电力机车高压电器

电力机车高压电器两位置转换开关牵引电动机接线原理图1、2、3、4—静主触头；A、B—动主触片换向原理示意图（a）牵引电动机接线原理图

（b）动主触片展开图牵引制动转换原理示意图1、4、5、6、7、8—静主触头；C、D—动主触片

高压电器是指安装在电力机车车顶部位，工作在25kV高压电的环境下的一些电器，在电路中主要体现在主电路的原边部分。包括有受电弓，主断路器，高压电流互感器，高压电压互感器，避雷器，高压连接器，高压隔离开关等一些主型电器。一、高压电流互感器

电力机车上所采用的高压电流互感器大部分是TBL1-25型。它是一种穿墙式电力机车专用高压交流电流互器，其一次线圈(高压部分)是用一根铜棒，一般与主变压器网侧绕组的A端相连，二次线圈(低压端)接电流继电器，作主电路短路、过流保护作用。额定电压：25kV

额定电流比：200／5TBL1-25型高压电流互感器TBL1-25型高压电流互感器1—瓷套；2—环氧树脂；3—半法兰；4—二次线圈；5—环形铁心；6—护罩；7—导电杆（一次线圈，单匝）；8—接线座基本原理

电流互感器的基本工作原理与变压器相似，也是利用电磁感应原理工作的。电流互感器一次侧额定电流与二次侧电流之比Kn称为电流互感器的额定电流比。

a)一次侧电流是主电路电流，与互感器的二次侧负载无关。

b)电流互感器的二次负载阻抗必须很小，电流互感器正常工作时接近于短路状态。

c)电流互感器二次线圈不允许开路运行。

二、高压电压互感器

TBYl—25型电压互感器是一种电力机车专用高压交流电压互感器，为油浸式结构。一次绕组的A端接高压，X端接地。额定电压：25kV

额定电压比：25000／100V

它主要是提供电力机车的原边电压信号、网压信号和机车电度表的电压信号。TBY1-25型高压电压互感器2.原理说明

高压电压互感器是一种专门用作变换电压的特种变压器，也是利用电磁感应原理工作的。电压互感器的一次绕组并联在高压线路上，二次绕组外部接有测量仪表、保护继电器等设备的电压线圈，为低压部分。电压互感器的一、二次绕组之间有足够的绝缘，从而保证所有低压设备与高压线路的高电压相隔离。三、避雷器Y10WT—42／105TD型瓷套避雷器Y10WT—42／105型复合外套避雷器1.工作原理

避雷器的工作原理是利用氧化锌优异的非线性伏安特性，即在正常工作电压下呈现高电阻，流过的电流非常小，可视为绝缘体，从而实现无间隙；当机车出现过电压时，则呈低电阻，流过的电流急增，使过电压被抑制在允许值下，从而保护机车电气设备免遭过电压侵害。

2.主要技术参数：

额定电压：42kV

标称放电电流：10kA．系统最大持续运行电压：30kV

直流参考电压(1mA下)：>58kV

工频参考电压(阻性1mA下)：≥56kV

泄漏电流：<50uA四、高压隔离开关

高压隔离开关的作用是用来隔离受电弓。隔离开关不带灭弧装置，所有动作都必须在主断路器分断情况下进行。分、合闸时应先用钥匙打开隔离开关机械联锁，然后再按标示的分、合闸方向转动操纵手轮，当手轮转动到位后，将机械联锁锁上。BT25.04型高压隔离开关外形图BT25.04型高压隔离开关安装在机车车顶盖上，以底板为界，分为上下两部分。底板上端主要有绝缘子、接触闸刀和簧片，压力气缸和控制单元板安装在底板下面。控制单元板用于电磁阀和连接凸轮开关电源的输入，底板上一个M8的螺钉用于连接到机车的接地系统。高压隔离开关结构图1—瓷瓶；2—连接板；3—刀夹；4—闸刀；5—连接板；6—轴套；7—底板；8—联锁触头；

9—凸轮；10—轴；11—固位盘；12—手轮；13—锁；14—锁块五、高压连接器

TLG1型高压连接器安装在SS4G机车每节车的尾部车顶上。作为两节车的导电连接设备。即作为两节车重联运行时，将一次侧高压电路导通电流，实现由一节车的受电弓受流的状态。其依靠机车连挂车钩的力量，与车钩同时对接，分离时也随机车的车钩脱开而自动分离。本身没有动力驱动装置。

TLG1型高压连接器外形图支持绝缘子羊角波纹管软连接线导电母排喇叭型头部半环导电杆止动器十字轴球面止档1、电气部分连接

电气连接部分既定了喇叭型头部的摆动方向，又起导通电流的作用。它由喇叭形头部，导电杆，盖板装配等组成。喇叭形头部的主体由轻质铸铝合金制成。在喇叭形头部上装有羊角，半环及叉形件。导电杆轴向穿过十字接头安装孔，再通过导电杆上的键槽与十字接头的轴套上的长方形键槽孔配合，组装成一整体。2、动作原理

当两节车需要连挂，作重联运行时，依靠两节车车钩挂接时的牵引力，使两个连接器慢慢靠近，在羊角的导向作用力下，使各自的导电半圆环（静触头）准确地插入对方的叉形件（动触头）中，接通两节车一次侧高压电路。同时叉形件上的拉力弹簧紧紧地把半环扣住。当两节车厢分离时，依靠两节车分离时的牵引力可自动分离，并断开两节车的一次侧高压电路，拉簧复原。两节车高压连接器连接形态2、高压连接器的主要特点

1）高压连接器自身不带操动机构，其连接与分离时的操作力均来源于机车车钩连挂或分离时的牵引力，随机车车钩的连接或分离同时完成，不必单独操作。

2）在连接状态下，故触头的接触压力基本上恒定不变，不受机车运行状态的影响，避免了触头的磨耗和电蚀。

3）导电触头为叉环结构，是典型的线接触方式，工作状态稳定可靠，接触电阻小，散热性能好。

4）连接器不带灭弧装置，因而必须在无电状态下进行连接或分离操作。

5）高压连接器必须成对使用。每台高压连接器的结构完全相同，可以任意组合。受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上。什么是受电弓？受电弓的分类双臂式：双臂式集电弓乃最传统的集电弓，亦可称“菱”形集电弓，因其形状为菱形。但现因保养成本较高，加上故障时有扯断电车线的风险，目前部分新出厂的铁路车辆，已改用单臂式集电弓；亦有部分铁路车辆（例如新干线300系列车）从原有的双臂式集电弓，改造为单臂式集电弓。单臂式：除了双臂式，其后亦有单臂式的集电弓，亦可称为“之”（Z）（ㄑ）字形的集电弓。此款集电弓的好处是比双臂式集电弓噪音为低，故障时也较不易扯断电车线，为目前较普遍的集电弓类型。而依据各铁路车辆制造厂的设计方式不同，在集电弓的设计上会有些许差异。垂直式：除了上述两款集电弓，还有某些集电弓是垂直式设计，亦可称成“T”字形（亦叫作翼形）集电弓，其低风阻的特性特别适合高速行驶，以减少行车时的噪音。所以此款集电弓主要用于高速铁路车辆。但是由于成本较高，垂直式集电弓已经没有使用（日本新干线500系改造时由垂直式集电弓改为单臂式集电弓）。石津式：日本冈山电气轨道的第六代社长，石津龙辅1951年发明，又称为“冈电式”、“冈轨式”。电力机车上安装有两台受电弓，正常运行时一般只升后弓，前弓备用。按结构形式分，受电弓分为双臂受电弓和单臂受电弓两种。双臂受电弓结构对称，侧向稳定性好，但结构复杂，调整困难。单臂受电弓结构简单，尺寸小，重量轻，调整容易，具有良好的动特性，高速时动态跟随性及受流特性较好，故而被现代电力机车广泛采用。受电弓的特点受电弓图示双臂受电弓单臂受电弓受电弓的动作原理升弓：压缩空气经电空阀均匀进入传动气缸，气缸活塞压缩气缸内的降弓弹簧，此时升弓弹簧使下臂杆转动，抬起上框架和滑板，受电弓匀速上升，在接近接触线时有一缓慢停滞，然后迅速接触接触线。降弓：传动气缸内压缩空气经受电弓缓冲阀迅速排向大气，在降弓弹簧作用下，克服升弓弹簧的作用力，使受电弓迅速下降，脱离接触网。1—滑板弓头；2—弓头支撑装置；3—平衡杆；4—上部框架；5—推杆；6—下臂杆；7—缓冲阀；8—传动气缸；9—活塞；10—降弓弹簧；11—拉杆绝缘子；12—滑环；13—扇形板；14—拐臂；15—转轴；16—升弓弹簧；17—底架；18—升弓弹簧调整螺母；19—支持绝缘子；20—铰链座受电弓结构组成弓头部分传动机构底架铰链部分底架部分绝缘子纵梁绝缘子升弓弹簧铰链机构上框架铰链座下臂杆推杆平衡杆滑板框架羊角弹簧盒受电弓参数·

型号：DSA25·

速度：200km/h·

试验速度：250km/h·

最大工作电流：1000A·

额定电压：25kV·

静态接触力（可调节）：70N·

输入压缩空气：4--10bar·

70N接触压力下标称气压

：3.5bar·

工作高度：940--2850mm·

重量：<117kg·

升弓时间<10s·

降弓时间<6s升弓驱动方式：气囊装置1.底架组成2.阻尼器3.升弓装置4.下臂组装5.弓装配6.下导杆7.上臂组成8.上导杆9.弓头10.碳滑板11.绝缘子DSA250受电弓构成升弓装置弓头编织线工作原理升弓时,司机将受电弓扳钮扳至升位,压缩空气通过电空阀流经空气过滤器、升弓节流阀、精密调压阀、降弓节流阀、安全阀、压缩空气绝缘管通过车顶、到升弓气囊,气囊充气推动前推板前移,通过钢索带动下臂绕轴顺时针旋转,上臂在拉杆的作用下绕上臂杆轴承逆时针转动,使受电弓弓头升起.降弓时,司机将受电弓扳钮开关扳到“降”位,控制受电弓电空阀使气路与大气相通,气囊相缩,受电弓靠其自重使下臂作逆时针转动,最终使受电弓弓头降到落弓位.

升弓操作步骤：1.电磁阀(14)的入口处始终通有压缩空气。2.可随时操作司机台上的受电弓提升杆以升起受电弓。3.TCMS可输出信号使电磁阀(14)得电，允许空气经空气滤清器(1)进入节流阀（升弓）(2)，滤清器的作用是清除压缩空气中的灰尘和湿气。4.然后，节流阀(2)允许空气压力缓慢进入减压阀(3)的入口。节流阀可用于调整升弓时间。5.减压阀(3)的输出压力可以调整至预设值3.5bar。减压阀(3)可调整受电弓与接触网之间的静态接触力，其精度为±0.02bar。由于气压每变化0.1bar会使接触压力变化10N，因此减压阀必须要有相当高的精确度。6.之后压缩空气流入节流阀（降弓）(5)，其作用是调整降弓时间。7.如果减压阀故障，位于气路上的安全阀(6)可限制空气压力。安全阀的设定值是4.5bar。8.压缩空气经一系列调整后流至气囊驱动装置(12)，然后气囊驱动装置可激活升弓装置并使受电弓缓慢上升直至碳板接触到接触网线。9.供电线路上还装有压力表(4)以显示减压阀的出口空气压力。目前，电力机车上采用有各种型号的受电弓。(1).SS1型、SS3B型机车采用的TSG1-600／25型受电弓。(2).SS4型改型机车采用的TSG1-630／25型受电弓。(3).SS6型机车上采用的TSG3-630／25型单臂受电弓。(4).SS8型早期采用TSG3型，现已陆续更换为DSA系列受电弓。(5).SS9型机车上采用的DSA－200型受电弓等。

各型受电弓的某些零部件虽略有不同，但其基本结构有许多相似之处。韶山系列电力机车HXD1型电力机车SS1型电力机车SS4型电力机车电力机车主断路器

主断路器连接在受电弓与主变压器原边绕组之间,安装在机车车顶中部。主断路器属于高压断路器的一种。可分为油断路器、空气断路器和真空断路器等。目前电力机车主要采用的是TDZlA—10／25型空气主断路器和BVAC.N99真空断路器。TDZlA—10／25型空气主断路器

是电力机车的一个重要电气部件，它是整车与接触网之间电气连通、分断的总开关，是机车上最重要的保护设备，当机车发生各种严重故障时都通过它来自动切断机车电源，从而保护机车。空气断路器是一种利用压缩空气来灭弧并用压缩空气作为操作能源的电器。它具有如下特点：

a)机车气源充足，容易实现频繁操作；

b)开断能力大，燃弧时间短，动作快；

c)无火灾危险。一、结构组成TDZlA—10／25型空气断路器结构分成高压和低压两个部分，这两部分以底板为界。高压部分主要包括灭弧室、非线性电阻隔、离开关等部件；低压部分主要由储风缸、辅风缸、主阀、起动阀、延时阀、传动气缸、电磁铁等部件组成。TDZlA—10／25型空气断路器结构

1、灭弧室；2、非线性电阻；3、隔离开关；4、转动瓷瓶；5、控制轴；6、传动杠杆；

7、气管8、合闸阀杆；9、起动阀；10、分闸阀杆；

11、活塞；12、传动气缸；13、延时阀；14、主阀阀门15、主阀；16、通风塞门；17、支持瓷瓶；18、储风缸；19、底板；

20、辅风缸二、主断路器动作原理1.分闸动作原理：

主断路器处于闭合状态时，控制线路中的分闸信号通过辅助开关的常开触头使分闸电磁铁的线圈得电，其衔铁受力，撞击分闸阀杆，使压缩空气经过起动阀进入主阀，推动主阀活塞动作，使主阀阀口打开；

储风缸内的压缩空气经过主阀阀口一路进入灭弧室，推动动触头移动，动、静触头分开，产生的电弧在压缩空气的强烈作用下冷却、拉长，最终熄灭。1.分闸动作原理：

另一路压缩空气经过主阀进入延时阀，经延时后进人传动气缸，推动传动气缸活塞动作，其活塞杆带动隔离开关在水平方向转动70°，借助弹簧定位机构使其稳定在分闸位置。

同时，由于隔离开关的转动带动辅助联锁开关的开闭关系变换，从而切断分闸电磁铁的电源，分闸阀杆复原，主阀阀门关闭，压缩空气停止进入灭弧室，动触头在弹簧作用下恢复到闭合状态。此时整台断路器由隔离开关断开而处于分断状态.2.合闸动作原理

主断路器处于分闸状态时，合闸信号通过辅助联锁开关的常闭触点，使合闸电磁铁的线圈得电，合闸阀杆被撞击而动作，压缩空气经过起动阀进入传动气缸，推动活塞动作，其活塞杆带动隔离开关由分闸位转动至合闸位，也由弹簧定位机构使其稳定在合闸位置。同时，由于隔离开关的转动变换了辅助联锁开关的开闭关系，从而切断合闸电磁铁的电源，合闸阀杆复原，压缩空气停止进入传动气缸，合闸过程结束。

BVAC.N99型断路器是单极交流断路器，该电器设备用于主电路电源的开断、接通电流，同时用于过载和短路保护。采用真空管(VST)电空控制。该设备安装在电力机车顶部，该设备的设计和开断操作完全适合于电力牵引的要求和工作条件。它具有如下特点：绝缘性高环境稳定性好.结构简单开断容量大机械寿命长维护保养简单BVAC.N99真空断路器

BVAC.N99真空断路器真空断路器结构图该真空断路器有三个主要的组成部分：.上面是高压电流部分.中间是与地隔离的绝缘部分.下面是电空机械装置和低压电流部分

高压回路

机车顶上的高压回路装有可以开断交流电弧的真空开关管。灭弧室通过密封和大气隔离。两个主触头安装在真空管内部，一个是静触头，另一个