【終端小型斷路器現(xiàn)場維護(hù)和技術(shù)支持研究4700字（論文）】

終端小型斷路器現(xiàn)場維護(hù)和技術(shù)支持研究目錄TOC\o"1-2"\h\u8057終端小型斷路器現(xiàn)場維護(hù)和技術(shù)支持 123753一、終端小型斷路器的基本組成和分類 113906二、終端小型斷路器的基本結(jié)構(gòu) 125210三、終端小型斷路器的工作原理 311305四、終端小型斷路器的主要技術(shù)參數(shù) 3151941.額定電壓 312772.電氣間隙 3201323.觸頭超程 465094.接觸壓力 4121645.合閘時間 52196.分閘時間 5115677.合閘彈跳 630106五、終端小型斷路器控制系統(tǒng)檢測 6268401.TCU系統(tǒng)檢測分析 6193432.CCU系統(tǒng)檢測分析 718503六、終端小型斷路器M1級維護(hù) 7一、終端小型斷路器的基本組成和分類終端小型斷路器由機(jī)械動作部分與分?jǐn)嚯娏鞑糠纸M成。分?jǐn)嚯娏鞑糠职▌佑|頭、靜觸頭和滅弧室等，其作用是用于控制正常工作電流的閉合和斷開，以及消除觸頭之間拉弧。觸頭主要是通過機(jī)械操動機(jī)構(gòu)來驅(qū)動觸頭的正常合閘和分閘，開斷正常工作電流和故障下的短路電流來保護(hù)電路。終端小型斷路器的操動機(jī)構(gòu)有多種，按照終端小型斷路器操動機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，主要分為彈簧操動機(jī)構(gòu)、電磁操動機(jī)構(gòu)、液壓操動機(jī)構(gòu)、氣動操動機(jī)構(gòu)等，其中使用彈簧操動機(jī)構(gòu)最廣泛，其具有成本低、壽命長、可靠性高的特點(diǎn)。終端小型斷路器在收到動作指令時，必須可靠地執(zhí)行開斷電路的操作，其主要具有控制和保護(hù)的功能。根據(jù)終端小型斷路器的不同控制和保護(hù)對象，終端小型斷路器可分為控制斷路器、電力傳輸斷路器、配電斷路器和發(fā)電機(jī)斷路器。根據(jù)斷路器絕緣介質(zhì)的不同，終端小型斷路器可分為真空、磁吹、空氣和油等不同介質(zhì)的斷路器。二、終端小型斷路器的基本結(jié)構(gòu)圖2-1終端小型斷路器在高壓電氣箱電路中的位置示意圖該型號終端小型斷路器是從法國ALSTOM公司技術(shù)引進(jìn)的動車組高壓電氣箱中的重要電氣部件，安裝在動車組車頂?shù)母邏弘姎庀鋬?nèi)，它是動車組整車與接觸網(wǎng)之間電路分?jǐn)嗟目傞_關(guān)，是動車組上最重要的電氣保護(hù)設(shè)備。該型號斷路器集成安裝電抗器和避雷器，與35KS型的接地開關(guān)裝配。動車組終端小型斷路器在高壓電氣箱的位置如圖2-1所示。終端小型斷路器安裝在動車組高壓電氣箱內(nèi)的基座上，上連接端連接到受電弓，下連接端（絕緣子裝配的中心）與主變壓器的高壓電纜連接，真空開關(guān)管作為主電路連接器，安裝在上絕緣子中。銅-鉻合金鑄件澆注到上絕緣子上以連接母線和斷路器之間的電流。這些組件充當(dāng)終端小型斷路器的主端子，并支撐接地開關(guān)（35KS）三維接地夾。絕緣傳動桿位于下絕緣子的內(nèi)腔中。機(jī)械彈簧操動機(jī)構(gòu)控制安裝有真空開關(guān)管的斷路器閉合和斷開，控制和檢測設(shè)備安裝在基座中。終端小型斷路器由高壓主電路部分、支承絕緣部分、安裝底板、低壓電控制電路和電磁/氣動驅(qū)動部分組成。在閉合和斷開觸頭的過程中，如果觸頭之間的電壓、電流或電氣間隙達(dá)到一定限值，則觸頭之間將發(fā)生電弧放電。電弧是一種很復(fù)雜的真空擊穿現(xiàn)象，電弧會燒蝕觸頭表面，影響電流的正常通斷。電弧主要受電極材料、電極形狀、電極間隙尺寸和真空度等因素的影響。主觸頭安裝在真空開關(guān)管的真空滅弧室內(nèi)，真空開關(guān)管采用真空作為絕緣和滅弧介質(zhì)，滅弧是通過真空環(huán)境下的高介電強(qiáng)度和電弧擴(kuò)散能力形成的去游離作用實現(xiàn)的，其結(jié)構(gòu)特征如下：直動式氣缸傳動，單斷口直立式，電空控制，應(yīng)用于AC25kV電氣化鐵路系統(tǒng)。三、終端小型斷路器的工作原理終端小型斷路器動作時所需的空氣壓力由車輛上的空氣壓縮機(jī)提供，并通過管道連接到終端小型斷路器的空氣入口，壓縮空氣首先經(jīng)過連接管路上的過濾器到達(dá)調(diào)壓閥，之后進(jìn)入儲氣缸，供給轉(zhuǎn)換閥的同時與壓力開關(guān)連接，在壓縮空氣通過調(diào)壓閥后，將壓力調(diào)節(jié)到483kPa~497kPa之間。終端小型斷路器的電磁閥連接壓力開關(guān)并受其控制，所以當(dāng)空氣壓力下降低于345kPa~358kPa范圍時終端小型斷路器將自動斷開。當(dāng)氣壓上升必須超過390kPa~420kPa范圍時，方能閉合終端小型斷路器。電磁閥必須始終處于通電狀態(tài)，以使轉(zhuǎn)換閥動作，壓縮空氣通過轉(zhuǎn)換閥進(jìn)入氣缸，以確保終端小型斷路器主觸頭閉合。當(dāng)終端小型斷路器的氣缸活塞移動時，與輔助觸頭組裝的凸輪板也相應(yīng)移動，輔助觸點(diǎn)的3個觸頭常閉，3個觸頭常開。終端小型斷路器的工作原理如圖2-2所示。圖2-2終端小型斷路器工作原理示意圖四、終端小型斷路器的主要技術(shù)參數(shù)1.額定電壓額定電壓是指終端小型斷路器長時間正常工作的最合適的電壓，亦稱為標(biāo)稱電壓。當(dāng)工作電壓高于額定電壓時，電氣設(shè)備容易損壞，當(dāng)工作電壓低于額定電壓時，電氣設(shè)備不能正常工作。2.電氣間隙電氣間隙是指在兩個導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備防護(hù)界面之間測得的最短空間距離，即在保證電氣性能穩(wěn)定和安全的情況下通過絕緣介質(zhì)能實現(xiàn)絕緣的最短距離。當(dāng)終端小型斷路器處于分閘狀態(tài)時，終端小型斷路器的電氣間隙是指真空開關(guān)管內(nèi)部的動觸頭和靜觸頭端部之間的距離，也稱為開距，觸頭端部之間的最遠(yuǎn)距離稱為額定開距。額定開距用來保證觸頭之間的絕緣性，使電路可以完全斷開，當(dāng)動觸頭和靜觸頭接觸時，開距為0，終端小型斷路器閉合。額定開距與額定電壓、接觸材料、開斷電流的性質(zhì)、真空滅弧室的真空度等因素選擇的參數(shù)有關(guān)，其中額定電壓和接觸材料是影響額定開距的主要因素。額定開距對動觸頭和靜觸頭的絕緣性影響十分顯著。實踐表明，當(dāng)工作電壓一定時，增大額定開距會使絕緣性能隨之增強(qiáng)，當(dāng)增大到一定的限度時，開距對絕緣性能影響逐漸減小。開距選擇過大會嚴(yán)重影響真空滅弧室的波紋管使用壽命，造成十分嚴(yán)重的后果。因而，在滿足電氣設(shè)備額定電壓使用要求的情況下，應(yīng)盡量減小額定開距，以延長滅弧室的使用壽命。3.觸頭超程觸頭超程也稱為觸頭接觸行程，是指真空開關(guān)管的動觸頭與靜觸頭在接觸之后，氣缸驅(qū)動傳動桿繼續(xù)前進(jìn)的位移。設(shè)置觸頭超程主要有三個功能：首先，確保真空開關(guān)管保持一定的接觸壓力，使動觸頭和靜觸頭完全接觸；其次，使斷路器的動觸頭在分?jǐn)嗨查g獲得一定的初始動能，可以有效拉斷熔焊點(diǎn)從而減少拉弧，提高終端小型斷路器的使用壽命；最后，終端小型斷路器在合閘過程中觸頭超程使動觸頭在接觸的瞬間得到一定的緩沖，減少合閘彈跳的時間，提升終端小型斷路器的使用壽命。若觸頭超程過小，一方面不能保證觸頭之間要求的接觸壓力，另一方面使終端小型斷路器的分閘時間受到影響，同時可能還會產(chǎn)生嚴(yán)重的分閘彈振，且分閘彈振會影響真空開關(guān)波紋管的使用壽命。如果觸頭超程選擇過大，還將增大機(jī)械操動機(jī)構(gòu)的合閘功。4.接觸壓力當(dāng)真空斷路器合閘后，真空滅弧室的接觸壓力為機(jī)械操動機(jī)構(gòu)施加給真空滅弧室的外部壓力與真空滅弧室的觸頭自閉力之和。接觸壓力分為接觸初壓力和接觸終壓力，彈簧操動機(jī)構(gòu)的預(yù)壓縮可產(chǎn)生接觸初壓力。接觸初壓力的值主要取決于機(jī)械操動機(jī)構(gòu)彈簧的剛度和預(yù)壓縮力，一般設(shè)定為接觸終壓力的70%。我們常說的接觸壓力一般是指觸頭的終壓力，因為真空斷路器在封裝后的自閉力是固定的，接觸的終壓力主要取決于機(jī)械操動機(jī)構(gòu)彈簧的剛度和超程。接觸壓力主要有以下作用：首先，可以使真空開關(guān)管的接觸電阻維持在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值范圍。其次，一定的接觸壓力可以抑制合閘彈跳，足夠的觸頭初壓力是減小合閘彈跳的有效措施之一。最后接觸壓力可以使終端小型斷路器可靠地進(jìn)行關(guān)合，并能減少觸頭之間的熔焊。終端小型斷路器在合閘過程中，接觸壓力對其工作性能影響很大，過大的接觸壓力增加了操動機(jī)構(gòu)的合閘功，增大了觸頭和導(dǎo)電桿的彎曲變形等，同時造成真空開關(guān)管在合閘時的機(jī)械損傷，使真空開關(guān)管受到更大的沖擊和振動，影響終端小型斷路器的使用壽命。若選擇的接觸壓力太小，不僅終端小型斷路器的合閘彈跳時間會增加，觸頭之間的電弧熔焊也很容易發(fā)生，嚴(yán)重的接觸燒蝕和磨損加劇會影響真空開關(guān)管的使用壽命。5.合閘時間終端小型斷路器的合閘時間是指電磁閥收到閉合指令的時刻到動觸頭和靜觸頭穩(wěn)定接觸的時刻所經(jīng)歷的時間間隔。合閘過程中必須要防止真空開關(guān)管觸頭的電磨損和觸頭熔焊，因此要求終端小型斷路器應(yīng)具有較短的合閘時間，確保觸頭的合閘時間在合理范圍內(nèi)。但是，如果要求合閘時間太短，不僅會增大終端小型斷路器操動機(jī)構(gòu)的合閘功，還會導(dǎo)致真空開關(guān)管內(nèi)觸頭沖擊過大，影響真空開關(guān)波紋管的使用壽命。根據(jù)鐵道行業(yè)機(jī)車車輛真空斷路器TB/T3430–2015標(biāo)準(zhǔn)，動車組終端小型斷路器的合閘時間應(yīng)小于100ms。6.分閘時間終端小型斷路器的分閘時間是指電磁閥收到分閘指令的時刻到動觸頭和靜觸頭分離的時刻所經(jīng)歷的時間間隔。觸頭斷開后，分閘時間的長短影響觸頭間絕緣介質(zhì)恢復(fù)的速度。如果觸頭之間介質(zhì)的恢復(fù)速度小于恢復(fù)電壓，則會使電弧重新點(diǎn)燃。為了減少電弧重燃的幾率和縮短燃弧時間，必須滿足分閘時間標(biāo)準(zhǔn)要求。分閘時間的長短主要與開斷電流、觸頭開距、額定電壓和恢復(fù)電壓等因素有關(guān)。根據(jù)鐵道行業(yè)機(jī)車車輛真空斷路器TB/T3430–2015標(biāo)準(zhǔn)，動車組終端小型斷路器的分閘時間應(yīng)小于60ms。7.合閘彈跳終端小型斷路器在合閘過程中機(jī)械操動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動觸頭執(zhí)行合閘動作，動觸頭和靜觸頭接觸瞬間發(fā)生碰撞后反彈分離，之后動觸頭在彈簧壓力作用下再次碰撞，并且在經(jīng)歷幾次往復(fù)碰撞后觸頭穩(wěn)定閉合，該現(xiàn)象稱之為真空斷路器的合閘彈跳。根據(jù)JB/T3855-2008《高壓交流斷路器》標(biāo)準(zhǔn)定義，合閘彈跳時間是指從觸頭第一次接觸開始到觸頭穩(wěn)定接通的時間。通過圖2-3，可以很直觀地了解合閘彈跳次數(shù)及合閘彈跳時間，實體部分為動靜觸頭的接觸時間，空格部分為動靜觸頭的分離時間，空格部分的次數(shù)為彈跳次數(shù)。影響合閘彈跳時間的因素很多，主要與接觸壓力、合閘時間、接觸材料、彈簧參數(shù)、和安裝結(jié)構(gòu)等有關(guān)，合閘彈跳時間是導(dǎo)致觸頭熔焊和過電壓的重要因素。過長的合閘彈跳時間影響真空斷路器的電氣壽命和機(jī)械壽命，是評判終端小型斷路器工作性能的重要參數(shù)之一。所以應(yīng)該通過合理地對終端小型斷路器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，將合閘彈跳時間控制在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)。五、終端小型斷路器控制系統(tǒng)檢測1.TCU系統(tǒng)檢測分析24E6作為終端小型斷路器報出的無法斷開的代碼，以此為例，動車組TCU根據(jù)本車是否為主高壓系統(tǒng)選擇需要確認(rèn)的終端小型斷路器反饋狀態(tài)，TCU檢測到本單元為主高壓系統(tǒng)，選取本單元終端小型斷路器觸點(diǎn)的反饋狀態(tài)作為24E6的判斷條件，若檢測到本車為非主高壓系統(tǒng)，選取臨單元終端小型斷路器觸點(diǎn)的反饋狀態(tài)作為24E6的判斷條件。當(dāng)TCU的釋放終端小型斷路器信號置零，延遲360ms后，TCU對主高壓系統(tǒng)終端小型斷路器斷開信號和閉合信號反饋進(jìn)行檢測，當(dāng)未檢測到正確的終端小型斷路器斷開反饋信號時，延遲48ms報出24E6故障。見圖5-1：圖5-124E6邏輯圖此時，MVB數(shù)據(jù)顯示全列TCU一直顯示終端小型斷路器處于閉合狀態(tài)，01、03、06、08車TCU報出24E6故障。2.CCU系統(tǒng)檢測分析終端小型斷路器無法閉合原理分析，當(dāng)CCU正常時，發(fā)出斷開終端小型斷路器指令后，經(jīng)過800ms延時無法斷開終端小型斷路器，則向TCU發(fā)出斷開終端小型斷路器。當(dāng)CCU向TCU發(fā)出斷開終端小型斷路器信號后，經(jīng)過600ms延時TCU也沒有能夠斷開開終端小型斷路器，則可緊急降弓，封鎖主變壓器，斷開隔離開關(guān)。CCU釋放信號置零后終端小型斷路器未能斷開，TCU釋放信號置零后終端小型斷路器也未能斷開，一直處于閉合狀態(tài)，變壓器鎖閉，無法重啟（代碼：631F）。同時CCU請求斷開隔離開關(guān)，由于終端小型斷路器一直處于閉合狀態(tài)，隔離開關(guān)使能繼電器21-K74無法得電，隔離開關(guān)未能斷開，導(dǎo)致故障發(fā)生。圖5-2終端小型斷路器原理圖六、終端小型斷路器M1級維護(hù)終端小型斷路器日常機(jī)械狀態(tài)也對其保持良好性能有著重要影響，在動車組一、二級檢修中要加