SS4改型機車主斷路器故障分析及防范措施

1、SS4型電力機車主變壓器的檢測分析及故障診斷學 院 名 稱：專 業(yè) 名 稱：年 級 班 別：姓 名：指 導 教 師：目 錄摘要3關鍵詞31 主斷路器的動作原理31.1 準備工作31.2 分閘過程41.3 合閘過程42 故障現(xiàn)象43 故障原因分析53.1 滅弧室瓷瓶和非線性電阻瓷瓶炸損53.2 主閥卡位53.3 起動閥故障63.4 傳動機構卡滯64 改進和防范措施65結束語7參考文獻86SS4改型機車主斷路器故障分析及防范措施摘要: 主斷路器連接在受電弓與主變壓器原邊繞組之間，安裝在機車車頂中部，它是電力機車電源的總開關和機車的總保護電器。當主斷路器閉合時，機車通過受電弓從接觸網(wǎng)導線上獲得電源，

2、投人工作；若機車主電路和輔助電路發(fā)生短路、過載、接地等故障時，故障信號通過相關控制電路使主斷路器自動開斷，切斷機車總電源，防止故障范圍擴大。本文詳細分析了SS4改型機車主斷路器的主要故障現(xiàn)象及其原因, 并從材質(zhì)、制造工藝與檢修保養(yǎng)方面提出了改進與防范措施。關鍵詞: 電力機車; 主斷路器;故障;分析 主斷路器屬于高壓斷路器的一種，按其滅弧介質(zhì)可分為油斷路器、空氣斷路器、六氟化硫斷路器和真空斷路器等。目前，在SS1型、SS3A型、SS3B型等電力機車上采用的是TDZ1200/25T鐵路機車用；D斷路器Z一主；1一設計序號；200一額定分斷容量（MV·A）；25額定電壓（kV）型

3、空氣斷路器；在SS4型、SS4改型、SG型、SS7c型、SS7D型及SS8型等電力機車上采用的是TDZ1A1025T鐵路機車；D斷路器；Z主；1A設計序號；10額定電流（kA）；25額定電壓（kV）型空氣斷路器；6K型電力機車上采用的是真空斷路器。1 主斷路器的動作原理主斷路器的動作原理：1.1 準備工作儲風缸充滿足夠的壓縮空氣;起動閥的D腔充滿壓縮空氣;另有少量的壓縮空氣經(jīng)通風塞門,主閥,支持瓷瓶進入滅弧室,使滅弧室內(nèi)保持一定的正壓力,防止外部潮濕空氣的侵入.1.2 分閘過程 司機按下主斷路器分閘按鍵開關,分閘線圈得電,分閘閥閥桿上移,起動閥D腔的壓縮空氣經(jīng)起動閥E腔進人主閥的C腔,主閥左移

4、,儲風缸內(nèi)大量的壓縮空氣經(jīng)支持瓷瓶進人滅弧室,推動主動觸頭左移,電弧被吹人空心的動觸頭,冷卻,拉長,進而熄滅.進人延時間的壓縮空氣經(jīng)一定時間延時后,推動延時閥閥門上移,壓縮空氣進人傳動風缸工作活塞的左側(cè),推動工作活塞右移,驅(qū)動傳動杠桿帶動控制軸,轉(zhuǎn)動瓷瓶轉(zhuǎn)動,隔離開關分閘.與控制軸同步動作的輔助開關同時完成如下3項工作:一是切斷分閘線圈電路,分閘線圈失電,分閘閥關閉,D腔的壓縮空氣不再進人E腔和C腔,主閥關閉,壓縮空氣停止進入滅弧室,主觸頭在反力彈簧的作用下重新閉合,分閘過程完成;二是接通信號控制電路,使主斷路器信號燈亮,顯示主斷路器處于斷開狀態(tài);三是接通合閘線圈電路,為下一次合閘作好準備.1

5、.3 合閘過程司機按下主斷路器合閘按鍵開關,合閘線圈得電,合閘閥閥桿上移,起動閥D腔的壓縮空氣經(jīng)起動閥F腔進人傳動風缸工作活塞的右側(cè),推動工作活塞左移,驅(qū)動傳動杠桿帶動控制軸,轉(zhuǎn)動瓷瓶轉(zhuǎn)動,隔離開關合閘. 同理,與控制軸同步動作的輔助開關:一是切斷合閘線圈電路,合閘線圈失電,合閘閥關閉,壓縮空氣停止進人傳動風缸,合閘過程完成;二是切斷信號控制電路,使主斷路器信號燈滅,顯示主斷路器處于閉合狀態(tài);三是接通分閘線圈電路,為下一次分閘作好準備.2 故障現(xiàn)象包烏電氣化鐵路開通一年多來，烏蘭察機務段配屬的SS4改型機車主斷路器的故障率在各大部件中相對較高, 這不僅影響到機車的運行安全，而且影響到牽引任務的

6、完成。2009年3月到2009年10月共發(fā)生42件(其故障統(tǒng)計見表1), 月平均達3.5件, 嚴重影響了機車的運用率。表1 SS4 改型機車主斷路器的故障統(tǒng)計 主閥 滅弧室 非線性電阻 起動閥 傳動機構 卡位 瓷瓶炸損 瓷瓶炸損 故障 卡滯件數(shù) 14 7 4 6 11根據(jù)這一情況，我段不斷摸索經(jīng)驗，并制定了專門的檢修要點和保養(yǎng)措施，取得了良好效果。3 故障原因分析3.1 滅弧室瓷瓶和非線性電阻瓷瓶炸損該故障有時是滅弧室瓷瓶斷損或炸損，有時是滅弧室瓷瓶與非線性電阻瓷瓶同時斷損或炸損，為機車主斷路器的主要破壞性故障。故障原因主要有：（1）瓷瓶材質(zhì)不佳。材質(zhì)不佳主要是指瓷瓶材質(zhì)具有冷脆性和表面易發(fā)生

7、爬電，在天氣嚴寒或有霧環(huán)境下更為明顯。上述機車主斷路器瓷瓶斷（炸）損故障中有4件發(fā)生在寒冷天氣（氣溫一般在-15°C以下）,有3件發(fā)生在氣壓低、霧氣大的天氣。（2）瓷瓶機械強度低。滅弧室瓷瓶受機械力作用時易于斷損。當主斷路器動靜觸頭開斷時，儲風缸壓力為700-900kPa的壓縮空氣進入滅弧室瓷瓶內(nèi)腔, 打開主斷路器動靜觸頭, 沖力為水平方向。而動觸頭及金屬器件質(zhì)量大，且裝于滅弧瓷瓶根部，瓷瓶受重力作用，動觸頭在滅弧室瓷瓶的壓縮空氣力（機械力）和動觸頭裝置自身重力聯(lián)合作用下開閉!極易造成斷損。如果是冬季，加上瓷瓶材料冷脆性，約有1/3的瓷瓶斷損是在動觸頭根部!斷損面似平面。這說明瓷瓶在

8、與動觸頭金屬器件連接處應力集中。（3）非線性電阻瓷瓶炸損。由于滅弧室瓷瓶斷損或炸損時機車處于正常運用工況，主斷路器隔離開關尚在閉合位，高壓大電流瞬間流經(jīng)非線性電阻，導致電阻嚴重過熱而爆炸。如果氣溫低，電阻瓷瓶內(nèi)外溫差大，內(nèi)部形成水汽，非線性電阻瓷瓶爆炸機率更大。3.2 主閥卡位主閥卡位就是主閥活塞卡在主閥閥體中某一位置，導致主斷路器儲風缸通過滅弧室直接與大氣相通。在實際運用中，主閥卡位故障率很高，而且有時必須更換整臺主斷路器，嚴重影響機車運用效率。主閥卡位故障的原因大體分為：（1）主閥閥體和活塞材質(zhì)熱膨脹系數(shù)不同。主閥閥體采用鑄造黃銅，而活塞材質(zhì)采用拉伸黃銅棒加工，拉伸黃銅熱膨脹系數(shù)大于鑄造黃

9、銅，在機車電氣設備工作發(fā)熱時，車內(nèi)溫度高于大氣溫度，活塞膨脹量大，造成卡位。（2）主閥閥體與活塞配合尺寸不盡合理。對故障的活塞進行外圓檢查測量，發(fā)現(xiàn)外圓直徑在69.95 68.98mm, 外圓與閥體內(nèi)圓不是全圓接觸,這說明機加工精度差.對狀態(tài)好的主斷路器活塞外圓進行測量,大多直徑在69.88mm左右，證明活塞加工的公差應在0.07 0.10mm,由于活塞結構較薄(最厚的約6mm),全長約為22mm,這樣的尺寸公差, 機加工精度得不到保證,活塞的精度低,導致活塞卡在主閥體內(nèi).3.3 起動閥故障起動閥故障主要是閥桿彎曲變形。分閘閥桿變形造成壓縮空氣無法進入主閥，使主閥進風閥口打開，儲風缸的壓縮空氣

10、不能進入滅弧室；合閘閥桿變形使壓縮空氣無法進入傳動氣缸，推動活塞動作完成合閘。3.4 傳動機構卡滯傳動機構卡滯主要指傳動風缸內(nèi)部活塞與銅套間滑動不靈活，活塞行程不到位，造成隔離開關無法閉合到位。其原因主要有：（1）傳動風缸套筒與活塞桿的徑向間隙小。 測量發(fā)現(xiàn)傳動氣缸內(nèi)徑在63 63.1mm之間，而活塞桿直徑在62.98 63.04mm之間, 有些配合間隙小于0.03mm,從而導致活塞動作卡滯。（2）滑動面油脂潤滑不良。 傳動氣缸解體檢查后,組裝前應對各潤滑面涂少量潤滑油脂。4 改進和防范措施針對SS4 型機車主斷路器出現(xiàn)的常見故障，我們制定了一些檢修保養(yǎng)措施：(1) 建立主斷路器的定期小修、中

11、修制度，小修周期為8-10萬km:，中修周期為40-50萬km:，并嚴格按照檢修規(guī)程對滅弧室進行分解檢查。重點分解檢查滅弧室、動觸頭的復位彈簧、風道濾網(wǎng)等部件，測量復位彈簧的自由長度，及時更換變形或超限的復位彈簧（限度為(145±2）mm)，對裝車備品應確認符合技術要求。(2) 對于車頂上各高壓器件的損傷情況及緊固件的松動情況進行檢查及清掃保潔。(3) 檢查各瓷瓶及安裝座是否有裂紋或松動現(xiàn)象，以便及時更換、修理。既使沒有問題也要進行擦拭，保持瓷瓶及安裝座的凈潔和緊固。(4) 檢查主斷路器的分閘線圈、合閘線圈及接線的狀況是否良好，對于損傷或異常及時維修或更換，使其保持良好狀態(tài)。(5)

12、改進高壓電工瓷瓶材質(zhì)。新造瓷瓶應作低溫性能試驗和污穢實驗或采用硅橡膠瓷瓶, 提高耐寒性和抗表面爬電能力,以適應沿海城市及高寒地區(qū)電氣化鐵路的需要。(6) 非線性電阻由碳化硅改為氧化鋅。氧化鋅電阻抑制過電壓性能好,通流容量大,抗老化能力強,能有效防止電阻通過大電流時的過熱燒損。(7) 改善主閥活塞的制造工藝。主閥活塞采用精密控制機床加工, 在活塞與主閥體內(nèi)腔配合尺寸公差選配中,活塞外圓公差盡可能選用下偏差,以保證活塞在閥體內(nèi)腔有一定松動量, 避免因材料熱膨脹系數(shù)不一導致主閥卡位。(8) 注意機車的檢修和日常保養(yǎng)。為防止主閥活塞卡位以及傳動機構卡滯, 對運用機車主斷路器進行整修。夏季在輔.小修機車前,主斷路器都應逐臺下車整修和檢查, 著重檢查主閥活塞外圓處與閥體內(nèi)的接觸松緊量.傳動氣缸套筒與活塞的徑向間隙。整修和檢查時,對公差不合格的和變形的活塞進行處理或更換,以提高主斷路器的檢修質(zhì)量。5結束語通過采取上述改進與防范措施,本段SS4改型機車主斷路器故障明顯降低。 據(jù)統(tǒng)計2003年4月至8 月共發(fā)生6件主斷路器故障, 其中3件為接線松造成合不上閘,2件為分閘線圈燒損,