CRH2型动车组高压电器.docx

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CRH2型动车组高压电器

CRH2型动车组高压电器

高压电器是指主电路中使用的电气设备，包括受电弓、真空断路器、避雷器、高压电压互感器、高压电缆及高压连接器、保护接地开关EGS、高压隔离开关、高压电流互感器、接地电阻器等。

7.3.1DSA250型单臂受电弓

受电弓是从接触线获得电能的部件，列车运行时压缩空气通过车的各阀进入受电弓升弓装置气囊，升起受电弓，使受电弓滑板与接触线接触；降弓时，排出升弓装置气囊内压缩空气，使受电弓落下。

为了保证高速动车组高速运行时的可靠受流，高速动车组受电弓还必须满足以下要求：

（1）滑板的材料、形状、尺寸适应高速要求，保证良好的接触状态以及更高的耐磨性能。

（2）保证滑板与接触网在规定的受电弓工作高度范围内保持恒定、大小合适的接触压力，以实现比常规受电弓更为可靠的连续电接触。

（3）结构设计上应尽量使作用在滑板上的空气阻力由其他部件承担，使受电弓滑板在其垂直工作范围内始终保持水平，减少甚至消除空气阻力对滑板与接触线间接触压力的影响。

（4）除保证机械强度和刚度外，尽可能降低受电弓运动部分的质量，减小运动惯性，保证与接触线可靠地电接触。

（5）升弓时，动作开始要快，但接触导线时要求缓慢，以减少对接触导线的冲击；降弓时，离开接触导线要快，避免产生拉弧，而到达落弓位时要慢，减少对车顶冲击力。

动车组采用DSA250型单臂受电弓，适用于250km/h的运行速度。

每列动车组在4、6号车设受电弓及附属装置，车辆间采用高压电缆连接。

正常情况下，单弓受流，另一台备用，处于折叠状态。

弓网故障时，为避免弓网事故的进一步扩大，受电弓设置自动降弓装置，主要功能如下：

（1）受电弓滑板断裂、拉大沟槽、磨耗到限等损坏或绝缘导管断裂时，实现快速降弓。

（2）降弓动作的同时，自动切断真空断路器，避免带负载降弓产生拉弧火花而损坏受电弓滑板和接触网导线。

（3）自动降弓的同时，可实现声响和指示灯报警等功能，便于乘务员了解情况，及时采取措施。

（4）可方便实现“自动降弓”和“正常降弓”功能的快速转换，即当“自动降弓装置”自身发生故障时，不影响动车组的正常运行及操作。

7.3.1.1结构及原理

DSA250型单臂受电弓由底架、升弓装置、下臂、上臂、弓头、滑板及空气管路等组成。

其外形结构图如图7.12所示。

受电弓是通过压缩空气来实现升降控制的，其压缩空气的空气管路原理参见图7.13。

压缩空气通过电空阀（件1），经空气过滤器（件2）→升弓节流阀G（1/4）（件3）→精密调压阀Rc（1/2）（件4），精密调压阀将压缩空气调整到正常升弓压力值约0.35MPa相当于接触压力70N，由精密调压阀向受电弓提供恒定的压缩空气，其调节精度为±0.002MPa。

气压每变化0.01MPa（约o.1kgf/CITl2），接触压力变化10N。

气压表（件5）→降弓节流阀G（1/4）（件6）→安全阀（件7）→压缩空气绝缘（件8）→升弓气囊（件9）。

7.3.1.2主要参数

型号DSA250

环境温度-40～+60℃

设计速度250km/h

额定电压25kV

额定电流1000A

瞬间电流（60ms）35kA

称接触压力（70±5）N（可调整）

压缩空气压力0.4～1.0MPa

正常工作压力（70N时）约O.35MPa

精密调压阀耗气量输入压力＜1MPa时，≤11.5L/min

弓头垂向移动量60mm

升弓时间不大于5.4s

降弓时间不大于4s

落弓位高度（包含绝缘子）588（+5,-10）mm（612mm上臂最高处）

最大升弓高度（包括绝缘子）3000（+100,-25）mm

最低工作高度（包括绝缘子）约888mm

最大工作高度（包括绝缘子）约2800mm

弓头长度约1950mm

7.3.1.3维护

为了受电弓处于良好的工作状态，必须加强维护管理，主要应做到：

（1）软编织导线是否完整，各软连接编织导线断股率不得＞10％，断股严重的要及时更换。

（2）损坏的滑动轴承、变形的部件、磨耗部件超过其磨损极限（部件更换极限参数见表7.1），应及时更换。

表7.1部件更换极限参数

序号

名称

图纸尺寸（mm）

极限尺寸（mm）

1

滑板（碳条高度）

22（+1,0）

5

2

弓角涂层

0.3（+0.4,0）

0.1

3

滑动轴承（直径）

φ30（0,-0.15）

φ30.02

4

弓头管轴t直径）

φ30（0,-0.15）

φ29.5

5

三种软连接线

-

出现破损

6

钢丝绳

-

有一股断裂

7

升弓装置

-

出现裂缝、发生泄漏

8

阻尼器

-

发生泄漏

（3）在降弓位置时，应检查受电弓钢丝绳的松紧程度，两侧松紧程度应一致。

（4）保持阻尼器状态良好，当有磨损、动作不灵活、漏油时需更换。

（5）检查气囊，发现漏气需更换。

（6）检查弓头滑板，不得有松动、切口、缺口及由电弧引起的变形或缺陷，如出现下列情况，必须更换：

碳条高度＜5mm或滑板总高度≤22mm；由电弧引起的变形或缺陷；滑板碎裂或出现一定深度的凹槽。

如仅需更换一个滑板，新、旧滑板高度差应≤3mm，且应注意滑板ADD接口安装的正确位置。

（7）下导杆两端的关节轴承以及升弓装置销轴处的润滑，可用注油枪向润滑油杯内注入SHELLALVANIAR3型润滑脂，注完后用油杯帽密封（油杯应注意密封及防尘防水）。

下臂上6个滚动轴承的润滑，需拆下下臂，从有弹性挡圈一端将轴拆下，衬套内注入SHELLALVANIAR3型润滑脂后，装上下臂。

DSA250受电弓辅助用油脂见表7.2。

表7.2DSA250受电弓辅助用油脂

名称

用途

螺纹润滑剂

用于螺纹连接处，用于改善摩擦

导电接触脂

用于所有受流表面，如滑板安装座表面，软连线接线端子表面

螺纹密封胶

用于所有管螺纹及阀门接头的密封

壳牌润滑脂

用于下臂内轴承，下导杆杆端轴承和升弓装置销轴的润滑

（8）受电弓底座应保持水平。

（9）可用中性清洁剂清洁车顶与受电弓之间的绝缘管，但不得使用带油棉纱。

每天用干棉纱擦拭，防止灰尘吸附所导致的一次短路。

7.3.2高压设备箱

高压设备箱安装在2，6号车底架下，真空断路器、避雷器、地板下电缆接线盒安装在设备箱内。

高压设备箱内安装的各部件可单独装卸，也可根据需要进行整体装卸。

高压设备箱使用铝合金型材，采用密封结构，避免其内安装的部件受到污损。

为适应通过隧道时压力的变化，设有过滤器，与外界大气进行交换。

此外，为降低避雷器的限压抑制，空中绝缘距离设为230mm。

高压加压部按照确保大地绝缘距离为230mm以上来配置其内安装的部件。

设备箱上装有避雷器，侧面安装真空断路器、地板下电缆接线盒及指示灯。

为安全起见，在接地保护开关接通时，设置指示灯加以确认。

高压设备箱底部设置检查盖，通过锁闭装置进行锁闭。

内部各部件的安装全部在箱内进行。

实施作业及检查时，操作锁闭装置后可以打开检查盖。

高压设备箱设置与车顶保护接地开关联锁的锁闭装置，是为了在检查高压设备箱内部件时，防止触电。

锁闭装置由辅助空气压缩机（装在M2车底架下）单元内管座上的钥匙和高压设备箱的锁装置组成。

各车厢的高压设备箱使用的钥匙不同（钥匙上标有号码）。

7.3.3真空断路器

真空断路器用来断开、接通25kV电路，并作为故障状态的保护器件，兼有断路器和开关两种作用。

当牵引变压器牵引侧以后的电路发生故障时，能迅速、安全、准确地切断电路。

CRH2型动车组采用CB201型真空断路器，每列动车组配置2台真空断路器，每台真空断路器控制一台牵引变压器。

CB201型真空断路器（通常称为VCB）利用真空中的高绝缘性能阻止电弧的扩散从而进行遮断，配置在动车底架下的高压设备箱内。

真空断路器的外形结构见图7.14。

7.3.3.1构

真空断路器主要由3部分组成：

（1）高压电流分断部分：

由可开断交流电弧的真空开关管、静触头、动触头组成。

动触头的操作由电空机械装置和合闸过程中的导向装置共同完成。

（2）隔离绝缘部分：

由安装在底板上的支持绝缘子绝缘、内部的绝缘导杆、恢复弹簧、接触压力弹簧组成。

绝缘导杆连接电空机械装置合动触头。

（3）电空机械装置（低压部分）：

由空气管、压力开关、储风缸、调压阀、电磁阀、保持线圈、传动风缸及活塞组成。

当空气压力达一定值时压力开关闭合，压缩空气方能进入储气缸。

储气缸内的调压阀用来调节储气缸内气压。

真空断路器结构如图7.14所示。

7.3.3.2主要技术参数

额定电压AC30kV（瞬间最大电压AC31kV）

额定电流AC200A

额定频率50Hz

额定开断容量100MV·A

额定闭合电流10000A

额定瞬间电流4000A（2s）

额定断路电流3400A

额定开断时间≤0.06s

寿命次数50000次

7.3.4避雷器

采用LA205型交流避雷器，避雷器由采用聚合物制成的瓷管与氧化锌组件组成。

氧化锌组件由14个采用弹簧强力固定、带有止振橡胶的元件构成。

在瓷管内部装有氧化锌组件，用氮气密封。

如果避雷器由于大电流而短路，内部压力异常上升，则通过特殊薄金属板的放压装置向外释放高压气体。

7.3.4.1主要技术参数

额定电压AC42kV（RMS）

标准放电电流10kA（8×20μs）

持续运行电压AC33kV（RMS）

动作电压≥AC57kV（U1mADC，即直流1mA电流流过时的端子电压）

限制电流

5kA≤AC100kV

10kA（标准）≤107kV

耐放电量

冲击电流100kA（8×20μs）

矩形波400A，2周

质量21kg

7.3.4.2工作原理

避雷器是一种保护电器，用于限制电气设备运行过程出现的大气过电压及操作过电压，使电气设备免受过电压损害，减少系统的跳闸率及事故率。

氧化锌避雷器是采用ZnO等多种金属氧化物制成的，利用其相当理想的伏安特性，其中线性系数只有O.025左右，使得避雷器处于正常工作电压时，流过的电流非常小，可认为是一种绝缘体；而当电压值超过某一动作值时，电流急剧增加，电流的增加反过来抑制住电压的上升，从而保护了动车组的绝缘设备不被击穿。

待电压恢复到正常工作范围时，电流相应恢复极小值，避雷器仍呈绝缘态，不影响系统的正常工作。

一般来讲，避雷器的选择既要保证在正常工作电压下电流很小，且产品不易老化，又要保证在过电压下正常释放能量，使电压不会上升到损坏绝缘的程度，因此，考核避雷器主要有3个参数：

大电流下残压、工作电压下续流和通流容量。

7.3.5高压互感器

互感器是一种测量用设备，有电流互感器和电压互感器两种，其作用原理和变压器相同。

使用互感器有三个目的：

一是为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离；二是可以使用小量程的电流表测量大电流，用低量程电压表测量高电压；三是用于各种继电保护装置的测量系统。

通常，电流互感器的牵引绕组侧额定电流为5A或1A，电压互感器的牵引绕组侧额定电压为100V。

7.3.5.1　电流互感器

与普通的变压器相比，电流互感器的一次绕组由1匝或几匝截面较大的导线构成，并串入需要测量电流的电路中；牵引侧绕组的匝数较多，导线截面较小，并与阻抗很小的仪表（如电流表，功率表的电流线圈等）接成回路。

电流互感器的运行情况相当于变压器的短路情况，必须注意：

（1）电流互感器的二次绕组绝对不允许开路；

（2）必须将电流互感器的外壳和二次绕组的一端可靠接地，以防原、副边绕组间绝缘损坏，原边电压窜入二次侧，引起触电和仪表损坏。

CRH2型动车组采用BB-S隔离型高压电流互感器，用于检测牵引变压器原边电流值。

一个基本动力单元配置1个电流互感器，全列共设置2个电流互感器。

其技术参数如下：

额定工作电压25kV

变流比200/5A

额定频率50Hz

额定负载20V·A

质量35kg

7.3.5.2电压互感器

电压互感器工作时，原边绕组直接接到被测的高压电路，牵引侧绕组接电压表或功率表的电压线圈。

由于电压表和功率表的电压线圈内阻抗很大，所以电压互感器的运行情况相当于变压器的空载情况。

忽略漏阻抗压降时，其原边绕组、牵引侧绕组之比就等于原边绕组、牵引绕组的电压之比，而电压互感器在设计时，为了保证其准确度，一般都采用高性能的硅钢片，以减小励磁电流和原边、牵引侧绕组的漏电抗。

电压互感器在使用时，必须注意：

（1）电压互感器牵引侧绝对不能短路；

（2）电压互感器的二次绕组连同铁芯一起，必须可靠接地；

（3）电压互感器有一定的额定容量，使用时牵引侧绕组不宜接过多的仪表。

CRH2型动车组采用高压电压互感器检测接触网电压。

一个基本动力单元配置1个电压互感器，全列车共配置2台。

电压互感器参数如下所述：

电压互感器变比25kV/100V

额定负荷100V·A

输出精度l.O级

7.3.6高压电缆及电缆连接器

动车组正常情况下只有一台受电弓升弓受流，而整列动车组有两台牵引变压器同时工作，因此为了将25kV高压电送至牵引变压器就需要使用高压电缆和高压电缆连接器。

在2号车后部、3号车前后部、4号车前部、5号车后部、6号车后部的车顶上设置高压电缆连接器，为方便摘挂，在4号车后部、5号车前部的各车顶上，设置高压电缆用倾斜型电缆连接器，通过这些高压连接器接通高压电缆。

7.3.7保护接地开关

CRH2型动车组采用SH2052C型号接地开关，一个基本动力单元配置一台，全列车其配詈2台。

接地开关采用电磁控制空气操作，设置安全联锁。

技术参数如下所述：

结构耐寒耐雪结构，设防冻电热器

额定电压30kV单相

额定频率50Hz

额定瞬时电流6000A（15周）

额定操作空气压力785kPa（8kgf/cm2）

额定操作电压DC100（+10,-30）V

最低开关动作电压DC60V

最低开关动作气压0.628MPa（6.4kgf/cm2）

投入操作压力变动范围O.628MPa（6.4～9.6kgf/cm2）

主接触压力（O.82±O.08）N[（8±O.8）kgf]

接通容量15kA（峰值）1次

闭合时间≤0.5s[于气压O.0785MPa（8kgf/cm2），操作压力100v]

7.3.8高压隔离开关

其作用是优化配置25kV电路内高压设备的运行工况，当车顶设备发生故障时，能将故障部分隔离，维持动车组运行。

它的存在可大大减少因车顶设备故障而造成的机破事故，保证动车组的安全运行。

CRH2型动车组采用BT25.04型高压隔离开关。

7.3.8.1技术参数

标称电压25kV

额定电压30kV

额定电流400A

额定频率50Hz

短时耐受电流8kA×1s

控制电压DC110V

最小动作电压DC77V

额定工作气压400～1000kPa

最小动作气压350kPa

质量50kg

7.3.8.2结构

高压隔离开关主要由隔离闸刀、支撑瓷瓶和转动瓷瓶、底座安装板、传动机构、锁固机构、辅助接点、手柄等组成。

高压隔离开关结构如图7.15所示。

7.3.9接地电阻器

动车设置接地电阻器，其作用是防止接地刷的异常磨损、轴承电腐蚀，使接地电流均匀。

动车组采用MRl39型接地电阻器，在通以最大负载电流时，即使电阻体或绝缘发生局部破坏也不会导致电阻开路。

并依此原则设计电阻器的容量、电阻和框架绝缘等所需的最小值，以实现结构的小型、轻量化。

技术参数如下所述：

电阻值0.5Ω（20℃）

连续电流20A

最大负载300A×O.25s（电路不开路）

冷却方式自冷

材质铁铬铝合金

电阻体厚度18.8mm

质量约17.5kg