伏直流控制电源的情况下）

7：

保持线圈

AMP：

AMP连接器

2.5控制单元的时序图

图2.16控制单元的时序图

1：

主触头的状态。

2：

ON/OFF控制开关，闭合/断开断路器。

指令由机车时序控制给出

3：

电磁阀

ΔtEV：

电磁阀得电时间；ΔtEV=0.6s。

4：

保持线圈得电时间。

5：

主触头，高电压。

6：

辅助触头a（常开点）。

7：

辅助触头b（常闭点）。

Δtc：

合闸时间：

ON/OFF开关闭合开始到主触头闭合截止的时间；

ΔtO：

分闸时间：

保持线圈电流下降到零开始（IMm=0）到主触头断开的时间；ΔtO=20

—60ms。

ΔtNextC：

时间间隔，ON/OFF开关断开开始到下一次合闸的时间；

ΔtNextC≥3s。

2.6运动典型的合闸时间

1：

主触头

2：

触头压力机构的行程

3：

流过ON/OFF开关的总电流

A：

触头闭合

B：

触头弹簧的压缩量

C：

动触头的行程

D：

合闸电流

E：

保持电流

典型的分闸时间

图2.18典型的分闸时间

1：

主触头

2：

触头压力机构的行程

3：

通过ON/OFF开关的总电流A：

主触头断开

B：

触头弹簧释放量

C：

动触头的行程

D：

保持电流

2.7运动学运行条件

触头压力机构（A）和主触头（B）的运动情况：

图2.19运动学运行条件

U：

触头压力机构（BR）的总行程；U=20mm。

S：

新主触头的开距：

S=16毫米。

S'：

磨损主触头的开距。

VC：

合闸速度，VC=?

0.9m/s。

VO：

分闸速度，VO=?

1.4m/s。

0：

断路器断开。

0-1：

活塞加速运动。

2-3：

合闸时间（VC）相对应的速度。

3：

主触头闭合。

3-4：

磨损补偿和建立触头超程压力。

4-5：

建立磨损后的最小触头压力。

5-6：

断路器完成合闸。

6-7：

电磁和机械反应时间

7：

主触头断开。

7-8：

分闸时间（VO）对应的速度。

9：

机械阻尼。

断路器完成分闸。

1：

压缩机。

2：

冷凝器。

3：

调压阀。

4：

热干燥器。

5：

辅助风缸。

6：

止回阀。

7：

气压表。

8：

隔离阀。

9：

软管连接（P1）。

10：

储风缸的快排阀。

3主断控制回路分析

3.1主断路器回路构成及受电弓配置

每节机车安装一台主断（高压断路器），控制由硬件电路和软件部分组成。

硬件电路由主断主断硬线环、控制继电器和反馈信号构成；软件部分对继电器的控制由对应网络控制系统CCU程序模块执行完

成，取决于相关输入信号，由软件功能模块产生继电器控制输出信号。

3.1.1主断硬环线回路介绍

所谓的主断硬环线回路（以下简称主断环线）是指主断路器控制电路的硬线连接电路部分。

主断环线中串联有紧急按钮、高压接地开关、蓝钥匙、布赫继电器、CCU、牵引主流器TCU等主要设备。

其主要作用是实现通过多个保护控制环节控制主断路器允许中继=21-K04分断，最终控制分断主断路器，切断机车的高压电路。

单节机车的主断硬线环由布赫继电器，高压接地开关，副司机侧紧急按钮，司机紧急按钮，受电弓截止阀等5个器件辅助触点串联组成。

主断环硬线回路状态由CCU监控,各节车CCU根据数字量输入输出模块DXM32的E32_12检测状态，判断主断硬环线回路是否准备好或正常。

当E32_12检测的是高电平时，说明该节车的主断环线正常；当E32_12检测为低电平时，CCU判断为主断环线异常，采取分主断保护。

信号

描述

备注/部件

E3101

主断环硬线回路状态

1=闭合

0=断开

表3.1=21-K04定义

3.1.2主断控制继电器功能和配置

主断路器控制继电器主要包括21-K01、21-K02、21-K04、21-K06、

21-K07、21-K08。

它具有密封性好、闭合牢固等特点，每个控制继电器均设计了反馈信号节点，由CCU时时进行监测其工作状态。

每个继电器功能如表3.2（主断路器控制继电器功能表①），配置如表3.3（主断路器控制继电器配置表②）。

表3.2：

主断路器控制继电器功能表

序

号

代码

功能

备注1

备注2

反馈信号

1

21-K0

1

主断路器合中继：

需要自检

E32_03

2

21-K0

2

主断路器状态中继

需要自检

E32_10

3

21-K0

4

主断路器允许中继：

需要自检

E3211

4

21-K0

单机模式模式中继1（单

单机模式

需要自检

E32_02

6

节模式，高压不重联）：

时闭合

5

21-K0

单机模式模式中继2（单

单机模式

需要自检

E3202

7

节模式，高压不重联）：

时闭合

6

21-K0

8

本机主断模式中继（单

节模式，高压不重联）：

本机主断被配置时闭合

需要自检

E32_01

表3.2：

主断路器控制继电器功能表

表3.3：

主断路器控制继电器配置表

序号

机车

模式

主断路器

继电器

A节机车

B节机车

1

高压不重联

单节机车（A节）

21-K01

√

×

21-K04

√

×

21-K06

√

×

21-K07

√

×

21-K08

√

×

2

单节机车（B节）

21-K01

×

√

21-K04

×

√

21-K06

×

√

21-K07

×

√

21-K08

×

√

3

双机模式（A节和B节）

21-K01

√

√

21-K04

√

√

表3.3：

主断路器控制继电器配置表

3.1.3主断控制回路继电器与软件的联系

主断控制回路继电器（21-K01、21-K02、21-K04、21-K06、21-K07、21-K08）的控制取决机车的工作模式，其中21-K01继电器的直接控制是通过DXM33和DXM34模块实现，21-K06继电器（单机模式闭合）的直接控制是通过DXM33模块实现，21-K07继电器（单机模式闭合）的直接控制是通过DXM34模块实现，21-K08继电器（本机主断被配置时闭合）的控制是通过DXM38模块实现。

而（21-K01、21-K02、21-K04、21-K06、21-K07、21-K08）继电器的反馈信号均送至DXM32模块进行监测。

3.2受电弓简要配置说明

（1）受电弓选择开关置“后弓”位，受电弓搬键开关置“闭合”位，非操作端机车升弓，两节机车车顶隔离开关闭合；搬键开关置“分开”位，非操作端机车降弓，两节机车车顶隔离开关断开。

（2）受电弓选择开关置“前弓”位，受电弓板键开关置“闭合”位，操纵端机车升弓，两节机车车顶隔离开关闭合；搬键开关置“分

开”位，操纵端机车降弓，两节机车车顶隔离开关断开。

（3）受电弓选择开关置“双弓”位，受电弓板键开关置“闭合”位，两节机车均升弓，两节机车车顶隔离开关闭合；搬键开关置“分开”位，两节机车降弓，两节机车车顶隔离开关断开。

（4）受电弓选择开关置“自动”位，受电弓板键开关置“闭合”位，应升起它车受电弓，两节机车车顶隔离开关闭合；搬键开关置“分开”位，它车降弓，两节机车车顶隔离开关断开。

3.3主断控制回路构成及配置模式分析

重联机车主断路器的配置取决于受电弓配置（那节受电弓升起，

合那节车主断）。

只有当主断路器断开和受电弓降下时，改变受电弓模式为“有效”。

如果主断路器合上或受电弓升起时，改变受电弓模式为“无效”。

在主断路器断开和受电弓降下后，新的模式将是“有效”。

主断有三种工作配置模式：

3.3.1受电弓自动或后弓模式，主断控制回路工作原理两节机车受电弓选择开关位置通常选择“自动位”，控制系统通常自动启用非占用司机室节机车的主断和受电弓工作。

如图1（重

联机车主断路器控制回路）所示，红色为主断路器控制回路，蓝色为主断路器闭合回路。

以A节操作，受电弓选择模式为自动为例，此时机车自动配置闭合B节（非操作节）的主断路器，控制B节本机主断模式中继=21-K08闭合。

其经过以下两条路预备环节：

①110V电源经B节防倒流二极管→=21-K08（14、13点闭合）→紧急按钮→高压接地开关→U99→布赫继电器→CCU允许合主断通道→TCU主断环线→=21-K08（24、23点闭合）→=21-K06→内重联线（送至A节）→=21-K08（常闭点，A节不动作）→紧急按钮→高压接地开关→U99→布赫继电器→CCU允许合主断通道→TCU主断环线→=21-K08→内重联线（送至B节）→=21-K08（43、44点闭合）→=21-K07→B节=21-K04得电闭合发出充许合主断信号；②B节=21-K04（11点和3点闭合、4点和12点闭合、7点和5点闭合）→B节闭合主断通道1（A33_02节点闭合）→B节闭合主断通道2（A34_02节点闭合）→21-S54（模式选择开关）→=21-K01继电器线圈得电→主断线圈（11-Q01）闭合信号。

主断反馈信号支路：

3.3.2双弓模式，主断控制回路工作原理

机车在双弓模式时，每节机车的高压隔离开关断开，主断路器与高压隔离开关之间无连接，机车由本节机车的主断路器和受电弓提供电源。

每节机车的主断路器回路为相互独立的控制回路，相邻的单节车不能通过硬件断开其他节的主断路器回路。

其工作原理为：

如图3（重联机车主断路器控制回路＜升双弓，A、B节车都合主断路器＞），A（B）节车预备环节支路：

110V电源经A（B）节防倒流二极管→=21-K08（14、13点闭合）→紧急按钮→高压接地开关→U99→布赫继电器→CCU允许合主断通道→TCU主断环线→=21-K06（13、14点闭合）→=21-K07（13、14点闭合）→=21-K08（53、54点闭合）→=21-K04得电闭合发出充许合主断信号;其主断反馈信号支路：

3.3.3受电弓前弓模式，主断控制回路工作原理

如果占用司机室节受电弓选择开关位置在“前弓”，非占用节受电弓选择开关位置在“自动”，此时整台车的前节受电弓和主断工作。

如图4（重联机车主断路器控制回路＜升前弓弓，A节车操作,A节车合主断路器＞）,

由CCU根据司机的操作指令控制主断路器闭合。

3.4主断环线检测原理：

允许合主断回路正常时，允许合主断反馈信号通过MVB总线和WTB

总线传送到CCU，CCU通过MVB总线和WTB总线向司机传送允许合主断信号。

显示器接收到允许合主断信号后将主断显示界面中的主断路器状态区域设置为黄色底色黑色开关，并有闭合箭头（），这

样机车控制系统就通知司机该车已经做好合主断准备，只要司机发出合主断信号机车就可以合主断。

A节（操作端）

升后弓模式（升B节受电弓，合B节主断）

B节（非操作端）

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升后弓模式（升A节弓，合A节主断）B节（操作端）

A节（非操作端）

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双弓模式

A节（主斷合）B节住齢）

图3：

重联机车主断路器控制回路（升双弓，A、B车都合主断路器）

A节（操作端）升前弓模式（升A节弓，合A节主断）B节（非揀作瑞）

4常见故障

主断路器不能开断主断路器不能保持合闸5故障原因分析及处理流程

5.1主断路器不能保持合闸

图5.1主断路器不能保持合闸查找故障流程图

5.2主断路器不能开断

图5.2主断路器不能开断查找故障流程图

5.3故障查找程序

5.3.1检查缸内气压（PB）

a）通过旋转调压阀（3）的翼形螺钉

（2）放空储风缸

（1）气

压。

b）移除铜管堵（4）并插入一个气压表。

c）重新给储风缸施压并检查气压表压力值：

d）移除气压表，用19.5Nm的力矩旋紧铜管堵（4）

5.3.2检查压力开关（C1）

a）移除电缆连接

（1）。

b）当储风缸通有气压时，检查插针

（2）的1-3是否已连接

c）将电缆连接

（1）重新接好。

图5.4检查压力开关（C1）分解图

5.3.3检查电磁阀

检查电磁线圈的电压值和电阻值：

a）移除可移动电缆连接

（1）。

b）把电压表连在可移动电缆连接

（1）的插针1和2端。

c）输出一个合闸或者分闸命令给主断路器，检查电磁阀在0.6s内是否有电压。

d）在电磁线圈（4）的1和2端连接一个