【终端小型断路器现场维护和技术支持研究4700字（论文）】

终端小型断路器现场维护和技术支持研究目录TOC\o"1-2"\h\u8057终端小型断路器现场维护和技术支持 123753一、终端小型断路器的基本组成和分类 113906二、终端小型断路器的基本结构 125210三、终端小型断路器的工作原理 311305四、终端小型断路器的主要技术参数 3151941.额定电压 312772.电气间隙 3201323.触头超程 465094.接触压力 4121645.合闸时间 52196.分闸时间 5115677.合闸弹跳 630106五、终端小型断路器控制系统检测 6268401.TCU系统检测分析 6193432.CCU系统检测分析 718503六、终端小型断路器M1级维护 7一、终端小型断路器的基本组成和分类终端小型断路器由机械动作部分与分断电流部分组成。分断电流部分包括动触头、静触头和灭弧室等，其作用是用于控制正常工作电流的闭合和断开，以及消除触头之间拉弧。触头主要是通过机械操动机构来驱动触头的正常合闸和分闸，开断正常工作电流和故障下的短路电流来保护电路。终端小型断路器的操动机构有多种，按照终端小型断路器操动机构进行分类，主要分为弹簧操动机构、电磁操动机构、液压操动机构、气动操动机构等，其中使用弹簧操动机构最广泛，其具有成本低、寿命长、可靠性高的特点。终端小型断路器在收到动作指令时，必须可靠地执行开断电路的操作，其主要具有控制和保护的功能。根据终端小型断路器的不同控制和保护对象，终端小型断路器可分为控制断路器、电力传输断路器、配电断路器和发电机断路器。根据断路器绝缘介质的不同，终端小型断路器可分为真空、磁吹、空气和油等不同介质的断路器。二、终端小型断路器的基本结构图2-1终端小型断路器在高压电气箱电路中的位置示意图该型号终端小型断路器是从法国ALSTOM公司技术引进的动车组高压电气箱中的重要电气部件，安装在动车组车顶的高压电气箱内，它是动车组整车与接触网之间电路分断的总开关，是动车组上最重要的电气保护设备。该型号断路器集成安装电抗器和避雷器，与35KS型的接地开关装配。动车组终端小型断路器在高压电气箱的位置如图2-1所示。终端小型断路器安装在动车组高压电气箱内的基座上，上连接端连接到受电弓，下连接端（绝缘子装配的中心）与主变压器的高压电缆连接，真空开关管作为主电路连接器，安装在上绝缘子中。铜-铬合金铸件浇注到上绝缘子上以连接母线和断路器之间的电流。这些组件充当终端小型断路器的主端子，并支撑接地开关（35KS）三维接地夹。绝缘传动杆位于下绝缘子的内腔中。机械弹簧操动机构控制安装有真空开关管的断路器闭合和断开，控制和检测设备安装在基座中。终端小型断路器由高压主电路部分、支承绝缘部分、安装底板、低压电控制电路和电磁/气动驱动部分组成。在闭合和断开触头的过程中，如果触头之间的电压、电流或电气间隙达到一定限值，则触头之间将发生电弧放电。电弧是一种很复杂的真空击穿现象，电弧会烧蚀触头表面，影响电流的正常通断。电弧主要受电极材料、电极形状、电极间隙尺寸和真空度等因素的影响。主触头安装在真空开关管的真空灭弧室内，真空开关管采用真空作为绝缘和灭弧介质，灭弧是通过真空环境下的高介电强度和电弧扩散能力形成的去游离作用实现的，其结构特征如下：直动式气缸传动，单断口直立式，电空控制，应用于AC25kV电气化铁路系统。三、终端小型断路器的工作原理终端小型断路器动作时所需的空气压力由车辆上的空气压缩机提供，并通过管道连接到终端小型断路器的空气入口，压缩空气首先经过连接管路上的过滤器到达调压阀，之后进入储气缸，供给转换阀的同时与压力开关连接，在压缩空气通过调压阀后，将压力调节到483kPa~497kPa之间。终端小型断路器的电磁阀连接压力开关并受其控制，所以当空气压力下降低于345kPa~358kPa范围时终端小型断路器将自动断开。当气压上升必须超过390kPa~420kPa范围时，方能闭合终端小型断路器。电磁阀必须始终处于通电状态，以使转换阀动作，压缩空气通过转换阀进入气缸，以确保终端小型断路器主触头闭合。当终端小型断路器的气缸活塞移动时，与辅助触头组装的凸轮板也相应移动，辅助触点的3个触头常闭，3个触头常开。终端小型断路器的工作原理如图2-2所示。图2-2终端小型断路器工作原理示意图四、终端小型断路器的主要技术参数1.额定电压额定电压是指终端小型断路器长时间正常工作的最合适的电压，亦称为标称电压。当工作电压高于额定电压时，电气设备容易损坏，当工作电压低于额定电压时，电气设备不能正常工作。2.电气间隙电气间隙是指在两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间测得的最短空间距离，即在保证电气性能稳定和安全的情况下通过绝缘介质能实现绝缘的最短距离。当终端小型断路器处于分闸状态时，终端小型断路器的电气间隙是指真空开关管内部的动触头和静触头端部之间的距离，也称为开距，触头端部之间的最远距离称为额定开距。额定开距用来保证触头之间的绝缘性，使电路可以完全断开，当动触头和静触头接触时，开距为0，终端小型断路器闭合。额定开距与额定电压、接触材料、开断电流的性质、真空灭弧室的真空度等因素选择的参数有关，其中额定电压和接触材料是影响额定开距的主要因素。额定开距对动触头和静触头的绝缘性影响十分显著。实践表明，当工作电压一定时，增大额定开距会使绝缘性能随之增强，当增大到一定的限度时，开距对绝缘性能影响逐渐减小。开距选择过大会严重影响真空灭弧室的波纹管使用寿命，造成十分严重的后果。因而，在满足电气设备额定电压使用要求的情况下，应尽量减小额定开距，以延长灭弧室的使用寿命。3.触头超程触头超程也称为触头接触行程，是指真空开关管的动触头与静触头在接触之后，气缸驱动传动杆继续前进的位移。设置触头超程主要有三个功能：首先，确保真空开关管保持一定的接触压力，使动触头和静触头完全接触；其次，使断路器的动触头在分断瞬间获得一定的初始动能，可以有效拉断熔焊点从而减少拉弧，提高终端小型断路器的使用寿命；最后，终端小型断路器在合闸过程中触头超程使动触头在接触的瞬间得到一定的缓冲，减少合闸弹跳的时间，提升终端小型断路器的使用寿命。若触头超程过小，一方面不能保证触头之间要求的接触压力，另一方面使终端小型断路器的分闸时间受到影响，同时可能还会产生严重的分闸弹振，且分闸弹振会影响真空开关波纹管的使用寿命。如果触头超程选择过大，还将增大机械操动机构的合闸功。4.接触压力当真空断路器合闸后，真空灭弧室的接触压力为机械操动机构施加给真空灭弧室的外部压力与真空灭弧室的触头自闭力之和。接触压力分为接触初压力和接触终压力，弹簧操动机构的预压缩可产生接触初压力。接触初压力的值主要取决于机械操动机构弹簧的刚度和预压缩力，一般设定为接触终压力的70%。我们常说的接触压力一般是指触头的终压力，因为真空断路器在封装后的自闭力是固定的，接触的终压力主要取决于机械操动机构弹簧的刚度和超程。接触压力主要有以下作用：首先，可以使真空开关管的接触电阻维持在标准规定的数值范围。其次，一定的接触压力可以抑制合闸弹跳，足够的触头初压力是减小合闸弹跳的有效措施之一。最后接触压力可以使终端小型断路器可靠地进行关合，并能减少触头之间的熔焊。终端小型断路器在合闸过程中，接触压力对其工作性能影响很大，过大的接触压力增加了操动机构的合闸功，增大了触头和导电杆的弯曲变形等，同时造成真空开关管在合闸时的机械损伤，使真空开关管受到更大的冲击和振动，影响终端小型断路器的使用寿命。若选择的接触压力太小，不仅终端小型断路器的合闸弹跳时间会增加，触头之间的电弧熔焊也很容易发生，严重的接触烧蚀和磨损加剧会影响真空开关管的使用寿命。5.合闸时间终端小型断路器的合闸时间是指电磁阀收到闭合指令的时刻到动触头和静触头稳定接触的时刻所经历的时间间隔。合闸过程中必须要防止真空开关管触头的电磨损和触头熔焊，因此要求终端小型断路器应具有较短的合闸时间，确保触头的合闸时间在合理范围内。但是，如果要求合闸时间太短，不仅会增大终端小型断路器操动机构的合闸功，还会导致真空开关管内触头冲击过大，影响真空开关波纹管的使用寿命。根据铁道行业机车车辆真空断路器TB/T3430–2015标准，动车组终端小型断路器的合闸时间应小于100ms。6.分闸时间终端小型断路器的分闸时间是指电磁阀收到分闸指令的时刻到动触头和静触头分离的时刻所经历的时间间隔。触头断开后，分闸时间的长短影响触头间绝缘介质恢复的速度。如果触头之间介质的恢复速度小于恢复电压，则会使电弧重新点燃。为了减少电弧重燃的几率和缩短燃弧时间，必须满足分闸时间标准要求。分闸时间的长短主要与开断电流、触头开距、额定电压和恢复电压等因素有关。根据铁道行业机车车辆真空断路器TB/T3430–2015标准，动车组终端小型断路器的分闸时间应小于60ms。7.合闸弹跳终端小型断路器在合闸过程中机械操动机构的驱动触头执行合闸动作，动触头和静触头接触瞬间发生碰撞后反弹分离，之后动触头在弹簧压力作用下再次碰撞，并且在经历几次往复碰撞后触头稳定闭合，该现象称之为真空断路器的合闸弹跳。根据JB/T3855-2008《高压交流断路器》标准定义，合闸弹跳时间是指从触头第一次接触开始到触头稳定接通的时间。通过图2-3，可以很直观地了解合闸弹跳次数及合闸弹跳时间，实体部分为动静触头的接触时间，空格部分为动静触头的分离时间，空格部分的次数为弹跳次数。影响合闸弹跳时间的因素很多，主要与接触压力、合闸时间、接触材料、弹簧参数、和安装结构等有关，合闸弹跳时间是导致触头熔焊和过电压的重要因素。过长的合闸弹跳时间影响真空断路器的电气寿命和机械寿命，是评判终端小型断路器工作性能的重要参数之一。所以应该通过合理地对终端小型断路器的参数进行设计，将合闸弹跳时间控制在标准要求的范围之内。五、终端小型断路器控制系统检测1.TCU系统检测分析24E6作为终端小型断路器报出的无法断开的代码，以此为例，动车组TCU根据本车是否为主高压系统选择需要确认的终端小型断路器反馈状态，TCU检测到本单元为主高压系统，选取本单元终端小型断路器触点的反馈状态作为24E6的判断条件，若检测到本车为非主高压系统，选取临单元终端小型断路器触点的反馈状态作为24E6的判断条件。当TCU的释放终端小型断路器信号置零，延迟360ms后，TCU对主高压系统终端小型断路器断开信号和闭合信号反馈进行检测，当未检测到正确的终端小型断路器断开反馈信号时，延迟48ms报出24E6故障。见图5-1：图5-124E6逻辑图此时，MVB数据显示全列TCU一直显示终端小型断路器处于闭合状态，01、03、06、08车TCU报出24E6故障。2.CCU系统检测分析终端小型断路器无法闭合原理分析，当CCU正常时，发出断开终端小型断路器指令后，经过800ms延时无法断开终端小型断路器，则向TCU发出断开终端小型断路器。当CCU向TCU发出断开终端小型断路器信号后，经过600ms延时TCU也没有能够断开开终端小型断路器，则可紧急降弓，封锁主变压器，断开隔离开关。CCU释放信号置零后终端小型断路器未能断开，TCU释放信号置零后终端小型断路器也未能断开，一直处于闭合状态，变压器锁闭，无法重启（代码：631F）。同时CCU请求断开隔离开关，由于终端小型断路器一直处于闭合状态，隔离开关使能继电器21-K74无法得电，隔离开关未能断开，导致故障发生。图5-2终端小型断路器原理图六、终端小型断路器M1级维护终端小型断路器日常机械状态也对其保持良好性能有着重要影响，在动车组一、二级检修中要加