城市軌道交通車輛電氣運(yùn)行與維修項目2車輛電氣高電壓技術(shù)精選精選課件

1、任務(wù)1軌道交通電力網(wǎng)絡(luò)任務(wù)目標(biāo)了解供車輛用電的軌道交通電力網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，電壓等級的區(qū)分與作用。項目2 車輛電氣高電壓技術(shù)1任務(wù)重點在這個任務(wù)中，主要掌握從城市電網(wǎng)中得到后，如何形成自己的交流供電環(huán)網(wǎng)和站場供電網(wǎng)絡(luò)。知識準(zhǔn)備三相交流電、變壓器技術(shù)、整流電路技術(shù)、電力識圖。知識描述(1)軌道交通電力網(wǎng)絡(luò)概述在國家電網(wǎng)中，電能輸出到用戶時，一般以10kV為輸出電壓等級，但對于國家一級重要負(fù)荷，如交通中的鐵路供電和城市軌道交通供電，多以110kV雙回路供電方式進(jìn)行供電，以確保供電的可靠性。2 從圖2.1中表明，在虛線1上為國家電網(wǎng)，以下才是軌道交通系統(tǒng)中的電網(wǎng)。由圖2.1可知，35kV用于軌道交通牽引用

2、電。10kV用于站場設(shè)備和生活用電。在城市軌道交通系統(tǒng)中，由于一條線路最遠(yuǎn)距離一般不超過100km，如在線路中點選擇引入國家電網(wǎng)供電，則軌道交通電網(wǎng)的輸送距離最長不超過50km。因此，國家電網(wǎng)對一條線路的供電采取雙回路一個接入點的方式進(jìn)行供電，這與鐵路長線距離、多點供電方式有所不同。為確保供電安全，軌道交通電力網(wǎng)絡(luò)多采用中壓雙回路環(huán)網(wǎng)供電方式。中壓是以35kV電壓等級形成的環(huán)網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)的基本構(gòu)成如圖2. 2所示。3圖2.1電力系統(tǒng)和地鐵供電系統(tǒng)示意圖4圖2.2環(huán)路的基本構(gòu)成52)獨立網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架獨立網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架所提供的中壓電能通過兩個相互獨立的中壓網(wǎng)絡(luò)路徑分別分配給牽引供電系統(tǒng)和動力照明系統(tǒng)。1)混合網(wǎng)

3、絡(luò)構(gòu)架主所提供的中壓電能通過中壓網(wǎng)絡(luò)直接分配給牽引供電系統(tǒng)和動力照明系統(tǒng)。如今國內(nèi)城市交通供電網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)以混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主，圖1.2就是一個中壓混合網(wǎng)絡(luò)。(2)中壓網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成及組網(wǎng)結(jié)構(gòu)6(3)中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級的選擇一般而言，35(33)kV、20kV和10kV這3種電壓等級為中壓范疇。33kV和20kV為國際標(biāo)準(zhǔn)電壓，國內(nèi)多采用35kV和10kV。(4)直流牽引變電所直流牽引變電所的主要功能為，將其交流進(jìn)線電壓通過變壓器降壓，然后經(jīng)整流器將交流電變成直流電供電動車輛的牽引電動機(jī)用。其輸出電壓為DC1500V。正電壓接入接觸網(wǎng)中，負(fù)電壓接入鋼軌中，如圖2.3所示。7圖2.3地鐵牽引供電系統(tǒng)示

4、意圖8圖2.4第三軌作為供電接觸網(wǎng)有些系統(tǒng)采用“第三軌”作為供電接觸網(wǎng)，如圖2.4所示。9思考與練習(xí)1.軌道交通電力系統(tǒng)中，中壓環(huán)網(wǎng)指的什么?2.用于機(jī)車供電的接觸網(wǎng)電壓等級為多少?經(jīng)牽引變電所整流后，正極和負(fù)極各接在什么地方?10任務(wù)2車輛直流高壓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)任務(wù)目標(biāo)1.掌握車輛高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2.掌握列車車輛編組。3.掌握牽引的基本理論。114.掌握高壓設(shè)備操作的基本程序。任務(wù)重點1.在車輛DC1500V和750V電壓中，主要掌握與高壓網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的設(shè)備主要有：受電弓、高壓開關(guān)(PH箱)、牽引逆變器、輔助逆變器、濾波器等。本任務(wù)是掌握車輛中DC1500V構(gòu)成的電網(wǎng)。2.高壓設(shè)備操作原則。知識準(zhǔn)備CA

5、D電氣識圖。知識描述(1)列車的組成在城市軌道交通中，列車多以4動2拖組成一列。12圖2.5列車的組成13裝置(M1，2)。這種編組方式為四動二拖組合形式。(2)牽引電氣系統(tǒng)圖1)DC750V電氣系統(tǒng)DC750V車輛電氣系統(tǒng)圖，是車輛動力電氣設(shè)備的主要技術(shù)圖，它詳述了750V電氣設(shè)備之間的連接關(guān)系。2)DC1500V電氣系統(tǒng)(3)高壓操作工作過程在圖2.7中，主隔離開關(guān)、高速斷路、受電弓是車輛加電操作的主要部件。其操作先后順序為：編組代號(左起)TC1，M0，M1，M2，M3，Tc2，從編組中，可以看到這是一組對稱編組形式。A車有司機(jī)室、充電機(jī)、蓄電池組(Tc1，2)。主要用于列車控制，在車體

6、中，不設(shè)動力拖動裝置。B車有受電弓、PH箱(主開關(guān)箱、車間電源箱)、線路電感器、制動電阻箱(再生制動用)、索引電機(jī)、接地裝置、防震保護(hù)等(M0，3)。C車：PA箱(含牽引逆變器和輔助逆變器)、線路電感器、制動電阻箱(再生制動用)、索引電機(jī)、接地141516加電：先進(jìn)行隔離開關(guān)3操作，把開關(guān)手柄搬到第1擋，而后進(jìn)行升弓操作。當(dāng)升弓完成后，再進(jìn)行高速斷路器合閘操作。斷電：先進(jìn)行高速斷路器斷電操作，而后進(jìn)行降弓操作，再將隔離開關(guān)手柄搬到第3擋(斷電接地操作)。隔離開關(guān)有3種開關(guān)狀態(tài)：在1擋時(同步聯(lián)動開關(guān)1.1和1.2)為正常加電狀態(tài)。在2擋時為空擋。在3擋時為接地保護(hù)狀態(tài)。接地操作時，禁止受電弓受

7、電。正常工作時，主隔離開關(guān)處于1擋位置，主動力電源回路和輔助電源回路加上DC1500V。列車入庫停車時，主隔離開關(guān)處于3擋位置。高速斷路器處于斷開狀態(tài)。為了保證接觸網(wǎng)輸入的直流質(zhì)量，在新的系統(tǒng)中加入了電抗器，以過濾掉各種交流雜波。17(4)車輛牽引理論簡述地鐵車輛在運(yùn)動過程中會受各種外力的作用，影響它的運(yùn)行結(jié)果。通常把所有作用在車輛上外力的合力用G表示，根據(jù)動力學(xué)原理：當(dāng)G0時，車輛加速運(yùn)行；當(dāng)G=0時，車輛靜止或勻速運(yùn)行(惰行)；當(dāng)G2550mm(15505)mm2580mm100N57靜態(tài)力可調(diào)節(jié)范圍：運(yùn)行速度：重量(包括支持絕緣子)：額定工作氣壓：最小供風(fēng)氣壓：最大供風(fēng)氣壓：升弓時間：降

8、弓時間：滑板數(shù)量：滑板中心距：滑板長度：氣路接口(絕緣軟管、壓力開關(guān)組裝)：70140N90km/h140kg550kPa500kPa900kPa8s8s2塊(3003)mm(8001)mmRc3/858D.底架：用于無電部分與有電部分的隔離和整個受電弓的支撐作用，如圖2.24所示。圖2.24底架59(2)高速直流斷路器高速直流斷路器，主要用于接觸網(wǎng)引流后的一個主要開關(guān)部件。它是整個車輛供電的主要開關(guān)。高速直流斷路器設(shè)置于車輛高壓器箱中，如圖2.25所示。其實物圖如圖2.26所示。圖2.25高速直流斷路器601)概述UR6型高速直流斷路器是單極、雙向裝置，具有電磁吹弧，直接瞬時過電釋放，自然空

9、氣冷卻和電氣操作系統(tǒng)。UR6型高速直流斷路器的主要特性和保護(hù)如下：61圖2.26實物圖62絕緣水平2000V(直流)；額定電壓1000V和2000V(直流)；限制切斷弧電壓；直接瞬時過電流釋放；機(jī)械和電氣強(qiáng)度高；觸頭損耗小；高效消?。豢拐駝雍蜋C(jī)械沖擊；耐熱性能；結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕；簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)；維修少；符合IEC77標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)熱電流額定值1000A(直流)；632)結(jié)構(gòu)UR6型高速直流斷路器的結(jié)構(gòu)如圖2.27所示。64圖2.27UR6型高速直流斷路器的結(jié)構(gòu)656.102：動觸頭6.103：連接牌(接線處，含觸點)6.104：連接牌6.111：棘輪6.200：過流釋放裝置6.300：滅弧罩座6.3

10、03：磁線圈6.307：叉6.320：觸頭壓力彈簧6.321：斷開彈簧6.400：輔助觸頭6.600：滅弧罩(由阻燃材料構(gòu)成)6.602：消弧板6.603：金屬隔板663)工作原理閉合(電操作斷開)。線圈(6.303)的閉合電流的作用下驅(qū)動動鐵芯(6.330)后通過彈簧(6.320)作用在叉(6.307)和棘輪(6.111)帶動動觸頭(6.102)。觸頭閉合之后，通過降低的保持電流(E型)或永久磁鐵(M型)將鐵芯(6.330)保持在接通(ON)位置。首次操作電源，由蓄電池提供(DC110V)。切斷命令的斷開(電操作斷開)。就電保持形式來說，電路由切斷保持電流來分?jǐn)嗟?，面磁保持形式是對永久磁鐵的

11、消磁來分?jǐn)?。與閉合的程序相反。67滅弧室。滅弧室的金屬隔板(6.600)將進(jìn)入的電弧分隔成許多斷弧。輔助觸頭。UR6型高速直流斷路器裝有6對雙轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸頭，如圖2.28所示。觸頭開關(guān)容量：220V(交流)時為10A，110V(直流)時為1A。直接瞬時過電流釋放。如果電流在主電路中達(dá)到過電流釋放裝置(6.200)的預(yù)整定值，叉(6.307)就會被迫向下運(yùn)動，棘輪(6.111)釋放，主觸頭(6.102)斷開。滅弧。觸頭斷開導(dǎo)致的電弧由于主電路的磁場作用將電弧吹入68圖2.28UR6型高速直流斷路器工作原理圖69流側(cè)的電壓。濾波電抗器是空心的，電感值為常數(shù)。限制直流側(cè)濾波單元的電壓、電流波動，濾除

12、高次諧波。本線路電抗器采用空心結(jié)構(gòu)，電感值不隨通過電抗器電流的大小而改變。沒有閉合的磁回路，存在較大的漏磁。為了減少電磁對環(huán)境、人的健康損害以及防止對通信信號的電磁干擾，在電抗器的上方位置安裝漏磁屏蔽板，并通過鋼結(jié)構(gòu)安裝在車底。濾波電抗器實物圖如圖2.29所示。濾波電抗器的基本參數(shù)：結(jié)構(gòu)方式：空心式；工作方式：持續(xù)工作制；額定電流：DC750A；最大電流：DC1850A；額定電感：3mH10%；額定電壓：DC750V(500VDC1000V)；冷卻方式：走行風(fēng)冷；(3)濾波電抗器濾波電抗器是主電路的一部分，用來限制直流側(cè)電流突變，平衡直70圖2.29濾波電抗器絕緣等級：H級；平均溫升：125K

13、(線圈部位，采用電阻方法)；絕緣水平：AC2800V，50Hz，60s。71(4)過壓吸收電阻箱車輛在運(yùn)行的過程中有時會遇到輪對空轉(zhuǎn)等瞬態(tài)過程，從而引起直流電壓的上升，為了防止直流電壓上升超過允許范圍以及電空制動的平滑轉(zhuǎn)換，需要用通過過壓吸收電阻支路的開通來降低相應(yīng)的過電壓或維持電制動在一定的時間內(nèi)才完全降低至切除。該過壓吸收電阻裝置包含兩個支路的電阻RB01和RB02，并安裝于一個構(gòu)架上，每個支路的電阻由4個電阻單元串聯(lián)組成。電阻單元與地之間為雙重絕緣。該過壓吸收電阻的第一重絕緣為電阻帶和絕緣螺桿之間的絕緣，第二重絕緣為絕緣螺桿和過壓吸收電阻構(gòu)架之間的絕緣。72工作電壓：額定工作電壓：DC9

14、00V最大電壓：DC1000V電阻帶材質(zhì)：鎳鉻合金帶。電阻帶最高工作溫度：500。負(fù)荷條件：負(fù)荷條件從810kW開始下降持續(xù)2s到0，工作制斷續(xù)制(2sON周期60s)(見圖2.30)。額定平均功率：213.5kW。電氣絕緣：電阻帶與地之間采用雙重絕緣。冷卻方式：走行空氣自然風(fēng)冷。過壓吸收電阻箱的基本參數(shù)：電阻值：額定電阻值(20)：RB01，RB02=0.81(-5%+5%)額定工況下最大阻值：RB01，RB021.073圖2.30(5)母線隔離開關(guān)箱母線隔離開關(guān)箱(見圖2.31)，包括的器件主要有：熔斷器BF、閘刀開關(guān)BS。DC750V電源從受流器引入，經(jīng)母線熔斷器箱，經(jīng)過隔離開關(guān)BS、熔

15、斷器BF然后送到后續(xù)電路。BF熔斷器選用法國法雷公司的產(chǎn)品，型號：N206690A，采用兩個N206690A并聯(lián)，BF為牽引逆變器供電，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重問題，如過電流、線路短路時，熔斷器熔斷，為后續(xù)斷路提供保護(hù)。該開關(guān)必在無負(fù)荷的情況下進(jìn)行操作。74母線隔離開關(guān)箱器件參數(shù)：額定電壓：DC1 000V額定電壓：DC1 000V額定電流：2900A額定電流：1 200A熔斷器BF閘刀開關(guān)BS75思考與練習(xí)1.描述升弓加電和降弓斷電過程。2.為什么高壓DC1500V加電時，高速斷路器要最后操作，而斷電時要先進(jìn)行操作。3.過壓吸收電阻箱的作用是什么?76任務(wù)4常見故障處理任務(wù)目標(biāo)在該任務(wù)中，主要掌握受電

16、弓、高速斷器、隔離開關(guān)、電抗器等高壓設(shè)備常出現(xiàn)的故障現(xiàn)象及處理方法。任務(wù)重點1.受流器故障處理。2.受電弓故障處理。3.直流斷路器故障處理。知識準(zhǔn)備機(jī)械制圖、電子識圖、萬用表的使用。77知識描述(1)常見受流器故障處理受流器常見故障主要有：碳滑板破裂，當(dāng)受電弓斷裂漏風(fēng)，受電弓上氣壓開關(guān)送出信號，則打開快排閥。一般由ADD自動降弓系統(tǒng)控制快排閥打開。處理方法：更換碳滑板。破裂的碳滑板如圖2.32所示。78圖2.32破裂的碳滑板 碳滑板摩擦過大，故障早期現(xiàn)象會出現(xiàn)短時脫電現(xiàn)象。解決這一問題為更換碳滑板。碳滑板磨損剩余高度一般為34mm，如圖2.33所示。79圖2.33磨損的碳滑板80(2)受電弓故

17、障處理受電弓故障處理如下：受電弓傳動汽缸系統(tǒng)故障。快排閥失效(迅速降弓，不能升弓)，需更換快排閥。電磁氣閥，電磁線圈壞(緩慢降弓，不能升弓)。需更換電磁線圈。受電弓壓不夠，易打火花故障。調(diào)節(jié)升、降弓彈簧的張緊度，可以調(diào)出受電弓靜態(tài)力(與接觸網(wǎng)的壓力)。(3)高速直流斷路器故障處理直流斷路器與交流三相斷路器不同之處在于，三相交流斷路器要求三相主觸點要同步，否則會產(chǎn)生較大的沖擊電流，而直流斷路器則沒有這種情況。要保證斷路觸頭接觸良好，就要保證接觸面的接觸力度要在90kN左右，接觸面平整，接觸電阻小。因此直流斷路器主要故障有：81觸頭接觸不好，造成觸頭發(fā)熱、燒毀。檢查：可用電橋檢查接觸電阻是否達(dá)到原始值。輕微情況：觸頭表面有積炭。處理方法：針對輕微情況，用較細(xì)的水砂布進(jìn)行打磨、(打磨時要保持平整)拋光。嚴(yán)重情況，更換觸頭。操作機(jī)構(gòu)不能正常動作。A.線圈故障：檢查：用萬用