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1、吉林铁道职业技术学院毕业论文 毕业设计（论文）中文题目：电力机车过电分相跳闸分析及预防措施的探究专 业： 电气化铁道技术 班 级： 电气化3102班 姓 名： 王力伟 学 号： 100130212 指导教师： 陈洪军 完成日期：2013年3月8日吉林铁道职业技术学院毕业设计（论文）成绩评议专业班级姓名学号题目教师评阅意见成绩评定 指导教师 年 月 日评阅教师意见评阅教师 年 月 日答辩小组意见 答辩小组负责人 年 月 日摘 要随着电气化铁路的飞速发展，电力机车的速度大幅度提高。因此，器件式电分相对电力机车受电弓冲击大成为困扰我国电气化铁路提速改造的主要问题之一。锚段关节式电分相是由两个绝缘锚段
2、关节组成，消除了器件式电分相存在硬点大的问题。通过对绝缘锚段关节式电分相结构、技术标准，产生交流电弧的原理及特性的研究对电力机车主断路器断开经过分相过程产生的截流过电压、合闸过电压、空载合闸涌流和辅助电机系统的过流产生的机理进行了探讨，分析出变电所馈线保护不正常动作的原因。其次，对电力机车带电过分相时电弧形成过程进行了理论分析。在我国电气化铁道接触网采用单相供电，为了使电气化铁道从电力系统三相电网取流基本对称，电气化铁道采用了分相分段取流的方法。所以在由不同相位供电区段的交界点，必须装设电分相装置。随着列车速度的大幅度提高，由于绝缘锚段关节式电分相能够消除器件式电分相存在的硬点大的问题，因此目
3、前世界大多数国家的高速电气化铁路电分相均采用该种型式。在我国，无论是新线建设还是既有线改造，都将大量采用关节式电分相装置。正是由于关节式电分相的大量采用，所以电力机车经过电分相这一过程出现的电气问题就引起了广大科研工作者和工程技术人员高度重视。本文对电力机车经过电分相时的电气过程机理进行详细研究分析，主要包括电力机车主断路器断开时经过电分相的过电压、过电流产生机理，电力机车带电闯分相时产生的电弧烧损电分相的机理分析。提出机车带电过电分相造成跳闸的主要原因为过电压和涌流。通过对新型机车断电过电分相时造成过电压的分析，从接触网、牵引变电所和机车结合部提出了防止跳闸和烧伤接触网的安全预防措施。关键词
4、: 牵引供电系统 绝缘锚段关节式电分相 过电压 过电流 电弧目 录第一章 绪 论6第二章 牵引供电系统与绝缘锚段关节式电分相72.1本章简述72.2电气化铁道的牵引供电系统72.3电力机车82.3.1主电路82.3.2辅助电路92.4绝缘锚段关节式电分相92.4.1绝缘锚段关节式电分相结构102.4.2绝缘锚段关节式电分相技术标准102.5电弧产生的原理及特性11第三章 电力机车通过电分相电气过程的分析123.1本章简述123.2电力机车断开主路器通过电分相的分析123.2.1放电间隙、避雷器的过电压保护机理和存在的问题123.2.2截流过电压133.2.3合闸过电压133.2.4空载合闸电流
5、143.3断电过电分相造成变电所跳闸的原因143.3.1跳闸事例现场特征分析143.4电力机车带电过电分相153.4.1电磁感应163.4.2电力机车带电过分相的电气过程163.5带电过电分相造成短路跳闸的原因183.5.1电弧说观点存在的问题183.5.2实际原因分析193.5.3 过电压193.5.4合闸涌流19第四章 电分相的改进及解决措施204.1本章简述204.2改进中性段的五种方法204.2.1改进中性段结构204.2.2交替分流204.2.3在电力机车驶入中性段前强制减少其耗用的电流214.2.4在电力机车驶进中性段时强行切断车上的电流214.2.5接触网上安装电力机车行近中性段
6、的传感器214.3采取措施224.3.1司乘人员的管理224.3.2提高避雷器的性能224.3.3抑制过电压224.3.4削弱磁场能量22结 论23致 谢24参考文献2514吉林铁道职业技术学院毕业论文第一章 绪 论随着列车速度的大幅度提高，器件式电分相对电力机车受电弓冲击大成为困扰我国电气化铁路提速改造的主要问题之一。由于锚段关节式电分相是由两个绝缘锚段关节组成，消除了器件式电分相存在硬点大的问题，所以，无论是新线建设还是既有线改造，都将采用关节式电分相装置。但根据现场情况反馈，当交流电力机车在牵引状态下进入中性段后，在运行方向的第一个空气间隙处会产生电弧，而且往往在受电弓进入中性段后不能自
7、行熄灭，它会烧毁接触线或产生飞弧烧损承力索，甚至即使机车断开主断路器进入电分相时，也会出现变电所馈线保护不正确动作情况。为了避免烧损导线，目前国内及一些国外都规定了电力机车行进中性段时，司机必须逐渐退级到零位，切断牵引负荷，然后再切断辅助电路负荷，最后关断主开关，使机车惰行通过绝缘区。因此随着铁路提速，特别是在高速铁路上，当牵引变电所之间的距离大约50一60km、行车速度300km/h时，司机每隔10min就得切断一次牵引电流。由于这种过电分相防止烧损导线的方法要依靠司机的主观因素来确定。因此，在现场运营过程中，经常会出现电力机车带电闯分相情况，严重时电弧会把承力索烧损。甚至即使电力机车断开主
8、断路器过分相时，经常出现变电所馈线保护不正确动作情况，给电力机车的正常运行和运营部门的工作造成巨大的困难。但是目前对于电力机车过分相存在问题的解决，除了对分相装置加以改造外，从电气过程角度来分析这一过程的相关资料还很少。其主要原因是这个过程原因十分复杂，不仅跟电力机车类型、电弧的复杂变化过程有关，因而形成了电力机车过分相出现的问题是一个客观存在但又无从下手的技术难题。因此对电力机车过电分相的电气过程的分析研究势在必行。第二章 牵引供电系统与绝缘锚段关节式电分相2.1本章简述首先分析牵引供电系统的组成及其工作原理同时介绍电力机车主、辅电路的内部器件的构成以及各元件的操作与作用。重点介绍电分相的定
9、义，分析传统的器件式电分相的结构、组成以及工作中出现过的不利的一方面因素从而重点突出绝缘锚段关节式电分相结构克服硬点大的问题。总结七跨绝缘锚段关节式电分相对空气间隙的绝缘距离提出较高要求的技术标准，交流电弧产生的原理及特性。2.2电气化铁道的牵引供电系统电气化铁道的牵引供电系统由牵引变电所(包括分区亭、开闭所、AT所)、牵引网(馈电线、接触网、钢轨和回流线)、电力机车等组成。所以人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的“三大元件”。如图21所示。图21电气化铁道牵引供电系统图我国电气化铁路采用工频单相交流制。电气化铁路供电的牵引供电系统由分布在铁路沿线的牵引变电所及沿铁路架设的牵引网
10、组成，为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电所的高压输电线路均为双回路。(1)牵引变电所:主要是将电力系统传送的220kV或 110kV的三相电源转换成牵引网额定电压27.5kV工频单相交流电，然后向铁路沿线架设的牵引网供电。(2) 分区亭:主要作用是操作设置在两个牵引变电所之间连接两供电分区的开关设备，实现灵活供电，提高运行的可靠性。(3)开闭所:实质上是个不进行变压的配电所，主要是将从牵引变电所牵引母线上引出的一路馈线按需要向分组接触网供电。一般设置在需要送出多路馈电线的多接触网分组的枢纽站场附近。(4)接触网:是一种悬挂在电气化铁道线路上方，并和铁路钢轨保持一定距离的链形或单导线的
11、输电网。牵引电力机车能量获取是通过机车受电弓和接触网的滑动接触来实现的。(5)馈电线:是指连接牵引变电所和接触网的导线，把牵引变电所转换完备的牵引用电能送给接触网。(6)轨道:在电气化铁道系统中，轨道除了作为列车的导轨外，还与接触网组成通道，完成导通回流的任务。(7)回流线:连接轨道和牵引变电所的导线，把轨道中的回路电流导入牵引变电所。(8)牵引网:牵引供电回路的构成是:牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨与大地、回流线。在这个闭合回路中，通常将馈电线、接触网、钢轨与大地回流线统称为牵引网。2.3电力机车电力机车的电气线路按其作用的不同，可分为主电路、控制电路和辅助电路三大部分。牵引电动
12、机及其相联接的电器设备和导线组成了机车主电路。电传动设备主电路中流过的电流为牵引负载电流，主电路电压为牵引电动机的电压，或者是接触网的网压，故机车主电路是电力机车上的高电压、大电流的大功率动力回路。通过主电路的功率传输，将变电所的电能转变成适用于列车牵引所需要的牵引力。因此机车主电路应满足机车起动、调速和制动三个基本工作状态的要求，起动、调速及制动是机车运行的基本规律，它们是通过机车主电路、控制电路及辅助电路共同作用实现的。2.3.1主电路电力机车的主电路由主变压器、牵引变流器、牵引电动机构成。27.5kV牵引网压经受电弓、主断路器、电流互感器、主变压器原边绕组接地。主变压器次边绕组有若干抽头
13、，由组合调压开关进行切换，实现逐级改变交流输出电压。接触网的单相电流转换成牵引供电的整流电流，是通过牵引变压器和整流装置实现的。主电路设有转换开关，在一组四象限变流器或逆变器故障时可作相应的切除和转换，机车可以降低功率继续运行。当主电路主要电气设备发生短路、过载、接地、过电压四类故障时，相应的保护电气动作，以避免电气设备因上述故障而损坏。各类交直型电力机车的主电路保护措施大致相同，其主断路器是机车的主要保护装置，当主电路发生短路、过载、接地故障时，主断路器作为主要执行开关，担当了分断网侧电路的作用。当车顶母线、瓷瓶对地放电或短路时，短路电流不流过电流互感器，主断路器不会跳闸，由牵引变电所执行保
14、护。2.3.2辅助电路电力机车辅助电路主要为电力机车主电路提供冷却，为空气制动系统提供风源，调节司乘人员环境以及给客车提供合适的电源。辅助电路的正常工作与否直接影响到主电路的工作状态，是机车稳定、安全运行的关键。一般国内电力机车辅助电路系统分两大部分:一是传统的单一三相供电系统;一是列车供电回路。为了保证电力机车正常运行，机车上设有三相交流辅助电路和辅助机械装置，这是由于平波电抗器、主变压器的油散热器、整流装置、牵引电动机、硅风机和制动风机等，他们在运行时发出大量的热量，需要通风机进行强迫风冷;主变压器需要设置油泵强迫变压器油循环，空调等;机车和列车的制动、受电弓以及车上各种气动机械要装置压缩机来提供风源
