韶山8型电力机车线路分析与保护故障原理.docx
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韶山8型电力机车线路分析与保护故障原理
北京交通大学
毕业设计（论文）
题目：
韶山8型电力机车线路分析与保护故障原理
姓名：
陈岩专业：
铁道机车车辆
工作单位：
吉林铁道职业技术学院
职务：
学生
准考证号：
联系电话：
设计（论文）指导教师：
李桂梅
发题日期：
2012年5月20日
完成日期：
2012年6月20日
毕业设计（论文）评议意见书
专业
铁道机车车辆
姓名
陈岩
题目
韶山8型电力机车线路分析与保护故障原理
指
导
教
师
评
阅
意
见
成绩评定：
指导教师：
年月日
答
辩
组
意
见
答辩组负责人：
年月日
备
注
毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）题目：
韶山8型电力机车线路分析与保护故障原理
一、毕业设计论文内容
本份毕业设计还简述了韶山8型电力机车的历史和性能以及与其它韶山电力机车的一些简单介绍，并且重点介绍并分析了韶山8型电力机车的一些电路保护和跳主断路器的相关保护控制；此次毕业设计是运用基础知识来解决机车上一些常见的故障保护，并且通过此次毕业设计能够了解我国电力机车的发展历史。
二、基本要求
三、重点研究问题
四、主要技术指标
无
五、其他需要说明的问题
无
下达任务日期：
2012年5月20日
要求完成日期：
2012年6月20日
指导教师：
李桂梅
摘要
本份毕业设计主要内容是关于韶山8型电力机车的相关知识，通过对韶山系列电力机车的线路分析及机车的故障保护原理并且能够理解机车的工作原理，并且掌握基本理论和技能来分析解决本专业内的相应问题。
本份毕业设计还简述了韶山8型电力机车的历史和性能以及与其它韶山电力机车的一些简单介绍，并且重点介绍并分析了韶山8型电力机车的一些电路保护和跳主断路器的相关保护控制；此次毕业设计是运用基础知识来解决机车上一些常见的故障保护，并且通过此次毕业设计能够了解我国电力机车的发展历史。
关键词:
韶山8电力机车故障保护原理主断路器
开题报告
目录
第1章韶山系列电力机车简介1
1.1韶山1型电力机车（ss1）1
1.2韶山2型电力机车（ss2）2
1.3韶山3型电力机车（ss3）2
1.4韶山4型电力机车（ss4）2
1.5韶山5型电力机车（ss5）3
1.6韶山6型电力机车（ss6）4
1.7韶山7型电力机车（ss7）5
1.8韶山7B型电力机车（ss7B）5
1.9韶山7E型电力机车（ss7E）5
1.10韶山7D型电力机车（ss7D）6
1.11韶山7C型电力机车（ss7c）6
1.12韶山9型电力机车（ss9）7
1.13韶山9改型电力机车（ss9G）8
第2章韶山8型电力机车简介10
2.1韶山8型电力机车简介10
2.2Ss8型电力机车总体布置图12
2.3ss8型电力机车性能参数14
第3章ss8型电力机车供电电路短路故障15
3.1供电电路15
3.2短路的发生15
3.3保护过程15
3.4保护响应时间16
3.5短路电流的计算16
3.6短路保护方式17
第4章ss8保护控制18
4.1主断路器故障原因和措施18
4.2牵引电机电枢过流20
4.3控制电路23
4.4次边绕组过流23
第5章ss8型电力机车走行部故障26
5.1设计上的不足带来的问题26
5.2失圆误差大高速运行时的后果26
总结28
参考文献29
致谢30
第1章韶山系列电力机车简介
1.1韶山1型电力机车（ss1）
SS1型电力机车是我国第一代（有级调压、交直传动）电力机车。
它是由我国1958年试制成功的第一台引燃管6Y1型电力机车（仿苏联20世纪50年代H60机车）逐步演变而来，但其三大件（引燃管、调压开关、牵引电动机）可靠性较差，而经历了三次重大技术改造。
第一次技术改造从8号车开始：
首先是采用200A、600V螺栓型二极管取代引燃管组成中抽式全波整流桥;牵引电动机改为4极、有补偿绕组的高压牵引电动机;由于低压侧调压开关的级位转换电路中过渡电抗器的跨接会产生环流，使开关触头分断极为困难，调压开关经常“放炮”。
第二次技术改造从61号车开始：
采用300A、1200V平板型二极管组成中抽式全波整流电路，利用二极管的反向截止特性组成过渡硅机组，取代过渡电抗器以消除级位转换电路中的环流，大大提高了调压开关可靠性，也使33个运行级全部成为经济运行级。
第三次技术改造从131号车开始：
将主电路中抽式电路改为单拍式双开口桥式整流调压电路。
该电路取消了过渡硅机组，而与主整流机组合并。
整个机组采用500A、2400V的整流二极管。
这种改造于1980年从SS1-221号车定型，这也就是这里介绍的SS1型电力机车。
其相关技术参数如下：
机车整备质量/t
长度/m
宽度/m
高度/m
最大功率/kw
最大牵引力/kN
最大速度/km/h
138
19.4
3.1
4.7
4200
490
90
1.2韶山2型电力机车（ss2）
1969年，株洲电力机车研究所和株洲电力机车工厂联合研制了韶山2型电力机车试验车，代号SS2。
主电路采用高压侧调压、硅半导体桥式整流集中供电线路。
1971年和1974年又先后进行了两次重大技术改造，应用了大功率可控硅元件和电子技术，实现无级调速；采用他励牵引电动机等，从而大大改善了机车牵引性能，为中国电力机车的发展积累了宝贵的经验。
其相关技术参数如下：
机车整备质量/t
长度/m
宽度/m
高度/m
最大功率/kw
最大牵引力/kN
最大速度/km/h
138
20
3.1
4.7
4600
530
100
1.3韶山3型电力机车（ss3）
SS3型电力机车是我国第二代（级间相控调压、交直传动）客货用电力机车。
该型机车是在吸收了SS1、SS2型电力机车成熟经验，由株机厂和株洲所共同研制，并于1978年底试制出厂。
其相关技术参数如下：
机车整备质量/t
长度/m
宽度/m
高度/m
最大功率/kw
最大牵引力/kN
最大速度/km/h
138
20.2
3.1
4.7
4800
490
100
1.4韶山4型电力机车（ss4）
SS4型电力机车是有各自独立且又互相联系的两节车组成，每节车均为一个完整的系统主电路采用四段经济半控桥，相控调压。
它具有恒压或恒流控制的牵引特性和恒速或恒励磁控制的电阻制动特性。
空气制动采用电空制动机。
每节车厢有两个两轴转向架。
牵引电动机采用抱轴悬挂式。
垂直力传递系统由两系悬挂装置组成，其中第二系采用了橡胶金属叠层弹簧，有较好的波动性能。
牵引力传递系统则采用斜拉低位牵引杆，有较高的粘着性能。
车体广泛使用高强度低合金机构钢。
其相关技术参数如下：
机车整备质量/t
长度/m
高度/m
宽度/m
最大功率/kw
最大牵引力/kN
最大速度/km/h
184
32.8
3.1
4.7
6400
630
100
1.5韶山5型电力机车（ss5）
SS5型电力机车是中国铁路的电力机车车款之一，由株洲电力机车厂制造，在退役前配属郑州铁路局郑州机务段。
SS5型电力机车是用于牵引准高速列车的试验车款，是国家“七五”重点科技攻关项目，于1988年至1989年间设计，期间也参考了中国购买法国阿尔斯通公司8K型机车时同时引进的国外先进技术。
两台样版车分别于1990年9月和10月落成，当时每台造价达7000万人民币。
至1990年共制造了两台原型车，并进行了西安——宝鸡间进行30万公里的运行考核。
但这款机车技术仍未成熟，主要问题是采用电机空心轴传动以达到电机全悬挂，但簧下质量太大，传动系统强度差，黏着系数在满载时急剧下降，造成轮对严重空转。
SS5型电力机车的制造经验与试验结果，为1994年起制造的SS8型电力机车提供了技术基础。
其相关技术参数如下：
机车整备质量/t
长度/m
宽度/m
高度/m
最大功率/kw
最大牵引力/kN
最大速度/km/h
88
20
3.1
4.7
3200
235
140
1.6韶山6型电力机车（ss6）
SS6型电力机车是株洲电力机车工厂制造的国际招标中标机车。
电流制为单相工频交流。
SS6型电力机车有两个三轴转向架。
采用单边直齿轮弹性传动滚动抱轴承。
牵引电机为日本日立公司提供的800KW牵引电动机。
机车主电路为两段桥相控无级调压，转向架独立供电，具有轴重转移的电气补偿功能；为减少无功损耗，机车采用了功率因数补偿装置。
机车牵引起动控制为恒流限速特性控制，制动控制为准恒速或恒功制动控制。
为充分发挥牵引或制动粘着力，机车具有防空转、防滑行控制功能。
机车电制动为电阻制动，空气制动采用DK-1电空制动机。
SS6型铁路干线客货两用电力机车是为郑州——宝鸡铁路电气化工程国际招标而设计的。
该型机车以成熟的韶山型电力机车系列的技术为基础，并采用了大量的国际先进技术，具有起动加速快、牵引力大、恒功速度范围宽、操纵方便、工作可靠等特点。
其相关技术参数如下：
机车整备质量/t
长度/m
宽度/m
高度/m
最大功率/kw
最大牵引力/kN
最大速度/km/h
120
20.
3.1
4.7
4800
350
100
1.7韶山7型电力机车（ss7）
SS7型电力机车是交直传动相控电力机车，它是铁道部“八五”期间的重点科研项目。
其研制目的是采用3BO转向架，以适用于山区小曲率半径线路，可减小机车轮缘磨耗，并提高机车牵引能力。
SS7型电力机车及其派生系列均由大同厂、成都厂和株洲所共同研制。
首台SS7型电力机车于1992年12月30日试制出厂。
1.8韶山7B型电力机车（ss7B）
1996年设计完成，1997年试制成功的一种新型的重载货运电力机车。
该车是韶山7型电力机车系列化产品之一，其走行部、传动系统等，引进、消化、吸收了国外交-直机车的先进成熟技术，达到国内先进水平，并接近世界水平。
机车功率持续4800kW，最大速度100km/h，车长20200mm，轴式B0-B0-B0，电流制为单相工频交流。
大同机车厂制造。
1.9韶山7E型电力机车（ss7E）
韶山7E机车为六轴干线客运电力机车，最大速度为170km/h。
它借鉴韶山7D型电力机车上部的成熟技术，走行部采用2C0转向架。
同时，辅助电路采用辅助逆变器供电、车体流线型等。
由中国北车集团大同电力机车有限责任公司研制同时还有SS7E模块化机车
1.10韶山7D型电力机车（ss7D）
由大同机车厂、株洲电力机车研究所、成都机车车辆厂联合研制的适应我国铁路提速需要的新产品，是目前国内技术水平最为先进的交直传动客运电力机车，也是韶山7型电力机车系列化产品之一。
该车采用了电机架承式全悬挂、轮对空心轴连杆传动、优化悬挂刚度等一系列先进技术，使机车既适应小半径曲线又适应直线区段提速需要；采用微机控制与逻辑控制单元相结合，实现了机车状态显示，故障记忆及显示，应急操作显示，控制系统自检等功能；首次在交直传动机车上采用独立通风结构，降低了车内负压，减少了车内积尘，改善了车内电器工作环境；采用了B0-B0-B0转向架轴式及单侧制动；采用不等分三段桥相控和他励控制技术，实现机车无级调速和无级磁场削弱；采用恒流准恒速特性控制；具有供列车取暖及空调的电源；具有双管制供风系统；司机室采用了人机工程学原理设计，全包结构，选用先进操作控制设备，提高了机车的美观性及舒适度。
机车功率持续4800kW，最大速度170km/h，车长20200mm，轴式B0-B0-B0，电流制为单相工频交流。
1.11韶山7C型电力机车（ss7c）
韶山7C型电力机车是交—直传动4800kW，最高运用速度120km/h的6轴客运电力机车。
机车主要特点是：
1.采用两段桥相控（全控+半控）和它复励电路，无级调速和无级磁场削弱；
2.采用恒流起动及准恒速运行的特性控制方式；
3.采用微机控制及LCU逻辑控制单元；
4.采用电机滚动抱轴承鼻式悬挂、低位斜牵引拉杆方式；
5.采用B0-B0-B0转向架及单侧制动；
6.电制动采用再生制动；
7.设有列车取暖及空调的供电电源；
8.采用双管制供风；
9.为满足轴重22吨的要求，总体、车体、转向架、变压器等各主要部件均做了轻量化设计。
1.12韶山9型电力机车（ss9）
SS9型电力机车，以成熟的韶山型系列电力机车技术为基础，采用了许多国际客运机车先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车。
机车主电路采用三段不等分半控桥整流电路，三台电机并联，无级磁场削弱及加馈电阻制动，实现了机车全过程的无级调速。
机车内装有8668kVA大容量主变压器，实现了六轴电力机车主变压器与平波电抗器及滤波电抗器的一体化。
机车具有向列车供电能力，供电电压DC600V、容量为2×400kW。
机车采用了轮对空心轴六连杆弹性传动机构和牵引电机架承式全悬挂三轴转向架，并装有全叠片机座机构的900kW脉流牵引电动机；一、二系悬挂系统及基础制动系统等结构设计合理，能满足170km/h运用的要求，动力学性能良好。
机车进行了外形气动力学优化设计及轻量化设计，采用侧壁承载式全钢焊接结构的车体及各部件轻量化设计，满足了机车轴重21吨的要求；机车司机室应用了人机工程学原理设计，采用全包结构装饰环境优雅、操纵方便。
外观为圆弧微流线头型的造型。
机车采用恒流准恒速的特性控制方式，能较好地发挥机车最大起动牵引力，机车装有防空转/滑行保护系统、轴重转移补偿控制、轮轨自动润滑系统、列车安全监控装置。
采用LCU逻辑控制单元及微机控制系统，使机车控制系统具有控制、诊断、监测功能。
转向架采用轮对空心轴电机全悬挂，减小了簧下重量。
通过单边直齿传动装置，将电动机的转矩变为轮牵引力，由低位平拉杆传至车体，提高机车的牵引力。
可牵引18节客车在16‰、14‰、12‰、10‰的长大坡道上，分别以84km/h、92km/h、96km/h、105km/h的速度匀速上坡，大大的提高了平均运营速度。
机车功率持续4800kW，最大速度170km/h，车长22216mm，轴式Co-Co，电流制为单相工频交流。
其相关技术参数如下：
机车整备质量/t
长度/m
宽度/m
高度/m
最大功率/kw
最大牵引力/kN
最大速度/km/h
126
22.2
3.1
4.7
4800
286
170
1.13韶山9改型电力机车（ss9G）
2002年，株洲厂从0044号机车开始了技术改造，主要对其通风方式，外形等方面进行了较大改动，形成了我们常说的SS9G机车。
其基本性能与ss9相同。
韶山9型干线客运电力机车，代号SS9G。
以成熟的韶山型系列电力机车技术为基础，采用了许多国际客运机车先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车。
机车主电路采用三段不等分半控桥整流电路，三台电机并联，无级磁场削弱及加馈电阻制动，实现了机车全过程的无级调速。
机车内装有8668kVA大容量主变压器，实现了六轴电力机车主变压器与平波电抗器及滤波电抗器的一体化。
机车具有向列车供电能力，供电电压DC600V、容量为2×400kW。
机车采用了轮对空心轴六连杆弹性传动机构和牵引电机架承式全悬挂三轴转向架，并装有全叠片机座机构的900kW脉流牵引电动机；一、二系悬挂系统及基础制动系统等结构设计合理，能满足170km/h运用的要求，动力学性能良好。
机车进行了外形气动力学优化设计及轻量化设计，采用侧壁承载式全钢焊接结构的车体及各部件轻量化设计，满足了机车轴重21吨的要求；机车司机室应用了人机工程学原理设计，采用全包结构装饰环境优雅、操纵方便。
外观为圆弧微流线头型的造型。
机车采用恒流准恒速的特性控制方式，能较好地发挥机车最大起动牵引力，机车装有防空转/滑行保护系统、轴重转移补偿控制、轮轨自动润滑系统、列车安全监控装置。
采用LCU逻辑控制单元及微机控制系统，使机车控制系统具有控制、诊断、监测功能。
转向架采用轮对空心轴电机全悬挂，减小了簧下重量。
通过单边直齿传动装置，将电动机的转矩变为轮牵引力，由低位平拉杆传至车体，提高机车的牵引力。
可牵引18节客车在16‰、14‰、12‰、10‰的长大坡道上，分别以84km/h、92km/h、96km/h、105km/h的速度匀速上坡，大大的提高了平均运营速度。
机车功率持续4800kW，最大速度170km/h，车长22216mm，轴式Co-Co，电流制为单相工频交流。
用途：
客运 生产厂商：
株洲电力机车厂 最大功率：
5400千瓦 持续功率：
4800千瓦 传动方式：
交直传动 轴式：
Co-Co 整备重量：
84t 轴重：
21t 最高速度：
170km 持续速度：
99km 起动牵引力：
286kN 持续牵引力：
169kN 制动方式：
电阻制动，空气制动
电制动功率：
4000千瓦 悬挂方式：
架承式
第2章韶山8型电力机车简介
2.1韶山8型电力机车简介
韶山8型电力机车（SS8）是中国铁路使用的电力机车车型之一，中国第八个五年计划期间国家重点科技攻关项目。
由株洲电力机车厂与株洲电力机车研究所共同研制。
于1994年10月成功试制两台，以1990年制造的韶山5型机车作为原型基础，同为采用Bo-Bo四轴及4台直流牵引电动机，功率3200kW，主要用于准高速干线客运，最大运行速度为170km/h。
在试验中最高更达到240km/h，是现时全中国速度最快的铁路机车。
1997年开始批量生产，并作出改良，功率提升至3600kW和应用了串励式直流电动机。
随着中国铁路机车的现代化进程
机车技术特点如下：
（1）B0转向架采用牵引电机轮对空心轴全悬挂和单侧直齿六连杆万向节传动，以满足准高速客运机车减小簧下重量，并获得良好的动力学性能及特定性能。
牵引装置为推挽式低位平牵引杆，牵引点距轨面高220mm，有利于机车粘着牵引力的发挥。
（2）采用900kW的ZD115型脉流牵引电动机，该电机为全叠片结构，双H绝缘。
（3）机车主电路为不等分三段半控桥式整流电路，并采用晶闸管分路无级磁场削弱电路，可实现机车牵引特性全运行区无级调速。
整流装置采用大功率的晶闸管KPA1300-28和整流管ZPA2100-28。
（4）机车电制动方式为加馈电阻制动，在低速区能保持大的制动力。
（5）采用微机控制系统，控制功能有特性控制、防空转厂防滑行控制、速度分级控制、过分相控制以及诊断、监测显示等功能。
（6）机车设有列车供电系统，可向旅客列车提供空调、采暖、茶炉、照明等电源。
（7）机车可安装速度分级控制系统，与车载微机进行通信，并执行电制动优先转换、常用制动、紧急制动。
（8）采用DK-1型制动机，具有空电联合制动功能，并能实现列车的电空制动系统的电指令直通控制，确保行车安全。
（9）经风洞模拟试验的机车外形，可减小机车运行中的风阻。
（10）车体为整体承载结构，采用有限元分析优化设计，以在保证车体强度的前提下减轻质量。
编辑本段车辆改良
首130辆出产的“韶八”机车驾驶室挡风玻璃面积较大，使用12毫米厚的玻璃。
由编号0131的机车开始，两端车窗给改小，减少受压面积，同时采用了更高强度厚度达21毫米的玻璃，减低机车在高速行驶期间发生玻璃碎裂的机会，顶灯也作出一些改动以减少风阻。
现时一些早期出厂的大车窗机车也被改为小车窗。
原来的SS8在出厂时是未有客车供电装置的，客车的空调和照明的电力供应仍需由空调发电车（KD）负责，其后由2005年开始SS8陆续加装直流600V客车电力供应系统，使由其牵引的列车不需使用发电车供电。
至现时为止大部分SS8都配有客车供电装置。
另外，早期出厂的SS8均使用电磁式的继电器等作为控制装置，这些机车在进行大修时均会改用分布式LCU逻辑控制单元作为控制装置，编号SS8-0010是首辆安装LCU的大修车。
编辑本段牵引直通车
SS8型机车在出厂时是使用TSG3型受电弓，随着广深铁路于1998年完成电气化工程，广深线也开始开行电气化列车。
广深及九铁方面也安排从广州中车租用的SS8型机车进入香港，行走直通车。
由于TSG3型受电弓使用粉末冶金滑板及直线形状弓头，与东铁线使用的欧洲标准不同，因此需要进行改造，包括使用曲线形状弓头及碳质材料滑板，当中碳滑板为KTT机车使用的崇德公司（Schunk）制产品，并由九铁免费提供。
首台改造弓于1999年3月装车测试。
改装后的过港SS8型机车曾于1999年至2002年及2004年行走直通车，但九铁方面当时认为TSG3型受电弓对其电源接触网的损耗较高，因此以东风11型柴油机车取代。
随着中国方面改良过境SS8使用的受电弓，包括改用引进德国技术的DSA系列产品，使之符合港铁方面的要求，至2008年1月3日起得以再次进入东铁线，牵引沪九直通车。
2008年首辆进港的中国电力机车，编号为SS8-0191。
SS8至今仍是唯一一款获准牵引直通车进入香港的中国制电力机车，现时负责牵引沪港及京港直通车的SS8有:
SS8-0173 SS8-0191
2.2Ss8型电力机车总体布置图
2.3ss8型电力机车性能参数
机车长度
16,300毫米（车体长度）
17,516毫米（车钩中心线距）
机车宽度
3,100毫米
机车高度
4,040毫米（受电弓座面至轨面）
整备重量
88吨
受流电压
交流25kV（50Hz）
传动方式
交—直流电
牵引电动机
ZD115×4
最高速度
239.6km/h（试验）
170km/h（营运）
持续速度
100km/h
牵引功率
3,600千瓦
牵引力
210kN（最大）
126kN（持续）
制动方式
加馈电阻制动
制动功率
2700kW
制动力
130kN
列车制动
电空制动
第3章ss8型电力机车供电电路短路故障
3.1供电电路
Ss8型电力机车供电主电路中点绕组额定电压为870V，额定电流为667A，其真空接触器与一般接触器相比，它具体有寿命长，可靠性高等特点，它是供电装置的总开关，同时当电路出现接地和过流故障时，要求它能够及时分段，目前ss8型电力机车采用的真空接触器有两个厂家的产品，一个是成都产型号为EVS700，另一个型号为EVS700。
3.2短路的发生
整流装置外部短路，外部短路一般发生在直流侧，即DC600，母线短路，它可以来自客车端，也可以来自机车本身，由于滤波电抗器的限流作用，短路电流增长速度较慢真空接触器可以正常断开
整流元件击穿形成短路，整流元件击穿是最常见的短路，在电路中，由于整流桥壁上未串快速熔断器，因此要分析真空接触器能否承受元件击穿后的短路电流。
3.3保护过程
真空接触器KM的控制环节，KC是电流继电器，KA是中间继电器，交流侧过过流整定值为1000A（正负10%）当电流达到或超过整定值时，真空
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