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1、. . 摘 要 .1 ABSTRACT .2 绪论. 第第 1 1 章章 断路器的结构和工作原理断路器的结构和工作原理1 1 1.1 断路器的分类. 1.2 真空断路器的结构.1 1.3 真空灭弧室的工作原理.1 第第 2 2 章章 真空断路器存在的问题真空断路器存在的问题3 3 2.1 真空灭弧室的问题 .3 2.1.1 事故案例一 .3 2.1.2 事故案例二 .5 2.2 操动机构的问题 .8 2.2.1 合闸弹跳对真空断路器的影响.8 2.2.2 超行程及接触压力对真空断路器的影响 .8 第第 3 3 章章 故障原因分析故障原因分析1010 3.1 故障原因分析一 .10 3.2 故障
2、原因分析二 .10 3.3 故障原因分析三 .10 第第 4 4 章章 解决问题的对策解决问题的对策1111 4.1 提高真空灭弧室的生产工艺 .11 4.2 提高断路器的整体装配质量 .11 . . 4.3 选择合适的操动机构和真空灭弧室 .11 第 5 章 浅析 SS4B 型电力机车主断路器检修保养措施 5.1 SS4B 型电力机车的技术特点 5.2 SS4B 型电力机车主断路器故障分析 5.3 SS4B 型电力机车口常检修要点与保养 第 6 章 HXD3 型机车主断路器的检修维护 6.1 HXD3 型机车主断路器的日常维护. 6.2 HXD3 型机车主断路器的检修. . . . . 内容
3、摘要 用于电力机车的主断路器以其灭弧方式而分有空气与真空两种。 从单一的空气型到两种类型的竞争，经历了两个不同的发展叶期。、币彼此在性能、 结构及经济土约优劣则决定了其过去和将来的地位。本文回顾了主断路器的发展过 程并时两种断路器进行评价。 主题词:电力机车，主断路器，岌展，分析. Used in electric locomotive main circuit breaker and points in the arcing way has two kinds of air and vacuum. From a single air type to two types of competit
4、ion, has experienced two different development stage. Each other in the performance, currency, Soil structure and economy about advantages and disadvantages are decide the position of the past and future. This paper reviews the development of the main circuit breaker Process and evaluate the two kin
5、ds of circuit breaker. Keywords: electric locomotive main circuit breaker, some exhibition, analysis. 绪论 . . 一九六八年，英国通用电器公司(GBC)首次研制出用于电力机车的真空断路器，并 装车试运成功。这是最早以真空断路器取代空气断路器用、于机车的主电路切换及 其短路保护。由于真空电器具有优良的短路电流开断能力和结构简单等显著的优点， 所以当它一出现在机车上，就马上得到了机车运用部的欢迎。因而从六十年代后期 开始，英国、美国、日本等国铁路都在试图逐步用真断路器(VCB)将空气断路器 (A
6、BB)取。他们的努力首先在线路上获得了成功，从而导致七十年代线路用真空断路 器的广泛应用。而由于机车上的条件要求特殊，机车 YCB 并未迅速实现，当时的问 题是如何选触头使真空室小型化，防止开断感性负载及截流过电压以及提高机械寿 命与电寿命的问题。限于这些不足，VCB 在电力机车上的优势未能立即得到承认， 苏联、法国、中国等在电力机车生产中仍主要采用空气断路器。 到了七十年代后期八十年代初，英美等国相继研制出了机械寿命百万次以上的 真空接触器，用于炼钢及矿山的真空开关也证明了其可靠、安全及操作频幸高等优 良性能。因此，人们逐渐意识到真空电器在工业技术中具有的远大前景，从而导致 了真空电弧理论与
7、真空开关技术研究的蓬勃发展。随着世界范围的竞争与不断探索， 真空电弧理论终于有了新的突破，尤其在人们发现了触头磁场对电弧的影响后，大 批新颖有效的触头形式纷纷出现，由最初的圆柱形触头到螺旋槽式以及后来的杯状 和纵磁场触头，其分断电流的能力已由数千安增大到几十千安。参考文献（3）载巳 有易于加工的直径 3 5mm 杯状触头开断 20KA(ram)通过了试验。由于触头材料的优 化选择，较好地解决了电流截流问题，截流值一般能控制在 6A 以下，从而消除了开 断过程中的过高的过电压。由此，专家们预言在中等容量的电力开关中，真空开关 将占据主导地位。随着真空管的标准化生产及技术的成熟，其稳定性不断上升，
8、成 本不断下降，这样也使得它在机车上的应用越来越受到人们广泛的注意。八十年代， 英国、日本、苏联、中国等都已拥有自己的 VCB 产品，日本铁路机车全部采用自己 研制的 VCB,1987 年日本向中国出口的 6K 型电力机车采用的就是其型号为 QROB- 201A 真空断路器;我国的 SS4 重载货运电力机车也采用我国自己研制的 VCB;而在此 领域一直处于领先地位的英国 GB 公司不仅使木国铁路电力机车全部采用他们的 VCB 产品，而且以技术领先、质量可靠、价格优惠等优势占据了世界大部分机车断 路器市场。到 1989 年 1 月，他们销售到木国铁路及印度、加掌大、南 非、台湾等地的 VCB 已
9、达 1546 台。 电力机车的特殊运用条件使得对机车电器的要求远比一般民用产品苛刻。如果 对机车主断路器采用性能与经济性一致的观点，其选择条件应是: 足够大的短路电流分断能力; 长的使用时间 可靠性好，高的响应速度与最小的分断失败率; . . 尽可能小的维护工作量; 经济上有可接受的价格。 在以下各项的比较中，我们将会看到空气断路器(ABB)与真空断路器(VCB)各项指标 的优劣。1.足够大的短路电流分断能力对高压断路器的最基本要求就是在规定的条件 下有开断额定短路电流的能力。对于 25kV 电力机车，其短路电流值与接触网线路参 数、机车线路参数短路点有关，按照传统的方法，一般将其值选择在 8
10、 到 10 千安左 右。而多年来的实践也证明，具有如上开断能力的断路器在机车上的运肘是可靠的。 据表 1，国外几种主要的机车断路器标称额定分断电流能力都是 10KA。据此，似乎 可以说在这一点上真空与空气断路器的能力没有什么不同，然而实际上差异还是有 的。其一，如果试验条件不同，虽然结论一样，无疑实际情况也会不一徉。据有关 资料一，英国 GE 公司采用的试脸标准纂木上接近 IEC65 的要求。由于缺少统一的现 定，瑞士 BBC 的空气断路采用的某些试验卡标准则明显低于 IEC 三相断路器试验标 准。比如瞬态恢复电压频二只有 550HZ,约为 IEC 的四分之一左右，而空气断路器又 是所谓“频率
11、敏感性”电器，因此，如果按 IEC 的标准来要求，DBTF 的开断能力要 打较大的折扣。其二，由于真空电弧金属等离子体高的导电性，电弧电压很低，断 口间的能量消耗小，比起空气电弧来容易熄灭得多。因此，真空介质开断电流的能 力大大高于空气介质这是众所周知的。所以说，就分断能力来讲，真空断路器占有 优势。但是，如果不管是在哪种试验条件下得到的结果，其产品总是能够满足机车 运行的要求，而这或许又正是空气断路器仍然能够占领市场的主要原因。 2.长的使用寿命 一台运用中的干线电力机车，其主断路器的年通断次数为 8,00014,000 次左右，而 按照电力机车的整体工作寿命 35 年(英国标准)计算，断路
12、器的寿命最少将需要二十 万至三十万次。这样的要求对任何型式的断路器来说都显得苛刻，但也并非完全不 可能达到。从表 1 可以看出，空气断路器 DBTF 也达到了 250,000 次寿命的等级。不 过从我们已进行过的试验可以了解到，在十多万次的分合动作以后，空气断路器中 的某些部件，如触头支持件、动触头等需要更换，如果处于运用、中，则需要定时 大修。而对于真空断路器来说，要满足这样的 要求也许会容易一些。我们知道，真空接触器的寿命达到百万次甚至数百万次已不 是难事。而用于电力机车的真空断路器，其寿命是否能达到所要求的数十万次呢?回 答是肯定的。真空断路器(VCB)与真空接触器(VCC)结构上的主要
13、区别是:VCB 的触 头断口必须有足够大的开距，以防止高压下分断电流后的重击穿。这样 VCB 动触头 的行程在 8mm 左右(相对应电压 13.8KV,英国 GE 公司产品)，而接触器则只需 3mm 的开距便已足够。由于 VCB 较大的行程要求限制了波纹管的压缩量，从而促成了由 不诱钢制成的波纹管在折线处的疲劳及开裂，最后导致真空室气压上升使 VCB 分断 电流失败。因此，VCB 机械寿命的关键在于波纹管的寿命。从此目标出发，人们作 . . 了大量工作，一般通过以下几种途径来实现:采用新的台全材料，运用特殊的焊接方 式，减小触头运劝过程中的相对压缩量。后一种办法受真空管体积的制约，但显而 易见，如果 VCB 的体积许可，将波纹管适当延一长，则其相对压缩量也可接近 VCC 的水平，那么，不难想象 VCB 的机械寿命提高到数十万次并非是不可能的。英国 GE 公司的 22CB 型 VCB 也证实了这一点。(见表 1)J 其中 22CB, 20CB 分别为英国 GE 公司的新旧产品。20CB 已广泛供应于国 际市掩 CB 也已通过了运行试验, QRCB-20IA 为日本三菱重工用于 6K 型电力机车 上的产品，DBTF 为瑞士 BBC 的产品。用于 8K 型电力机车及部分欧洲市场。 3.可靠性:高的响应速度与小
