歡迎專家領導蒞臨指導工作TDZ-30/630/1250新型電力機車

真空斷路器西安伯龍高鐵電器銷售有限公司目錄第1部分TDZ-30/630/1250電力機車真空斷路器簡介第2部分永磁操動機構的智能限制裝置

第3部分質量管理體系第4部分結束語

第一部分

TDZ-30/630/1250電力機車

真空斷路器簡介

第一章公司簡介其次章TDZ-30/630/1250電力機車真空斷路器工作原理第三章技術創新點第四章試驗及運行狀況第一章公司簡介西安伯龍高鐵電器銷售有限公司（以下簡稱本公司）成立于2008年8月，主要業務范圍包括電力設備、自動化限制設備、電器成套設備、機械產品的研發銷售的專業公司，本公司作為西安交大思源智能電器有限公司生產各類系列鐵路產品的監制單位，全權負責代理組織銷售其相關產品，西安交大思源智能電器有限公司作為生產單位，為本公司供應必要的技術支持。公司是國內少有的能夠生產和銷售永磁真空斷路器的高技術公司，同時可為客戶供應牢靠完善的售后服務。公司注冊資金1000萬，座落于國家級高新技術產業開發區-西安市高新技術產業開發區的中心位置。本公司與西安交大思源智能電器有限公司合作擁有自己的鐵路產品的研發中心，生產基地，可面對全國為客戶供應成熟而高效的服務。本公司擁有多項具有自主學問產權的高科技產品，擁有一個年輕的銷售團隊，其中本科以上學歷的人員占到80%。在新產品開發方面公司依托西安交通高校的科研力氣，主要將為中國鐵路電力機車供應各類電器產品。我們的產品技術始終保持與國際先進水平同步發展，始終特殊重視具有自主學問產權的技術和產品的研發工作，并且本著可持續發展的原則，主動開拓、勇于創新，著眼于市場，服務于用戶。依靠堅實的技術實力和奮進的企業精神，目前公司的各項產品已在鐵路及民用等領域得到了廣泛地應用，獲得用戶的廣泛好評。公司的發展理念是以人為本，用戶至上，以誠待人，以信取人，以優勝人。我們將以堅決的自信和真摯的誠意，希望與各界摯友進行合作，共創輝煌的明天。其次章TDZ-30/630/1250電力機車真空斷路器工作原理

㈠項目研發意義◆電力機車斷路器是電力機車的重要部件之一。◆2001年起先對電力機車斷路器進行市場和技術調研。當時電力機車運用的斷路器為空氣斷路器。由于在工作原理、機械結構、技術性能等方面存在不足，該型斷路器的修程短、故障率高，始終是電力機車上的薄弱環節。◆對國內外斷路器相關技術的發展和電力機車的運用狀況進行實際調研分析表明：當時國內、國外在電力機車運用永磁操動真空斷路器方面還處于空白狀態。有的單位仿制國外的產品也遭遇失敗。◆針對這種狀況，遵照鐵道部科技發展綱要的精神和國內外開關技術的發展狀況，公司經過市場及技術調研，確定開發研制電力機車新型斷路器。該項目關鍵技術之一的電力機車“1+1”新型真空主斷路器已被我公司申請專利。本項目產品已經正式推出，并已在南昌鐵路局、蘭州鐵路局起先試用，將于2010年正式向市場推廣。（一）項目研發意義（續）我們研制的基本思路是接受真空滅弧技術、APG工藝技術和永磁操動及智能限制技術，進行計算機優化設計和仿真計算。依托西安交通高校的技術實力（西安交通高校電氣專業教學、科研實力居全國高校首位），我們認為研發一種長壽命、少維護、免修理、重量輕、體積小、雙備份、易安裝的新型電力機車斷路器是切實可行的，并能達到國內外的先進水平。（二）TDZ-30/630/1250電力機車真空斷路器工作原理

TDZ-30/630/1250電力機車真空斷路器由車外和車內兩部分組成。車外部分由引出線和斷路器主體組成。斷路器主體接受新型復合絕緣材料，APG工藝技術固封的真空滅弧室，其電氣絕緣性能高，機械性能優良。在風吹日曬下表面不開裂，適應環境溫度范圍寬，耐污穢；斷路器主體的傘群接受一大兩小設計，淋雨試驗證明，在靜止狀況下，即就是天下大雨，斷路器也不會出現擊穿或放電現象。車內部分由永磁機構和智能限制裝置組成。永磁機構的運動部件只有一個，具有合閘、分閘兩種狀態。永磁機構的拉桿帶動真空滅弧室作直線運動。TDZ-30/630/1250電力機車真空斷路器

㈢TDZ-30/630/1250電力機車真空斷路器的主要技術參數額定電壓kV27.5額定電流A630/1250額定頻率Hz50最大工作電壓kV30最大開斷電流KA10工頻對地耐壓kV90工頻斷口耐壓kV80總重量Kg75環境溫度0C+50~-30分閘時間ms≤12合閘時間ms≤8控制電壓VDC110機械壽命次>2X20萬手動操作裝置㈣簡潔便利的安裝方式斷路器的安裝方式接受和機車上現有的斷路器可干脆互換，只要將原主斷路器吊下，將新型斷路器吊上安裝即可。只要接受相同型號的限制插座，其他無須改動。基本連接方式有三種1、并聯連接方式：ZD1、ZD2兩臺主斷路器接受雙熱備可交替運行。2、單獨與受電弓連接方式：ZD1、ZD2兩臺主斷路器分別與受電弓G1、G2連接，運行中ZD1與G1、ZD2與G2聯動運行。3、轉換開關連接方式：ZD1、ZD2兩臺主斷路器通過轉換開關與車頂電路連接。第三章項目技術創新點

（一）真空滅弧技術真空滅弧技術與其它滅弧技術相比具有獨特的優點。在高真空介質中的觸頭間隙絕緣強度很高。目前我國電力系統中10kV-35kV等級的真空斷路器運用狀況已經特殊普及。并且大量試驗證明，在35kV以下，運用真空滅弧技術是平安的、牢靠的。我國真空滅弧室的探討和制造技術水平，并不比發達國家落后，真空滅弧技術不但成熟而且國內制造的基礎相當好。目前我國幾個主要生產真空滅弧室的骨干企業所生產的真空滅弧室已經出口到包括歐美發達國家在內的世界各地。但是，一般真空滅弧室還不能干脆應用到電力機車上。因為一般滅弧室的壽命為1萬次，在電力系統的斷路器上可以運用5至10年時間，甚至更長，完全滿足標準要求。然而在電力機車上則不同，假如在繁忙的鐵路途上，1萬次的壽命可能也就僅夠運用一年左右。在研發新型電力機車主斷路器時，我們進行了大量動態分析試驗，可將真空滅弧室的機械壽命提高到10萬次以上。將來我們運用機械壽命10萬次的真空滅弧室，再加上我們接受動態監測和智能緩沖限制技術，可確保真空斷路器的機械壽命達到20萬次以上。（二）APG工藝固封技術由于電瓷絕緣材料具有一系列優良的絕緣和價格便宜，始終作為高壓電器領域主絕緣材料。但是電瓷絕緣材料也存在諸如它的聯接必需接受金屬連接件，重量重、體積大、不耐碰撞及內外溫差大時簡潔開裂等缺陷。因此，目前高壓電器選用復合絕緣材料作為主絕緣材料已經成為一種發展方向。依據電力機車上的運用環境條件，我們選用APG工藝復合絕緣材料。其特點是粘接力強，機械強度高，有較高的耐寒、耐熱、耐化學穩定性等特性，具體性能數據如表2所示：表2APG工藝復合絕緣材料特性表項目數值拉伸強度（MPa）

45~70彎曲強度（MPa）90~120壓縮強度（MPa）85~170沖擊強度（KJ/m2）10~20對水的相對密度1.12~1.15介電強度（KV/mm）12~20體積電阻率（Ω.cm）1014~1016

介電常數106Hz3~5介電損耗角正切106Hz0.015~0.050耐電弧性（s）100~140APG工藝復合絕緣材料具有一系列的優良特性，做為斷路器主體絕緣材料，可以大大提高斷路器的絕緣水平，使斷路器體積小型化。我們經過探討性試驗，由于在注塑、成型、固化過程中，固封體始終處于注射壓力狀態下，所以成品的密度高，機械強度好，表面成型質量好，其機械強度特性、絕緣性能均符合設計要求。接受耐候性材料，工作溫度可達到-45℃~95℃左右。我們在和昆明高壓電器探討所研制的35kV高原型真空斷路器試驗過程中，模擬海拔4000米，一般絕緣材料牢靠裕度通常須要增加50%，而接受APG工藝復合絕緣材料，牢靠裕度僅需增加30%就可滿足要求，表面在凝露、受潮狀況下，絕緣性能下降不明顯等特點。APG工藝復合絕緣材料還具有憎水性，該材料與水不親和，對于戶外產品很重要，雨滴在它表面不易形成水膜，而是小水珠粒，不易粘連成線，防止因雨水絕緣放電。（三）永磁操動機構及其智能限制技術操動機構在斷路器中占有重要地位。斷路器在各種條件下都應牢靠的分合閘,是斷路器對操動機構的基本要求之一，對電力機車運用的斷路器來講,尤為重要。目前廣泛運用的驅動機構有電磁、彈簧、氣動、液壓電動操動機構。從有關文獻得知,斷路器機械故障率占總故障的70%左右,這其中主要是由于操動機構引起的。我們接受了近年才發展起來的永磁操動技術，不但保證了斷路器長期動作的牢靠性，而且滿足斷路器開斷、關合及滅弧特性要求。這也是TDZ-30/630/1250新型斷路器設計上的特點之一。永磁操動機構和傳統的機構相比,其中一個最大的特點就是它的高牢靠性。永磁機構由少數幾個元件組成，只有合閘、分閘兩種狀態，運動部件只有一個。由于零部件少,所以牢靠性明顯提高。它的另一個特點是長壽命,從機構原理看出,永磁機構是通過電磁機構和永磁鐵的特殊結合來實現傳統機構的功能,電磁線圈和磁路為靜止機構,只要設計合理,沒有外力破壞,一般它不會損壞。其壽命的制約因素,主要是永磁鐵。目前我國永磁鐵制造技術已達到相當高的水平，特殊是釹鐵硼永磁材料的制造成功,給永磁機構的長壽命,牢靠工作供應了堅實的物質保證。大量試驗證明，只要選材合理，細心設計，永磁機構本身機械壽命可以達到100萬次以上。永磁機構還具有節能特性,永磁機構工作時，只需瞬時供電，一般小于60ms，在分合閘狀態時，線圈沒有電流通過，保持力由永磁鐵供應，不再消耗能量。因此，永磁操動機構可以做到真正意義上的免修理、少維護、長壽命。有關永磁機構智能限制技術在其次部分進行說明，本處不再說明。（四）其他設計技術

作為斷路器設計尤其是機車用的主斷路器設計，要全面考慮壽命期內運用功能上的高牢靠性、開斷閉合性能、機械性能、絕緣性能、環境耐溫、限制難易程度、壽命設計以及維護安裝和外觀等方面。在設計斷路器的時，我們力求使運動部件少，運動軌跡簡潔。實際的TDZ-30/630/1250電力機車真空斷路器的運動部件只有一個，作直線運動。另外，本斷路器設置了手動裝置。在特殊狀況下，可以人工手動操作分合斷路器，以保證機車不會因為斷路器故障而停在線路上。第四章試驗和試運行狀況斷路器在研制過程中，每一步都進行工藝試驗。在西安交通高校進行了大量的探討性試驗,檢驗斷路器固封主體絕緣性能,機械強度性能,電磁兼容性能等。在西安其他行業科研院所也進行料一系列幫助性試驗探討。從2001年到2003年方案和結構進行多次修改。過去依據TB/T2055---1999機車真空斷路器技術條件多次試驗，對于鐵標中沒有規定的部分，依據GB/T11022-----1999高壓開關設備標準共用技術要求進行了試驗。現在我們依據鐵道行業標準TB/T1333.4-2005/IEC600774:2003鐵路應用機車車輛電氣設備第4部分：電工器件溝通斷路器規則進行了型式試驗。㈠試驗內容1.2004年3月在國家高壓電器質量監督檢驗中心西安高壓電器探討所進行試驗。試驗內容包括：短時工頻耐壓試驗。雷電沖擊耐壓試驗。開斷短路電流試驗。關合實力試驗。動熱穩定試驗。試驗結果符合設計要求。2．2008年2月，在鐵道部產品質量監督檢測中心機車車輛檢驗站進行型式試驗。依據鐵道行業標準TB/T1333.4-2005/IEC600774:2003鐵路應用機車車輛電氣設備第4部分：電工器件試驗內容包括：絕緣性能試驗（工頻耐壓試驗、雷電沖擊試驗和淋雨試驗）。工作極限試驗。溫升試驗。機械壽命試驗。熱穩定性試驗。濕熱試驗鹽霧試驗電磁兼容性試驗振動及沖擊試驗試驗結束后斷路器完好，符合鐵道部標準及IEC標準，符合設計要求。（二）試運行狀況目前產品已經在南昌鐵路局、蘭州鐵路局部分機車安裝試運行，效果很好。南寧鐵路局、廣州鐵路局、大連機車廠正在洽談中，不久將接連上車。本斷路器結構簡潔，體積小，斷路器安裝拆卸便利，免修理，少維護。是現有機車斷路器較為志向的替換產品。安裝在SS3型電力機車上TDZ-30/630電力機車真空斷路器

其次部分

TDZ-30/630/1250電力機車真空斷路器永磁操動機構智能限制器

永磁操動機構真空斷路器具有體積小、重量輕、結構簡潔、操作牢靠、壽命長、免維護、雙備份等特點，代表了斷路器質量的一個飛躍，具有廣袤的發展前景。永磁操動機構必須要在限制器的驅動下才能實現開關的分合操作，因此，限制器的性能優劣對斷路器的性能有很大的影響，要保證斷路器的牢靠工作，就必須要有一個牢靠的限制器，可以說限制器是永磁操動機構真空斷路器的核心器件之一。我公司在研制限制器的過程中，接受了當今先進的電子設計自動化技術，設計并制作了永磁操動機構專用芯片，是國內外最早把永磁操動機構專用芯片實際投入運用的公司。經過不斷的完善和提高，無論在功能上還是在性能上，已完全可以滿足斷路器的牢靠運行要求。限制器硬件結構圖1ZPJ限制器硬件結構圖2一、系統組成的原理智能限制器主要由五大部分組成：電源模塊、信號輸入模塊、信號輸出模塊、CPLD智能限制模塊、電力電子驅動模塊。電源模塊

電容器+110v+5V-5V,+15V合分閘命令合分閘狀態信號遙控合分閘命令電源電壓監視調理電路

光電隔離

CPLD智能控制模塊光電隔離電力電子控制電路運行狀態顯示電力電子驅動模塊在線編程接口合閘輸出分閘輸出

目前國內外接受的實現方案有3種：1.接受分立元件設計。分立元件設計優點是全硬件實現，但功能少、性能受限、電路困難、缺乏靈敏性，現在已很少運用；2.接受單片機設計。單片機方案主要接受軟件編程，功能強，靈敏性好，不足之處是存在飛程序問題，即CPU的指令地址指針在外部干擾下，簡潔發生指令脫離正常軌道使運行陷入不行預料的非法循環中，為削減這一問題的發生，須要付出很大的硬件和軟件開銷。3.接受EDA技術(ElectronicDesignAutomation電子設計自動化)。EDA技術是接受FPGA(FieldProgrrammableGateArray)和CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)器件做成一個限制運行的專用芯片，該項技術的特點是以以純硬件的方式實現全部的電子限制功能，沒有任何軟件限制，把一個線路系統放在一片很小的芯片里面，以芯片代替電路板，這個特點特殊適合永磁操動機構的限制，是一個先進而牢靠的方案。

我公司接受的是第3種方案，即接受困難可編程邏輯器件CPLD作為智能限制部件，其設計過程是，借助于計算機，在EDA工具軟件quartusII平臺上，接受硬件描述語言VHDL為系統邏輯描述手段，自動地完成邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結構綜合、以及邏輯優化和仿真測試，直至實現規定的電子線路系統功能。這種純硬件的實現方式在工作牢靠性方面有很大的優勢，這是因為硬件電路不管受到什么干擾其電路結構不會發生變更，接受EDA技術的全硬件實現方式由于非法狀態的可預料性以及進入非法狀態的可推斷性，從而確保了從非法狀態復原到正常狀態的各種措施的可行性。我公司設計的專用芯片2005年投入運用，在運行中經受了各種嚴酷環境的考驗，表明方案合理,設計正確，工作牢靠，其性能已達到國際同類產品的先進水平，如ABB公司，其永磁操動機構真空斷路器就接受的EDA技術，我們和ABB公司的技術手段是一樣的，具有同樣的先進性；另外，無論是性能上，還是功能上，我們的產品均可達到和超過該公司限制器的水平。二、牢靠性設計1．電磁兼容性設計永磁操動機構在運行中由于開關大電流而產生很大的電磁干擾，永久磁鐵和線圈均會產生很大的磁場干擾，另外，開通和關斷過程中電容充放電亦會產生幅值很大的脈沖電壓和脈沖電流，會通過電源通道耦合到限制器自身，所以抗干擾問題對于限制器來說特殊重要。我們在設計中實行的措施主要有：(1).電源輸入加有性能優良的電源濾波器，可以防止通過電源線的傳導干擾；(2).專用芯片通過光電電路完全與外部I/O部分隔離，以保證專用芯片平安運行；(3).模擬電路濾波和專用芯片數字濾波同時運用，確保不會發生誤動的狀況；(4).電路板細心設計，細心布線，避開線路之間的串擾；

2.電力電子電路的牢靠性設計電力電子電路是限制器的另一個關鍵部件，它的負載是一個大的電感，在開通和關斷過程中會產生很大的動態dv/dt，加之工作電流很大，使器件有可能同時受到大電流、高電壓和寄生電容中的位移電流的作用，所以確保這部分電路穩定牢靠的工作亦很關鍵。(1).在設計中運用抗沖擊實力強.dv/dt性能好的IR公司的IGBT和IGBT限制芯片；(2).細心設計電路參數,反復測試，保證輸出波形好；(3).細心設計和調試吸取電路，保證驅動電路穩定工作；(4).過流疼惜電路，確保電力電子電路的平安運行。(5).為防止長時間通電，接受的限制算法是：正常時接受最短時間與開關位置信號限制，在位置信號失效時采用最長時間限制。

3.智能自診斷、自檢測設計：限制器接受全硬件狀態機作為整個系統的工作調度，這就使其可以充分發揮全硬件電路容錯技術的優勢，在運行中可以對各種狀態進行跟蹤，可以監視各種非法狀態，由非法狀態轉入正常狀態只須要幾個微秒，因而不會因進入非法狀態而對系統造成影響，確保在運行中不會出現死機現象，即確保限制器恒久保持在運行態。三．永磁操動機構真空斷路器的兩大技術優勢

1．運行過程可控性可以實現閉環限制，使開關的運行時間保持穩定。這些都須要有一個靈敏性很好的限制器。我公司的限制器由于接受EDA技術，完全可以滿足這方面的要求。

2．同步開關技術過電壓和涌流始終是困擾電力