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1、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 1.1 BVAC.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30 kV标称电压25 kV额定频率50 Hz60 Hz额定工作电流1000 A额

2、定短路接通能力40 kA额定短路开断能力40 kA额定短时耐受电流25 kA/1s机械寿命25 万次热电流1000 A开断容量 t600MVA固有分闸时间20 ms60ms标称控制电压DC 110V标称闭合功率200W标称保持功率50W额定工作气压450 kPa 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EN 60529火灾保护DIN 5510温度- 40C + 70 C空气湿度EN 50125风压EN 50125污垢，灰尘EN 60721电磁阀工作温度- 40C + 70 C压力开关工作

3、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2.1 BVAC.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

4、， 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

5、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

6、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 )

7、 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 VBR触头压力机构TR稳定机构Rg快速脱扣机构Mm保持线

8、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( W109W110)11-12: 常开辅助触头 B(W111W112)16-17: 常开辅助触头 C(W116W1

9、17)18-19: 常开辅助触头 D(W118W119)21-22: 常闭辅助触头 I(W121W122)23-24: 常闭辅助触头 J(W123W124)25-26: 常闭辅助触头 K(W125W126)27-28: 常闭辅助触头 L(127 W128)32-33: 常开辅助触头 E（W132W133）F:压力开关（ N112N113）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

10、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2.3.4.1 5-6 ： 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 ）2.3.4.3 7-8图2.12 9-10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 ）2.3.4.4 1 ：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 2.14 1：控制电源（ -DC）2.4控制单元 CMDE

11、V原1 理图图2.15控制单元 CMDE V原1 理图控制单元 CMDE V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tEV：电磁阀得电时间；t EV=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）。tc ：合闸时间： ON/ OFF开关闭合开始到主

12、触头闭合截止的时 间；tO：分闸时间：保持线圈电流下降到零开始（ I Mm= 0）到主触头 断开的时间；tO= 20 60ms。tNextC：时间间隔， ON/ OFF开关断开开始到下一次合闸的时间；tNextC3s。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

13、）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 =? 1.4 m/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：

14、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、

15、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

16、护。信号描述备注/部件E31 01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 ），配置如表 3.3（主 断路器控制继电器配置表 ）。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121-K01主断路器合中继：需要自检E32_03

17、221-K02主断路器状态中继需要自检E32_10321-K04主断路器允许中继：需要自检E32 11421-K0单机模式模式中继 1（单单机模式需要自检E32_026节模式，高压不重联） ：时闭合521-K0单机模式模式中继 2（单单机模式需要自检E32 027节模式，高压不重联） ：时闭合621-K08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-K0121-K0421-K0621-

18、K0721-K082单节机车（ B 节）21-K0121-K0421-K0621-K0721-K083双机模式（A 节和 B 节）21-K0121-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 DXM3

19、4 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

20、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

21、”。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： 110V 电源经 B节防倒流二极管 =21-K08（14 、13 点闭合 ） 紧急按

22、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-K07B节=21-K04 得电闭合发出充许合主断信号； B 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） 2

23、1-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

24、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

25、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）ara囱u JW 2M3I I LIWlIM Rxmb W1IZ创1MEK 4kH：7c*Zvr.WMat*It:IMBQY513ZllMWrtK弓rmM-IHSn切4卜LJr wr t 72Zl

26、t-CBKJ) TCnrtmwt MCHM: MlUavKt： MKWIIft)-CttI-a-H?tlM9M n:m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）11Z7 Eg)01丄LIB11 MEnM9ttK61ULttiMt*etS-tl-Wl口“严7 *7 Eg11J1-*tw1-fl-GML1XT (MLltMllWee 1 AMaXKfld*:创 m *iumx* KCiCMiet:1 M21 y*9H*l*Mr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

27、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