TDV10型直立式真空断路器

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)南车株洲电力机车有限公司 作者:王泰杰

1、概述

  主断路器主要用于电力机车主电路的断开和接通,同时还可以用于过载保护和短路保护。随着国内电力机车的高速发展,作为电力机车高压电路的核心部件,对于主断路器的小型化、高性能及高可靠性等方面提出了越来越高的要求。

  目前在国内广泛运用的主断路器主要有横装式的BVAC.N99真空断路器和22CB直立式真空断路器,但这两种真空断路器无法同时满足小型化和高性能要求,TDV10 型直立式真空断路器正是基于这种现状而研制出来的新型电力机车用真空主断路器,它不仅继承了22CB 直立式真空断路器体积小、易于集成的优点,同时传承了BVAC.N99 横装式真空断路器绝缘性能高、环境适应性强等优点,而且针对上述两种真空断路器运用过程经常出现的故障点进行了性能提升,大大提高了运用可靠性。

  TDV10型直立式真空断路器安装在电力机车内部,如图1 所示,也可根据需求安装于车顶。其中A为高压输入端,B为高压输出端。该断路器设计的分合闸操作机构和动作原理完全适合于电力牵引的要求和工作条件。

TDV10型直立式真空断路器装车示意图

图1 TDV10型直立式真空断路器装车示意图

2、结构介绍

  TDV10型直立式真空断路器有三个主要组成部分,如图2所示。

  第一部分是高压电路部分, 高压电路部分装有可以开断交流电弧的真空泡。真空泡灭弧室通过注胶密封安装来与大气隔离。两个主触头安装在真空泡内部,一个是静触头,另一个是动触头。动触头的动作是由驱动机构来控制,在分合闸过程中,该动作机构实现动作时的方向性和稳定性。

  第二部分为绝缘支持部分,绝缘支持部分包含安装于底板的下绝缘子,用于高压电路部分的安装支持,同时保证高压电路部分与地之间的绝缘性能。下绝缘子中间装有连接驱动机构和真空泡动触头的操纵杆组装,用于连接操纵驱动机构对高压电路部分真空泡的分合闸操作,该操纵杆组装由绝缘材料组成,保证了高压电路和控制电路之间的绝缘性能。

  第三部分为驱动控制部分,由电空驱动机构和逻辑控制单元组成,其中电空驱动机构包含气缸、传动支架、电磁阀、调压阀、保持线圈等部件,逻辑控制单元包含110V控制单元板、电连接器、动作计数器等部件。

TDV10 型直立式真空断路器结构示意图

图2 TDV10 型直立式真空断路器结构示意图

3、技术参数

  标称电压/kV 25;额定电压/kV 30;额定频率/Hz 50~60;额定工频耐受电压/kV 75;额定全波冲击耐受电压/kV 170;额定电流/A 1 000;额定短路接通能力/kA 50;额定短路开断能力/kA 20;额定瞬时耐受电流/kA 25(1 s);开断能力的直流分量/% <50;短路开断容量/MVA 600;固有分闸时间/ms 20~60;固有合闸时间/ms<60;控制电压/V DC 110;辅助触头数;控制气压/kPa 450~1 000;工作温度/℃ -40~70;质量/kg 约120。

4、工作原理

  TDV10 型直立式真空断路器工作原理:合闸时电磁阀得电打开气路,压缩空气进入传动气缸推动操纵杆,克服断路器快速脱扣弹簧机构的分闸弹力,驱动真空泡动、静触头运动闭合,同时保持线圈得电产生电磁力,通过吸合传动机构的金属活塞将断路器保持在合闸状态, 电磁阀在控制单元板上时间延时继电器的控制下完成合闸后失电断开气路。分闸时保持线圈失电,失去合闸保持力,在快速脱扣弹簧机构的弹力作用下,真空泡动静触头迅速分开,断路器完成分闸。

  4.1、合闸操作(见图3)

合闸操作示意图

图3 合闸操作示意图

合闸操作示意图

图4 分闸操作示意图

5、技术性能

  TDV10直立式真空断路器的自主研制,是基于前期对赛雪龙BVAC.N99真空断路器和阿尔斯通22CB真空断路器先进技术充分消化吸收的基础上进行的,同时结合国内电力机车真空断路器具体运行工况进行了匹配性提升设计,实现了技术再创新,该断路器具有以下优点:

  1)高压电路部分真空泡采用了注胶密封安装方式,大大提高了极间绝缘性能,同时增加了安装的稳定性和可靠性;

  2)驱动操纵杆采用高分子合成材质,一体成形带伞裙设计,保证机械强度的同时增加了爬电距离和电气间隙,提高了绝缘性能,另外还克服了传统包硅橡胶伞裙易老化的缺点;

  3)驱动控制部分采用了高低温性能更好的气动元件和智能电子模块式控制单元板,大大提升了产品的高低温性能和运行稳定性;

  4)不仅传承了国外真空断路器开断容量大、绝缘性能高、环境匹配性好等优点,同时直立式结构降低了质量,减小了安装空间,不仅可以车顶安装,而且可以实现柜内安装,易于集成化安装,为电力机车组合集成型高压电器研制奠定了基础。

6、结束语

  TDV10型直立式真空断路器在北京铁道部产品质量监督检验中心、西安高压电器研究院及苏州国家电器质量监督检验中心通过了短路开断、短时耐受、工作限值、温升、温度变化、振动冲击及机械寿命等所有标准规定试验项点的型式试验,验证了TDV10 型直立式真空断路器设计和性能符合当前电力机车主断路器运用技术标准,完全满足用户的使用要求。

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