ss4改韶山4改電力機車主電路輔助電路控制電路保護電路

1、第 4 章 電力機車線路 第 1 節(jié) SS4G 型機車主電路 SS4G 型電力機車主電路見附圖一是以 SS4、SS5 和 SS6 型機車主電路為根底，并消化、吸收了8K 和 6K 型機車的一些先進技術(shù)而設(shè)計的。具有如下主要特點： 1.機車采用加饋電阻制動，每節(jié)車四臺牽引電機主極繞組串聯(lián)，由一臺勵磁半控橋式整流器供電。每臺轉(zhuǎn)向架上的二臺牽引電機電樞與各自的制動電阻串聯(lián)后，并聯(lián)在一起，并與主整流器相串聯(lián)。 2.機車全部采用了霍耳傳感器檢測直流電流、電壓信號，以利司機平安，并可提高系統(tǒng)的控制精度。 3.為提高機車功率因數(shù)和改善通訊干擾，機車增加了 PFC 裝置。 一、網(wǎng)側(cè)高壓電路 網(wǎng)側(cè)高壓電路包括兩

2、局部：變壓器原邊的牽引電流電路及低壓測量電路。如下列圖所示。 圖 4-1 網(wǎng)側(cè)高壓電路 由受電弓 1AP 引入接觸網(wǎng)高壓電，經(jīng)主斷路器 4QF、高壓電壓互感器 6TV、高壓電流互感器 7TA引入機車內(nèi)部，原邊電流經(jīng)主變壓器 8TM 的高壓原邊繞組 AX，由機車接地裝置向牽引變電所回流。二節(jié)車之間的 25kV 母線用高壓聯(lián)接器 2AP 進行連接。 低壓局部有自動開關(guān) 102QA、網(wǎng)壓表 103PV、電度表 105PJ、PFC 用電壓互感器 100TV，以及接地電刷 110E、120E、130E 和 140E。這些電器設(shè)備所組成的電路主要用于檢測機車網(wǎng)壓和提供電度表用的電壓信號。 二、整流調(diào)壓電路

3、 采用轉(zhuǎn)向架獨立供電方式，由二套獨立的整流調(diào)壓電路，分別向相應(yīng)的轉(zhuǎn)向架供電。牽引繞組a1-b1-x1 和 a2-x2 供電給主整流器 70V，組成前轉(zhuǎn)向架供電單元牽引繞組 a3-b3-x3 和 a4-x4 供電給主整流器 80V 組成后轉(zhuǎn)向架供電單元。 下列圖所示為前轉(zhuǎn)向架單元的三段不等分半控橋式整流調(diào)壓電路。其中各段繞組的電壓為Ua2x2Ua1x12Ua1b12Ub1x1699.5V 圖 4-2 前轉(zhuǎn)向架單元整流調(diào)壓電路 三段不等分整流橋的工作順序簡述如下： 首先投入四臂橋。即觸發(fā)四臂橋的晶閘管，投入 a2-x2 繞組。整流電壓由零逐漸升至 1/2UdUd為總整流電壓，六臂橋的整流元件續(xù)流。

4、當(dāng)四臂橋滿開放后，六臂橋投入。先投入繞組 a1-b1，整流電壓在 1/23/4Ud 之間調(diào)節(jié)。待滿開放后，b1-x1 繞組再投入，整流電壓在 3/4UdUd 之間調(diào)節(jié)。 在整流器的輸出端還分別并聯(lián)了兩個電阻 75R 和 76R，其電阻的作用有兩個：一是機車高壓空載做限壓試驗時，作整流器的負載，起續(xù)流作用二是正常運行時，能夠吸收局部過電壓。 三、牽引電路 機車的牽引電路，即機車主電路的直流電路局部，局部電路如下列圖所示。 圖 4-3 牽引電路示意圖 機車牽引電路，采用轉(zhuǎn)向架獨立供電方式。第一轉(zhuǎn)向架的第一臺牽引電機 1M 與第二臺牽引電機2M 并聯(lián)，由主整流器 70V 供電第二轉(zhuǎn)向架的第三臺牽引電

5、機 3M 與第四臺牽引電機 4M 并聯(lián)，由主整流器80V 供電。兩組供電電路完全相同且完全獨立。 牽引電機支路的電流路徑根本相同，現(xiàn)以第一牽引電機支路為例加以說明：其電流路徑為正極母線 71平波電抗器 11L線路接觸器 12KM電流傳感器 111SC電機電樞位置轉(zhuǎn)換開關(guān)的 - “牽“制鼓 107QPR1位置轉(zhuǎn)換開關(guān)的 一 鼓 “前 “后 107QPV1主極磁場繞組107QPV1牽引電機隔離開關(guān) 19QS107QPR1負極母線 72。 與主極繞組并聯(lián)的有固定分路電阻 14R、一級磁削電阻 15R 和接觸器 17KM、二級磁削電阻 16R 14R和接觸器 18KM。 與主極繞組并聯(lián)后，實現(xiàn)機車的固

6、定磁削級， 15R 其磁削系數(shù)為 0.96。 通過接觸器 17KM的閉合投入，實現(xiàn)機車的 I 級磁削級，其磁削系數(shù)為 0.70。16R 通過接觸器 18KM 投入，實現(xiàn)機車的級磁削級，其磁削系數(shù)為 0.54。當(dāng) 17KM 和 18KM 同時閉合時，15R 和 16R 同時投入，實現(xiàn)機車的級磁削級，其磁削系數(shù)為 0.45。 牽引電機故障隔離開關(guān) 19QS、29QS、39QS 和 49QS 均為單刀雙投開關(guān)，有上、中、下三個位置。上為運行位，中為牽引工況故障位，下為制開工況故障位。 庫用開關(guān) 20QP 和 50QP 為雙刀雙投開關(guān)。在正常運行位時，其主刀與主電路隔離，其相應(yīng)輔助接點接通受電弓升弓電

7、磁閥，方可升弓在庫用位時，其主刀將庫用插座 30XS 或 40XS 的庫用電源分別與2M 電機或 3M 電機的電樞正極引線 22 或 32 及總負極 72 或 82 連接，其輔助接點斷開受電弓升弓電磁閥的電源線，使其在庫用位時不能升弓。只要 20QP 或 50QP 之一在庫用位，即可在庫內(nèi)動車。同時，通過相應(yīng)的聯(lián)鎖接點可分別接通 12KM 和 22KM 或 32KM 和 42KM，從而使 1M 或 4M 通電，以便于工廠或機務(wù)段出廠試驗時試電機轉(zhuǎn)向、出入庫及旋輪。 空載試驗轉(zhuǎn)換開關(guān) 10QP 和 60QP 為叁刀雙投開關(guān)。當(dāng)機車處于正常運行位時，10QP 和 60QP 將 1位和 4 位電壓傳

8、感器 112SV 和 142SV 分別與 1M 和 4M 的電樞相連，其相應(yīng)輔助接點接通 12KM、22KM、32KM和 42KM 的電空閥當(dāng)機車處于空載試驗位時，10QP 和 60QP 將 112SV 和 142SV 分別與主整流器 70V 和 80V的輸出端相連，同時短接 76R 和 86R，其相應(yīng)輔助接點斷開線路接觸器 12KM、22KM、32KM 和 42KM 的電空閥電源線，使 I0QP 或 60QP 置于試驗位時電機與整流器脫開，確?？蛰d試驗時的平安性。 四、加饋電阻制動電路 SS4G 型電力機車采用加饋電阻制動電路，主要優(yōu)點是能夠獲得較好的制動特性，特別是低速制動特性。下列圖為?

9、導(dǎo)永貧鍪鋇募蚧緶吠肌?圖 4-4 加饋電阻制動簡化圖 加饋電阻制動是在常規(guī)電阻制動的根底上開展的一種能耗制動技術(shù)。在常規(guī)的電阻制動中，IZ隨著機車速度的減小而減小。因此，機車輪周制動力也隨著機車速度的變化而變化。為了克服機車輪周制動力在機車低速區(qū)域減小的狀況，加饋電阻制動從電網(wǎng)中吸收電能，并將該電能補足到 IZ 中去，以此獲得理想的輪周制動力。 根據(jù)理論分析可知，機車輪周制動力為 BCIZ N 式中 C機車結(jié)構(gòu)常數(shù) 電機主極磁通Wb IZ電機電樞電流A。 機車處于加饋電阻制動時，經(jīng)位置轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到制動位，牽引電機電樞與主極繞組脫離與制動電阻串聯(lián)，且同一轉(zhuǎn)向架的二臺電機電樞支路并聯(lián)之后，與主整

10、流器串聯(lián)構(gòu)成回路。此時，每節(jié)車四臺電機的主極繞組串聯(lián)連接，經(jīng)勵磁接觸器、勵磁整流器構(gòu)成回路，由主變壓器勵磁繞組供電。 為了能在靜止?fàn)顩r下檢查加饋制動系統(tǒng)是否正常，機車在靜止時，系統(tǒng)仍能給出 50A 的加饋制動電流此時勵磁電流到達最大值 930A。 五、功率因數(shù)補償電路PFC 電路 SS4G 型電力機車主電路設(shè)置有四組完全相同的 PFC 裝置。其電路結(jié)構(gòu)見下列圖。 該裝置是通過濾波電容和濾波電抗的串聯(lián)諧振，以降低機車的三次諧波含量，提高機車的功率因數(shù)。它主要由真空接觸器電磁式、無觸點晶閘管開關(guān)、濾波電容、濾波電抗和故障隔離開關(guān)等電器組成。 在 PFC 電路中設(shè)置有故障隔離開關(guān)，在 PFC 電路出

11、現(xiàn)接地時做隔離處理用。當(dāng)故障隔離開關(guān)處于故障位時，一方面使 PFC 電路與機車主變壓器的牽引繞組完全隔離另一方面，通過其輔助聯(lián)鎖控制真空接觸器主觸頭分斷。同時，其主閘刀還將對電容器進行放電。 為確保人身平安，當(dāng)司機取出司機鑰匙時，因在每組 PFC 電路中的濾波電容和濾波電抗上并聯(lián)了一個低阻800，使得濾波電容上的電壓能夠快速放電。該電阻的投入是靠一高壓繼電器116KM、126KM、156 KM 和 166KM來實現(xiàn)的。 六、保護電路 SS4G 型電力機車主電路保護包括：短路、過流、過電壓及主接地保護等四個方面。 1、短路保護 當(dāng)網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)短路時，通過網(wǎng)側(cè)電流互感器 7TA原邊過流繼電器 101K

12、C，使主斷路器 4QF 動作，實現(xiàn)保護。其整定值為 320A。 當(dāng)次邊出現(xiàn)短路時，經(jīng)次邊電流互感器 176TA、177TA、186TA 及 187TA電子柜過流保護環(huán)節(jié)，使主斷路器 4QF 動作，實現(xiàn)保護。其整定值為 3000A±5。 在整流器的每一晶閘管上各串聯(lián)一個快速熔斷器，實現(xiàn)元件擊穿短路保護。 2、過流保護 考慮到牽引工況和制開工況時，牽引電機的狀況不同，牽引電機過流保護的整定值和保護方式設(shè)置不同。 在牽引工況時，牽引電機的過流保護通過直流電流傳感器 111SC、121SC、131SC 和 141SC電子柜主斷路器來實現(xiàn)，其整定值為 1300A±5。 在制開工況時，

13、牽引電機的過流保護通過直流電流傳感器 111SC、121SC、131SC 和 141SC電子柜勵磁過流中間繼電器 559KA勵磁接觸器 91KM 來實現(xiàn)。其整定值為 1000A±5。 在制開工況時，設(shè)有勵磁繞組的過流保護，通過直流電流傳感器 199SC電子柜勵磁過流中間繼電器 559KA勵磁接觸器 91KM 來實現(xiàn)。其整定值為 1150A±5。 3、過電壓保護 機車的過電壓包括：大氣過電壓、操作過電壓、整流器換向過電壓和調(diào)整過電壓等。大氣過電壓的保護主要采用兩種方式：一是在網(wǎng)側(cè)設(shè)置新型金屬氧化物避雷器 5F二是在主變壓器的各次邊繞組上設(shè)置 RC 吸收器。 當(dāng)機車主斷路器 4

14、QF 翻開或接通主變壓器空載電流時，機車會產(chǎn)生操作過電壓，通過網(wǎng)側(cè)避雷器 5F 和牽引繞組上的 RC 吸收器能夠?qū)Υ瞬僮鬟^電壓進行限制。 機車的主整流器 70V 和 80V、勵磁整流器 99V 的每一晶閘管及二極管上均并聯(lián)有 RC 吸收器，以抑制整流器的換向過電壓。 另外，牽引電機的電壓由主整流器進行限壓控制，其限制值為 1020V±5。 4、接地保護 牽引工況下，每“轉(zhuǎn)向架供電單元設(shè)一套接地保護系統(tǒng)，除網(wǎng)側(cè)電路外，主電路任一點接地時，接地繼電器均動作。接地繼電器動作之后，通過其聯(lián)鎖使主斷路器動作，實現(xiàn)保護。 制開工況下，具有兩套獨立回路，勵磁回路屬于第二回路。當(dāng)制開工況發(fā)生接地故障

15、時，接地繼電器動作，通過其聯(lián)鎖使主斷路器動作，實現(xiàn)保護。 第 2 節(jié) SS4G 型機車輔助電路 SS4G 型電力機車輔助電路原理圖見附圖二采用傳統(tǒng)的單-三相供電系統(tǒng)，輔機均采用三相異步電動機拖動。電源來自主變壓器的輔助繞組 a6-b6-x6，其中 a6-x6 的額定電壓為 399.86V，b6-x6 的額定電壓為 226V。單相交流電源從 a6-x6 經(jīng)庫用轉(zhuǎn)換刀開關(guān) 235QS 至導(dǎo)線 201、202 給各輔機及窗加熱、取暖設(shè)備供電。機車在庫內(nèi)可通過輔助電路庫用插座 294XS 引入 380V 單相或三相電源，將 235QS 投向庫用位，輔助電路設(shè)備即可由庫內(nèi)電源供電。 一、分相設(shè)備 1、劈

16、相機 劈相機是單相電動機與三相發(fā)電機的組合，提供輔助電路的三相電源。見下列圖： 圖 5-1 劈相機起動示意圖 劈相機的運轉(zhuǎn)與停止通過接觸器 201KM 控制。劈相機起動時在第二電動相繞組與發(fā)電相繞組間 起動電阻的接通與開斷由接觸器 213KM 來執(zhí)行。接入起動電阻 263R 進行分相起動， 劈相機起動繼電器 283AK監(jiān)測起動過程并控制起動電阻回路的開斷，其工作電源DC110V從導(dǎo)線 531 經(jīng) 533KT 常開聯(lián)鎖由導(dǎo)線 281引入。當(dāng)按下劈相機按鍵開關(guān)后，接觸器 213KM 閉合，起動電阻投入，201KM 閉合，劈相機開始起動，這時劈相機起動繼電器監(jiān)測劈相機發(fā)電相電壓由導(dǎo)線 279、280

17、 引入，間接反映劈相機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)劈相機轉(zhuǎn)速到達約 0.9nh，也即 283AK 測得其發(fā)電相電壓接近于比擬電壓額定網(wǎng)壓下，該電壓值為 220V，由導(dǎo)線202、206 引入時，283AK 動作，其常開聯(lián)鎖閉合，導(dǎo)線 561、568 連通，那么劈相機起動中間繼電器 566KA得電，使 213KM 及劈相機起動延時時間繼電器 533KT 失電，213KM 主觸頭翻開，開斷了起動電阻回路，劈相機起動完成。同時，533KT 常開聯(lián)鎖開斷了導(dǎo)線 531 與 281 通路，使 283AK 失去工作電源處于閉置狀態(tài)。 劈相機起動電阻有三個抽頭，即備有兩組，當(dāng)一組燒損可換另一組使用，此時只需把導(dǎo)線 232換接至

18、另一抽頭即可。 2、通風(fēng)機電動機 第一臺牽引通風(fēng)機電機 3MA 的電容分相起動電路是為劈相機發(fā)生故障而特設(shè)的電路。在機車運行中，劈相機一旦發(fā)生故障，為保證其它輔機繼續(xù)工作，即可切除劈相機，而以起動電容 253C 對風(fēng)機電機3MA 直接進行分相起動。這時，要把劈相機故障轉(zhuǎn)換開關(guān) 242QS 打向 2QS 位，即把 283AK 監(jiān)測劈相機發(fā)電相電壓的引入線轉(zhuǎn)接到 3MA 的第三相上，同時必須把閘刀開關(guān) 296QS 倒向起動電容位。起動過程由起動繼電器 283AK 控制，起動完成后 283AK 常開聯(lián)鎖閉合，使 213KM 線圈失電，其主觸頭翻開，切除起動電容。 在運用 3MA 替代劈相機作電容分相

19、起動時，司機操縱與使用劈相機時相同，由于兩節(jié)車的輔助電路未重聯(lián)，因此可以一節(jié)車做劈相機電阻分相起動，另一節(jié)車劈相機故障做 3MA 電容分相起動。必須強調(diào)的是采用電容分相起動通風(fēng)機電動機時，網(wǎng)壓不得低于 22kV，且必須是在劈相機故障狀態(tài)下進行。 二、負載電路 1、三相負載電路 當(dāng)劈相機起動完畢后，輔助回路導(dǎo)線 201、202、203 即可提供三相不對稱電源，這時，各輔機可依次投入工作。 SS4G 型電力機車三相負載有：壓縮機電動機 2MA 一臺，牽引通風(fēng)機電機 3、4MA 二臺，制動風(fēng)機電動機 5、6MA 二臺，變壓器風(fēng)機電動機 7MA 一臺，變壓器油泵 8MA 一臺。各輔助電動機均通過其相應(yīng)

20、的交流接觸器進行分合控制。 在 D3 為了改善劈相機供電系統(tǒng)的三相電源對稱性， 35MA 電動機的 D2、 之間接入移相電容 247252C，隨電動機作負載投入而投入。 235QS 為庫用轉(zhuǎn)換刀開關(guān)，機車在電網(wǎng)下，235QS 倒向“運行位，那么主變壓器輔助繞組 a6-x6通過導(dǎo)線 204、205 經(jīng) 235QS 與導(dǎo)線 201、202 連接，從而給輔助電路提供 380V 單相電源。假設(shè)機車處在庫內(nèi)時，235QS 須倒向“庫用位，此時可使用的庫內(nèi)電源有兩種： 庫內(nèi)三相電源 使用庫內(nèi)三相電源時，一般不起劈相機。把庫內(nèi)三相電源接到庫用插座 294XS 的 207、208、209三點上，通過 235Q

21、S 及導(dǎo)線 203 與 209 之間的連接母線直接為輔助電路提供三相電源。 庫內(nèi)單相電源 單相電源送至庫用插座 294XS 的 207、208 兩點上，經(jīng) 235QS 給輔助電路提供單相電源，此時須使用劈相機實現(xiàn)單-三相電源的轉(zhuǎn)換。 假設(shè)只使用庫內(nèi)單相電源，也可拆開導(dǎo)線 203 與 209 之間的連接母線，這樣做有兩個目的：一是從平安角度考慮，使庫用插座上的第三點209 點不帶電二是假設(shè)電源線誤接至接點 208、209 上時，防止劈相機不能正常起動而受損。 2、單相負載電路 380V 單相負載電路 包括窗加熱玻璃、壁爐及腳爐電路，采用 380V 單相交流電源。由自動開關(guān)作電路的過載保護用。 2

22、20V 單相負載電路 220V 單相負載電路主要有司機室熱飯電爐。該 220V 電源取自導(dǎo)線 202、206，由自動開關(guān)作支路的過載保護。 三、保護電路 SS4G 型電力機車輔助電路設(shè)置有以下幾種保護：過電壓保護、輔過流保護、輔接地保護、輔機過載保護及零壓保護等。 1、過電壓保護 采用跨接在輔助繞組 a6-x6 兩端間的 R-C 過電壓保護電路，由電阻 260R、電容 255C 組成，吸收過電壓。 2、輔過流保護 在輔助繞組短路或其它原因造成輔助電路短路，其電流超過 2800A 時，進行輔助電路過電流保護，電流繼電器 282KC 吸合動作使機車主斷路器分閘，并顯示輔助過流信號。 3、輔接地保護

23、 在變壓器輔助繞組的 x6 端與地之間設(shè)有輔助電路接地保護電路，如下列圖所示。輔接地保護屬有源保護裝置，支路經(jīng) 110V 控制電源后接地。當(dāng)輔助電路某點接地時，輔接地保護系統(tǒng)形成回路，285KE 動作吸合，其輔助聯(lián)鎖使主斷路器分閘線圈得電跳閘，司機臺輔接地信號顯示。 圖 5-2 輔接地保護電路圖 此時 285KE 常閉聯(lián)鎖開斷，回路串入電阻 262R 以免出現(xiàn)大電流而燒損接地繼電器。同時經(jīng)由285KE 自身聯(lián)鎖和恢復(fù)中間繼電器 562KA 聯(lián)鎖接通“自鎖回路，保持信號記憶。故障解除后，借助主斷路器合閘操作，562KA 常閉聯(lián)鎖斷開使 285KE 恢復(fù)。 237QS 是輔接地保護故障隔離開關(guān)，假

24、設(shè)確定輔助電路有一點接地且不能排除時，可切斷保護電路，使機車作故障運行，此時要嚴密監(jiān)視各輔機工作狀態(tài)，以確保行車平安。 4、輔機過載保護 SS4G 型電力機車的輔機保護采用了兩種保護形式：一種是電子式輔機過流保護裝置另一種為自動開關(guān)過流保護。 電子式輔機過流保護裝置的特點是：保護裝置設(shè)有一次保護跳接觸器，二次保護跳主斷路器的執(zhí)行功能，因此在輔機發(fā)生故障過流時，能可靠動作，具備阻止輔機故障擴大的能力。其缺乏之處在于本身只是控制裝置而非執(zhí)行器械，保護功能那么需接觸器或主斷路器來完成，因此當(dāng)輔機發(fā)生短路或單相堵轉(zhuǎn)故障時，接觸器將開斷故障電流，而這種大電流的開斷可能使接觸器主觸頭燒損，甚至造成觸頭燒焊

25、，極易影響接觸器的壽命。此外，該裝置還存在人為隔離的因素亦使輔機保護的可靠性打了折扣。 自動開關(guān)保護具有兩種保護功能，即瞬時電磁脫扣的短路保護功能和熱脫扣動作的過載保護功能。該保護的特點是：分斷能力較高，當(dāng)回路發(fā)生過載、短路等故障時，能自動切斷故障電路，有效地保護串接在它后面的輔機，過載保護具有反時限特性。缺乏之處在于自動開關(guān)是系列產(chǎn)品，其保護特性與輔機特性的匹配問題給選型增加了難度，且其保護特性具有分散性，因此其保護特性的整定和校核是關(guān)鍵。 5、零壓保護 零壓保護是接觸網(wǎng)供電的失壓保護，由接在主變壓器繞組 a6-x6 兩端的零壓變壓器 281TC、電阻261R、整流裝置 290U、電容 256C 及零壓時間繼電器 286KT 組成。其電路圖見下列圖。 圖 5-3 零壓保護電路圖 當(dāng)電網(wǎng)正常供電時，286KT 吸合當(dāng)電網(wǎng)失壓時 286KT 失電動作，其常閉聯(lián)鎖閉合