真空断路器论文开题报告

电气自动化毕业论文开题报告范文

引导语：近些年我国电气自动化专业技术的发展得到了很大的成就，已经被推广至制造业的应用中。下面是电气自动化毕业论文开题报告范文，供大家借鉴。

摘要： 我国自动化技术发展非常迅速，在冶金业中的应用我国已经自主开发出了具有世界领先水平的核心控制软件。本文从物联网技术、数学模型、自动化系统的集成与创新以及能源管控一体化对冶金工业自动化技术作了更深入的分析。

关键词： 冶金;自动化技术;发展

近些年我国自动化专业技术的发展得到了很大的成就，已经被推广至制造业的应用中。并且基于计算机技术的自动化技术应用在经济效益和社会效益中有很显著的成果。本文主要以冶金工业自动化技术为主进行分析。

物联网技术在冶金企业中的应用

继计算机、互联网与移动通信网之后，物联网被认为是世界信息产业的第三次浪潮，其具有广阔的发展前景。但是目前对物联网的研究也仅仅停留在概念阶段，物联网在冶金工业领域的应用存在很多问题，主要表现在以下两个方面：

(1)研制生产关键特殊传感器――工业用传感器。工业传感器能够对物体的状态和变化进行测量或者感知，并将其转化为计算机能够处理的电子信号。工业自动检测和自动控制实现的首要环节就是研制生产工业用传感器。在现代工业自动化生产中，必须注重自动化生产过程中的各个参数的监视和控制，从而确保设备能够正常工作，并且使产品的质量达到最佳效果，而对各个参数的监视和控制就是通过各种传感器来实现的。因此，质优价廉工业传感器有助于现代化工业生产体系的构建。

(2)通过工业无线网络技术布局和建设工厂传感网。工业无线网络将传感器技术、现代网络及无线通信技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术等结合起来，它是一种由大量随机分布的、具有实时感知和自组织能力的传感器节点组成的网状网络。继现场总线之后，工业无线网络技术是工业控制系统领域又一热点技术，它能够使工业测控系统成本得以降低并且能够使工业测控系统应用范围得以提高。工业无线网络技术引起许多国家学术界和工业界的高度重视。

过程控制数学模型在冶金自动化中的应用

冶金自动化的不断突破是离不开数学模型的。如果把数学模型这项技术掌握了，就拿到了自动化的主动权和话语权。因此，要想生产国家急需的钢铁产品，就需要高水平的自动化技术做支持，而发达国家在自动化技术发展上比较成熟，他们为了某种目的是不会将其高端技术转让出去的，他们所转让的技术基本上都是过时的要不就是有条件限制的技术。到目前为止，我国的冶金自动化已经发展到一定的水平，开展高端冶金自动化领域数学模型的自主创新条件基本成熟，能够满足市场的广泛需求。另外，我国已经构建了一个富有技术创新能力的团队，为数学模型的自主创新创造了良好的基础条件。数学模型是对象表征的控制，是对象可执行的表述，数学模型与信息技术、工艺能力以及自动化技术进行有机结合，从而使得数学模型的优势更能充分的发挥出来，因此，数学模型通常被称为自动化与信息化的核心技术。我国钢铁工业要想生产出国民经济发展需求的钢材品种，就需要建立高可用性和高精度的数学模型。高可用性和高精度的数学模型能够确保产品的质量以及节能效果，促进产品可持续发展。

过程控制数学模型在国内钢铁行业的应用与发展，目前还刚刚起步，方兴未艾，随着需求的发展，未来的数学模型还有着极大的发展空间。从现在起，形成社会的关注，这对数学模型的未来发展，会起到一定的积极作用。打破数学模型的神秘感。相信自己的力量，鼓足自己的信心，模型应用从低级向高级逐步发展，不断积累技术，不断培养人才，踏下心来，抓上几个项目，就一定能搞出名堂来，收到明显的经济效益与社会效益。发展以数学模型为核心的自动化技术，是落实“科技创造未来”的具体体现，也是我国钢铁工业实现新的腾飞的助推器。在过程控制数学模型的研发与应用上，要实现重点突破，开发出有中国特色的数学模型产品与技术，走出一条“研制一批，储备一批，生产一批”以科研促生产、以生产出产品、以产品保应用的新的可持续发展之路来。

以国产化创新型产品与技术为核心的自动化系统的集成与创新

目前，我国冶金工业自动化系统的建设，许多都处于开环控制或局部闭环控制阶段。而要实现真正意义的自动化系统的集成与创新就要在全过程方面实现真正的闭环。当然，这还要涉及到有关执行机构、检测单元等方面的支持与配合。其核心是国产化的技术与产品，并广泛采用国内外其他先进技术做支持，以保证整套系统的品质与质量。如果仍然还是停留在实现局部闭环控制上，就不能真正称之为系统的集成与创新。以国产化创新型产品与技术为核心的自动化系统的集成与创新是在控制系统、控制工程设计和组态软件、工业通信网络、制造管理和执行软件等多方面的基础上，通过集成与优化，实现真正意义上的生产管控一体化和生产过程控制智能化。

能源管控一体化建设

冶金工业是耗能大户，能耗将制约冶金工业的发展，我国冶金工业也正面临着由粗放型向精细化转型。以耗能来核定产能，或许将成为可能。所以整个冶金工业的节能降耗、低碳减排工作十分繁重，利用自动化技术来实现降低能耗，是冶金工业节能减排、实现绿色工厂的重要手段之一。

冶金企业能源管控一体化建设，如果只停留在数据采集阶段，那么意义不大。这也是目前已经普遍实现的事实。针对冶金工业能源管控的特点，一是耗能大户，二是在冶金生产过程中，又伴生出大量的可燃性气体，如焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等。所以能源管控的工作重心是能源使用管理的优化、二次能源的安全合理使用、多种能源介质统一平台操作、改变传统的能源计量方式以及能源安全管理预警等。能源管控中心建设的特点是控制模型和管理模型的融合。

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摘要： 电气自动化是电气工程中的一个分支，全称为电气工程及其自动化，其在各个行业都有着非常广泛的应用。本文笔者结合自身工作实践经验，从电气工程与电气自动化设计原则与设计特点、电气自动化应用的构成形式、电气自动化在电气工程中的应用以及电气工程中自动化技术的应用优势等方面对电气自动化在电气工程中的应用进行了探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。

关键词： 电气自动化 电气工程 应用

前言：电气自动化技术作为一项知识密集型技术，其需要工程师有着较高的技术水平。不断地从电气系统的实际应用出发，深入研究电气自动化装置，熟悉其构成，在遵守规程的基础上，不断地完善该自动化装置的图纸，让系统更加的严密、富有逻辑性。同时，还要加强实际应用中对该装置运行规律的进一步探索和经验积累，让电气自动化更加完善、更加成熟。

1 电气工程与电气自动化设计原则与设计特点

电气工程中电气自动化应用的设计原则

首先最大程度满足生产产品和工艺在电气自动化的要求，这是电气自动化设计的总原则。其次电气自动化设计需要妥善处理好电气与机械之间的关系，这就是电气自动化设计的目标，即实现自动化设计的要求。再者设计中要正确选用电子设备，尽可能保证自动化设计的美观与质量可靠，操作简单安全。

电气自动化的设计特点

电气自动化设计的原则在于经济实用，更好的服务于人们的生活以及各个行业领域的生产。那么自动化设计的特点在于通过电子设备的相应连接，实现相关功能的自动化。通过微型计算机的连接，实现控制与管理的智能化与人性化，为现代化的生活创造便利。

2 电气自动化应用的构成形式

电气自动化系统的构成

一般的电气自动化系统包括以下几个方面，首先是传输信号的接收部分，通过相应的简单操作来实现电气设备信号的输入;其次为设备的信号处理部分，对于相应的传输信号进行处理;最后为电气设备的信号输出部分，用作输出处理信号。

电气自动化系统中微型计算机的导入

微型计算机导入自动化系统，可以实现系统的自动化记录与分析自动化系统的运转反馈，并根据相应的运行趋势进行判定其误差与内部发展情况。此外，计算机的应用越来越广泛，基本应用于各个领域之中，在电气自动化系统中也不例外，同过微型计算机的引入，使得电气自动化系统的控制更加的智能化与人性化，更加适应于电气自动化系统的发展。

3 电气自动化在电气工程中的应用

电气自动化电网调度的应用

电气工程中电网调度是指通过电网调度的服务器以及相应的电气自动化系统来实现电网的调度自动化。这种自动化系统设计的主要功能有，首先通过对于电网运行中的经济调度实现电网的安全稳定运行;其次通过对于相应的电力生产过程数据的监测、分析，实现电力系统负荷的自动预测;另外通过相关数据的显示，可以迅速有效的确定电网系统的故障点，使得排除故障的过程更加的有效率。

电气自动化在发电厂发散监控系统的应用

发电厂的分散监控系统通过以太网、过程控制单元以及相应的数据通讯网来实现，在实际运行中，发电厂的发散监控系统一般使用分层结构布置。其中，发电厂发散监控系统中过程控制单元是指实际运行生产中的单元，通过监控生产单元的热电阻、脉冲量等信号，通过对相应单元的实时监控，对于所监测信号的及时处理，对于一些相应的数据进行及时处理，最终实现整个发电厂生产过程的检测与控制。

电气自动化在变电站中的应用

变电站中自动化技术的应用主要是指通过变电站中通过结合应用信息处理技术与自动化控制技术以及相关的传输技术，通过计算机装置的引入，形成的变电站的运行管理的自动化系统。这种系统的主要特点在于：通过微机化的设备来取代之前的电磁时设备;以智能化的操作界面代替原来的实时人工操作;以高效安全的生产理念取代原有的不发达的生产状况。变电站中电气自动化系统主要包括自动测量装置、自动监控设备、以及简单的开关操作设备，通过电气自动化的加入，也使得变电站的发展更趋向于综合自动化方向。

电气自动化在继电保护中的应用

对于继电保护装置而言，其主要功能就是当电气系统发生了故障或者出现了过载、短路等情况时，可以在第一时间传递出警示的信号，并能够快速的切断线路连接的装置。众所周知，传统的'继电保护装置较为容易发生拒动以及误动等故障，而利用继电自动化装置则可以进行实时监测，有效地控制好电气系统各设备的运行参数。同时，其还可以进行远程控制，可以实现长时间的带电工作。通常情况下，继电保护装置可以有效地检测到电气系统中全部线路或者某些电气设备中可能会出现的异常或者故障等问题。同时，其还可以对电气系统中某些相对特定的范围内部分电气设备或者线路进行实时的监测，一旦监测到范围内有电气设备或者线路有故障或者异常情况的出现，继电保护自动化装置就可以在第一时间做出连续的解救反应。

如某电气设备或者线路出现过载或者短路等问题，继电保护自动化装置能够立刻切断和它相连接的线路，进而通过传递危险信号的方式来上报此故障。但是，因为继电保护装置的主要作用是在电气系统中发挥预防的功效，所以，其能够真正直接发挥功效的机会和条件并不多。而对于继电保护自动化装置的运行特点，其主要有误动和拒动两种故障方式。

对于误动而言，其主要指的是在电气系统没有发生异常或者故障时，继电保护自动化装置却发出错位的信号或者错误的动作;而对于拒动而言，其是继电保护自动化装置在电气系统出现异常或者故障时，没有在第一时间发现该故障或者异常情况，无法有效的处理故障或者异常，起不到其应该发挥的功效。另外，相比较与传统的继电保护装置，继电保护自动化装置能够对于特定的电气设备或者线路进行较长时间的带电实时监测，能够对于其所监测到的电气设备运行参数作控制。

4 电气工程中自动化技术的应用优势

电气自动化的监测优势一般的电气设备如变压器、断路器等等都需要进行实时的监测，以对于一些临时发生的故障进行及时的调整与排除，通过电气自动化设备就可以实现这种实时监测的要求。通过对于电气设备的一些关键参数进行监测，通过相应的反馈进行监视，可以迅速的判断出设备的故障原因并进行及时措施的采取。

电气自动化有助于实现电气工程设备的智能化现代化生活所需要的是一种现代化的管理方式，随着电气自动化系统的广泛应用于各个行业领域，对于人们生活的智能化管理、对于工业生产的自动化运行提供了便利。人们也对于这种智能化与人性化的管理模式越来越习惯。由于电气系统中对于微型计算机的完美结合，实现了生活生产的智能化，因此电气自动化在电气工程中尤其得天独厚的优势。

5 结语

综上所述，电气工程是一个国家现代化文明发展水平的重要标志，而电气自动化水平则是现代化生活生产水平的重要体现，不但支撑着现代电气工程的发展，更是一切工业发展的前提与原动力。正因如此，近些年来，电气工程中电气自动化的应用也有了十分迅速的发展，并广泛应用于各个行业领域之中。

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1.本课题的研究意义本课题的研究意义

本课题的研究意义

电气设备检修是消除设备缺陷通过检修达到以下目的：消除设备缺陷，排除隐患，保持和恢复设备铭牌出力，提高和保持设备最高效率，电气检修及一般安全要求提高设备健康水平，确保设备安全运行的重要措施。使设备安全运行，延长设备使用年限提高设备利用率。 开展电气设备状态检修有重要的意义，可以归纳为以下几点：被监测设备全过程受控.没有死区;适时维修可避免过剩维修，节约维修资金;适时维修可避免维修不足，可避免设备带病工作，减少事故的发生，减少经济损失;诊断出设备较精确的剩余寿命，合理使用设备，避免设备浪费或设备寿命不足发生事故造成损失。

2.电气设备实施状态检修的发展前景

定期维修与状态维修是当前世界范围内广泛采用的两种维修制度，定期维修制度缺点较多，逐渐显示老化过时;状态维修优点突出，经济效益和社会效益显著。目前工业先进国家均采用状态维修制度，实施设备状态检修既是技术方面的发展进步，也是对现行检修管理体制的改革，是一项复杂的系统工程，我国现在正由定期维修制度逐步向状态维修制度过渡。①定期维修制度贯彻“预防为主”的原则，“到期必修，修必修好”，曾经起到良好的作用。但由于维修盲目性难于克服，每年造成人力、财力、物力浪费巨大且在年检大修中，容易造成事故，降低可靠率和经济效益。②状态维修制度根据电气设备的运行状况、实行“该修必修，修必修好”，克服了定期维修制度的不足，优点显著，劳动生产率与供电可靠率，经济效益与社会效益等均有明显提高。工业先进的国家已普遍实施。③随着微电子技术的发展和微机的广泛应用，监测手段不断增多，性能日益完善，为我国下一步更广泛地推行状态维修制度创造了十分有利的条件。建议有关部门有计划、有步骤地积极试点，总结经验，逐步推广。④状态维修是一项复杂而细致的工作，需要对设备历年的运行记录、检修台帐进行整理统计、分析摸底，同时进行必要的组织准备，做好相应的思想工作，争取少走或不走弯路而达到预期目的。

3 新技术在电气设备状态检修中的应用

发电机、变压器的检修 状态检修(cBM)也可称为预知维修(PM)，是以获取设备运行的特征量为基础，结合设备的历史运行状况和检修情况以及现在的运行状态，从而查明故障(隐患或缺陷)性质、位置和严重程度。“不断电和带负荷”稽核技术正是基于以稽核到设备运行的特征量为基础，并采用专业的测试软件系统，来完成准确的预知性稽核设备(电气保护系统)运行数据。实现了从停电对设备健康状态进行诊断到不停电设备健康状态进行实时或定时诊断、评估和剩余寿命预测这项技术上的变革，是对状态检修理念的一种新突破。此技术能够完整的查验到当前保护系统元器件运行的主要数据、隐患内容等各项指标。并针对元器件运行的情况，了解到元器件参数是否出现异常，元器件是否发生实质性故障或出现某些异常征兆，用户可根据这种数据进行纠正或维修，减少成本、时间、人力的各种非必要支出。 新投入使用的变压器和运行5年后的主要厂、站用变压器及运行或试验中发生特殊情况的变压器都要进行吊芯检查或检修。吊芯检修是将变压器的铁芯从油箱中吊出或将变压器的钟罩吊开露出铁芯，然后根据技术标准要求，对各个部件进行检查、测量、试验，对各部位进行清洗并处理有关缺陷。

由于吊芯检修要起吊铁芯或钟罩，为防止起吊过程中的伤人或碰坏变压器部件，变压器吊芯时应采取以下安全措施：吊芯应选择在良好天气进行，并且工作场所无灰烟、尘土、水气，相对湿度不大于75%。变压器铁芯在空气中停留时间应尽量缩短。如果空气相对湿度大于75%，应使铁芯温度(按变压器油上层油温计算)比空气温度高10℃以上，或者保持室内温度比大气温度高lOT;，且铁芯温度不低于室内温度。只有在这种情况下吊芯，才能避免芯子受潮;起吊前，必须详细检查起吊钢丝绳的强度和挂钩的可靠性，以免发生起吊过程中的断绳事故。起吊所使用的器具不准超载。

①红外线点温计。红外线点温计，是一种手持的，可以方便灵活操作的测量仪器，它可以直观迅速的进行故障发热的检测，这种方式几乎适用于所有的电气设备，对电气设备的表面测温和故障发热检测准确，操作简单。

②红外线热像仪。红外线热像仪不仅可以在电气设备正常的运行状况下使用，也可以在停机检修过程中进行热像分析及检测。在正常的运行下，发电机、断路器、CT、母线及连接、工厂电缆、工厂电容器等设备的检测中都非常适用，还可以辅助进行发电机定子铁损试验和发电机转子护环的拆装工作在停机检修中也适用，红外线热像仪可以起到一定的辅助作用。

③超声波流量探测仪。这个仪器一般用在停机检修中，也可以用于在线测量发电机定子进(出)水总管的流量、在停机检修中，可以测定发电机电子线棒的流量，断路器附属系统的冷却水流量及大型变压器循环油系统的流量等。

④发电机在线综合分析专家系统。发电机在线综合分析专家系统可以综合发电机的各种工况参数，例如对温度、电压、电流、振动、励磁、绝缘、寿命等进行分析，并对照专家系统给出结论和处理意见。

注意事项 在发电机(调相机)的断路器及灭磁开关都己断开，但转子仍在转动的情况下，禁止在发电机(调相机)回路上工作，以防止因转子的剩磁在定子绕组中感应电压触电。在特殊情况下需要在转动着的发电机(调相机)回路上工作时，必须先切断励磁回路，投入自动灭磁装置，将定子出线与中性点一起短路接地。在装拆短路接地线时，应戴绝缘手套，穿绝缘靴或站在绝缘垫上，并戴护目镜。 填写小修记录。小修记录包括厂(站)名、变压器编号、铭牌、小修项目、更换部件及检修日期、环境温度、器温等，并注明检修人员。对检修后变压器上部各放气堵应充分放气，包括散热器或冷却器、套管、升高座及气体继电器等处。柠松放气堵放气，当冒油时快速拧紧。变压器上部不应遗留工具等。在退出检修现场前，应检查变压器的所有蝶门、截门是否处在应处的位.

4 结语

通过设备状态检修管理促进设备管理水平提高，是工厂系统设备管理中的一种重要方法，随着设备管理容量的变大，促进了设备管理信息化管理水平的提高。如何利用信息系统为状态检修管理服务，是迫切需要解决的新问题只要我们不断改进和创新，不断推进设备状态检修管理，完善和提高设备管理水平才能达到提高电网设备运行可靠性，提高电网的电能质量及减少电网损耗的目的。

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电力机车在我国的国民经济和社会发展中起着大动脉的作用，同时对国家经济持续增长和社会安全所起的作用也是其他运输方式所无法替代的。下面是我整理的电力机车新技术论文2500字，希望你能从中得到感悟!

电力机车新型智能真空主断路器的研制

[摘要]针对现有电力机车主断路器的不足，研制一种新型电力机车真空主断路器，以“1+1”方式安装，在某主断路器发生故障时，司机可通过开关切换到另一台主断路器，保证机车不因为主断路器故障而发生机破。

[关键词]“1+1” 电力机车 智能 真空主断路器

主断路器是用来接通和分断电力机车的高压电路，是机车的电源总开关，同时，当机车发生故障时它又可迅速切断机车总电源以保护其他设备，是机车最主要的保护装置，所以主断路器具有控制和保护的双重功能，其可靠性直接影响机车的安全运行。

目前，电力机车安装的主断路器分空气断路器和真空断路器。由于空气断路器结构复杂、故障率高而不被新型机车采用，但普通真空断路器也存在绝缘强度薄弱等不足，

因此我们于2008年9月立项研制一种电力机车新型真空主断路器，以“1+1”安装方式，即两台主断路器安装在同一底座上，控制装置也相互独立。实现一台机车上有两台主断路器交替工作，避免因单台主断路器发生故障而引起的机破，保证机车安全运行。

1设计思路

两台主断路器、两套装置

目前，电力机车上主断路器只有一台，无论是空气断路器还是真空断路器，在运行中一旦主断路器发生故障，则机车只能停止运行等待救援。因此我们设计增加一台主断路器，当一台主断路器发生故障时可以有另一台替代使用，确保机车正常运行。同时为了不过多地改变机车原有的构造和尺寸，我们设计将两台主断路器放置在同一台底座固定板上，以便于安装。

采用真空灭弧

为提高主断路器的使用寿命和减小主断路器的体积，我们取消原空气断路器的隔离开关，并把灭弧室改用真空灭弧室。真空灭弧的电性能和机械性能高，绝缘强度比大气的绝缘强度要高得多，同时由于采用真空灭弧，所需的间隙很小，可以实现提高使用寿命和减小体积的设想。

采用永磁机构

为保证主断路器分合闸动作的可靠性，我们将传统的

电空机械装置改成永磁机构，使整个操动机构结构简单可靠、工作寿命长、操作功率小、作用特性与断路器的反力特性很好匹配，且能做到合闸速度较小而分闸速度较高的理想结构。

2结构和原理

“1+1”电力机车智能真空断路器以底座为界，分为高压和低压两部分。高压部分位于机车顶部，由引出线和断路器主体组成。低压部分由永磁机构和智能控制装置组成。永磁机构的运动部件只有一个，具有合闸、分闸两种状态。永磁机构的拉杆带动真空灭弧室作直线运动。

图3新型智能真空主断路器结构示意图

灭弧室单元由长寿命真空灭弧室和复合绝缘材料组成，通过固体绝缘密封技术和连接件组成一体，永磁机构通过连接螺杆直接安装在开关体上，通过控制得电动作，控制连接螺杆上推和下拉。合闸时，连接螺杆上推，压动开关体内绝缘拉杆，带动触头弹簧和传动件，使真空灭弧室动触头闭合，并以恒定压力压紧，使动静触头紧密接触;分闸时，连接螺杆下拉，同样通过开关体内绝缘拉杆和传动件拉开灭弧室动触头，使开关打开。在开关动作的同时，安装在永磁机构上的联锁拨杆同时上下移动，带动直线凸轮，使联锁开关打开或闭合。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ―磁力线分布图;

①―静铁芯;②―动铁芯;③―合闸线圈;④―永久磁铁;⑤―分闸线圈;⑥―导向轴。

永磁机构处于合闸位置，永久磁铁产生的磁力线如图中Ⅰ。这时，下部磁路磁阻远大于上部磁路，动铁芯②保持在合闸位置。分闸时，分闸线圈⑤通电，分闸线圈中的电流产生磁场，其磁力线方向如图中磁力线Ⅱ。分闸线圈在上部工作气隙产生的磁场方向与永久磁铁所产生的磁场方向相反。当分闸线圈中的电流达到某一值时，机构上端的磁力线被抵消殆尽，动铁芯开始在触头簧(或分闸簧)及少量电磁力的作用下向下运动。随着底部气隙的减小，气隙磁阻也逐渐减小，当下部气隙的磁感应强度远远大于上部气隙的磁感应强度时，动铁芯向下将呈加速运动。当动铁芯运动至行程一半后，线圈电流和永久磁铁产生的合成磁场，其方向是向下的，于是，又进一步加速了动铁芯的运动，直到断路器分闸到位。断路器分闸到位后，连锁装置将信号返回控制器，自动切断分闸线圈⑤中的电流，动铁芯保持在分闸位置上。

3各部件的设计

灭弧室的设计

普通真空灭弧室还不能直接应用到电力机车上。因为普通灭弧室的寿命为1万次，而电力机车上断路器分合动作频繁，1万次的寿命使用期限也就一年左右，所以我们采用双断口串联，可提高分断高电压的能力;触头间距为小开距，可极大地提高灭弧室的寿命。为了保证断口同步断开，设计采用特殊的传动机构，使不同步度小于1ms，小于2ms的安全值。另外，我们还采用特殊结构的波纹管，以配合小开距，使灭弧室的寿命>30万次。大量的动态分析试验证明，本文所述的真空断路器的机械寿命达到20万次以上。

我们设计分断最大短路电流为10kA，但灭弧能力为20kA，实际裕度为l倍之多。灭弧室中，动静触头材料选择铬铜合金，截断电流为5A以下，可有效防止操作过电压的发生。

操作机构及传动的设计

在各种条件下都应可靠地分、合闸，是主断路器对操动机构的基本要求之一。目前广泛使用的操动机构有电磁、弹簧、气动、液压电动，但其机械故障率占主断路器总故障的70%左右。为此，我们采用无磨耗件精密型永磁机构，不但保证了主断路器长期动作的可靠性，而且满足主断路器分、合闸及灭弧特性要求。灭弧室需要的闭合力为1000～1200kN，永磁机构闭合力设计为3300kN，足以确保机构的正常动作，传动中的触头弹簧寿命>500万次，机构动作安全可靠。

我们采用钕铁硼(Nd-Fe-B)永磁体，因为它有高的剩余磁感应强度，Br可以达到(退磁曲线上磁场强度H为零时，相应的磁感应强度，也成为剩磁)以及高的矫顽力，使永磁体很不容易退磁。永磁机构的压力和触头压力相比，留了100%的裕量，以保证足够的安全性。

永磁机构通过电磁机构和永磁铁的特殊结合实现传统机构的功能，电磁线圈和磁路为静止机构，只要设计合理，没有外力破坏，一般它不会损坏。大量试验证明，只要选材合理，精心设计，永磁机构本身机械寿命可以达到100万次以上。

永久磁铁与分、合闸线圈相配合，较好地解决了合闸时需要大功率能量的问题，因为永久磁铁可以提供磁场能量，作为合闸之用。永磁机构工作时，只需瞬时供电，一般小于60ms，在分、合闸状态时，线圈没有电流通过，保持力由永磁铁提供，不再消耗能量。这就使我们可以减小合闸线圈的尺寸和工作电流。因此，永磁操动机构可以做到真正意义上的免维修、少维护、长寿命。

绝缘设计

高压开关的绝缘设计至关重要。由于车顶空间的限制，绝缘距离不能很大。电瓷绝缘材料绝缘优良、价格便宜，但联接须采用金属连接件，体大物重，不耐碰撞，内外温差大时容易开裂。根据电力机车上的使用环境条件，我们选用粘接力强，机械强度高，有较高的耐寒、耐热、耐化学稳定性的APG工艺复合绝缘材料，双断口上进上出，在空气湿度100%饱和情况下，空气间绝缘距离>400mm，电压等级，外爬距、内爬距，对地耐压80kV/lmin，断口间耐压85kV/lmin。APG工艺复合绝缘材料与水不亲和，可防止因雨水绝缘放电，从而有效地防止瓷瓶放电事故的发生。

智能控制器及联锁设计

永磁操动机构必须在控制器的驱动下才能实现开关的分合操作，因此，控制器的性能优劣对断路器的性能有很大的影响，要保证断路器的可靠工作，就必须要有一个可靠的控制器。

系统组成的原理

智能控制器主要由5部分组成：电源模块、输入模块、输出模块、CPLD智能控制模块、驱动模块。我们采用复杂可编程逻辑器件CPLD作为智能控制部件，借助于计算机，在EDA工具软件quartus II平台上，以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段，自动完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合、以及逻辑优化和仿真测试，直至实现规定的电子线路系统功能。这种纯硬件的实现方式在工作可靠性方面有很大的优势，这是因为硬件电路不管受到什么干扰，其电路结构不会发生变化。采用EDA技术的全硬件实现方式，由于非法状态的可预测性以及进入非法状态的可判断性，从而确保了从非法状态恢复到正常状态的各种措施的可行性。

可靠性设计

电磁兼容性设计

永磁操动机构在运行中由于开关大电流而产生很大的电磁干扰，永久磁铁和线圈均会产生很大的磁场干扰，另外，开通和关断过程中，电容充放电亦会产生幅值很大的脉冲电压和脉冲电流，会通过电源通道耦合到控制器自身，所以抗干扰问题对于控制器来说非常重要。我们在设计中采取的措施主要有：①电源输入加有性能优良的电源滤波器，可以防止通过电源线的传导干扰;②专用芯片通过光电电路完全与外部I/O部分隔离，以保证专用芯片安全运行;③模拟电路滤波和专用芯片数字滤波同时使用，确保不会发生误动的情况;④电路板精心设计，精心布线，避免线路之间的串扰。

电力电子电路的可靠性设计

电力电子电路是控制器的另一个关键部件，它的负载是一个大的电感，在开通和关断过程中会产生很大的动态dv/dt，加之工作电流很大，使器件有可能同时受到大电流、高电压和寄生电容中的位移电流的作用，所以确保这部分电路稳定可靠的工作亦很关键。

①在设计中使用抗冲击能力强、dv/dt性能好的IR公司生产的IGBT和IGBT控制芯片;

②精心设计电路参数,反复测试，保证输出波形好;

③精心设计和调试吸收电路，保证驱动电路稳定工作;

④过流保护电路，确保电力电子电路的安全运行;

⑤为防止长时间通电，采用的控制算法是：正常时采用最短时间与开关位置信号控制，在位置信号失效时采用最长时间控制。

智能自诊断、自检测设计

控制器采用全硬件状态机作为整个系统的工作调度，这就使其可以充分发挥全硬件电路容错技术的优势，在运行中可以对各种状态进行跟踪，可以监视各种非法状态，由非法状态转入正常状态只需要几个微秒，因而不会因进入非法状态而对系统造成影响，确保在运行中不会出现死机现象，即确保控制器永远保持在运行状态。

零位断合

利用电子操控计算机的多余功能和精密性永磁结构优势，设计零电流打开和零电压闭合的智能控制技术，即适时采样，计算发令，自适应修正等，使断合点在零位正负2ms以内。经模拟试验表明，该项技术达到了预期效果，较好地抑制了过电压的产生。

传动关节点的固体润滑技术

为了使断路器实现其真正意义上的少维护、不检修，甚至不维护，断路器的几个转动关节，采用了二硫化铝加石墨的固体润滑技术，寿命试验的结果基本达到了预期的目标。

4主要技术指标

工作电压：AC25kV;最大工作电压：AC30kV;

工作电流：ACl000A;最大工作电流：AC1250A;

工作频率：50Hz;

额定短路开断电流：ACl0kA;

额定峰恒耐受电流：;

最大开断电流：AC20kA;

控制器工作电压：DC110V;

开关动作反应时间：≤20ms;

开关动作时间：≤50ms;

开关动作控制器永磁机构通电时间：≤25ms。

5执行标准

TB/(机车车辆电气设备、第四部分，电工器件交流断路器规则)

TB/T2055-1999(机车真空断路器技术条件)

TB/T3021-2001(铁道机车车辆电子装置)

GB/(电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验)

6主要技术特点

①采用先进的复合绝缘材料，具有抗老化、防紫外线、高强度及优良的电气绝缘性能;

②断路器主体采用先进的APGP注射成型工艺加工技术;

③专门研制的长寿命的真空灭弧室;

④国家专利技术的永磁操动机构;

⑤开关内部结构简洁、稳定性好;

⑥可靠性高;

⑦与机车原有主断路器有互换性。

7结束语

“1+1”电力机车智能真空主断路器于2009年5月19日在福州机务段的SS3B4045机车上安装试用，运用至今仅出现过一次真空断路器控制预备中间继电器联锁线断，导致继电器不得电，机车无压无流。但正因为这种断路器有两台断路器，运行中司机通过切换，启用另一台断路器，照常运行，回段处理，不造成机破。这也正体现了这种断路器的优越性。

浅析电力机车空转原因及处理

[摘 要]本文通过对电力机车空转故障分类、故障原因、故障判断检测以及故障处理方法进行分析，为保证机车运行安全，确保铁路提速和重载牵引能够顺利进行提供一定的理论依据。

[关键词]电力机车 空转故障 处理方法

中图分类号：U269 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2016)07-0330-01

铁路在我国的国民经济和社会发展中起着大动脉的作用，同时对国家经济持续增长和社会安全所起的作用也是其他运输方式所无法替代的。随着机车运行速度的提高和牵引定数的增加，机车出现空转故障的几率越来越大，对机车安全运行的影响也越来越明显，因此，完善机车控制系统和提高乘务员操作水平，防止机车空转故障的发生，是保证机车运行安全，确保铁路提速和重载牵引能够顺利进行的关键所在。

1.电力机车空转现象及防空转系统

空转故障分类

轮对产生的轮周牵引力大于轮轨间的黏着力时车轮就会发生空转。根据机车实际运用中空转故障发生的情况，机车空转故障分两类：一是非正常空转，即大空转或真空转，恶化后会导致轮轨擦伤：二是正常空转，即假空转，及时采取人工补砂的措施会有明显的效果。

防空转系统

电力机车电子柜或微机柜均设置了微机防空转系统，该系统是以提高黏着利用率及防止大空转为主，允许一定程度的微小空转。当轮对空转趋势达到一定程度，就将相应的电机电流高速大幅度削减，可使空转很快得到抑制，然后再以一定规律恢复牵引电流。

2.电力机车空转故障的原因分析

正常空转的原因

(1)机车转向架到司机室端子排的光电传感器接线断路或绝缘破损，引起速度信号异常，导致假空转。

(2)光电传感器故障引起假空转。电力机车上目前使用的光电传感器大部分是TQG15B型传感器，当传感器芯片烧损或绝缘破损、传感器引出线绝缘破损，线路断路、短路或接触不良等，瞬间无速度信号输出或速度信号受干扰，都会引起假空转。

(3)光电传感器接线盒进水，引起线路接地或短路将导致假空转。

(4)电子插件故障。防空转系统电子元件超出使用寿命期限，造成插件程序故障。

非正常空转的原因

(1)电力机车轮缘喷油装置喷油量太大、线路道岔油润过多等也会引起机车真空转，伴随空转灯亮、撒砂、减载等。这种情况下，机车检修部门应适当调节轮缘喷脂装置的喷油量或改为干式轮缘润滑装置，防止真空转。

(2)司机操作不当。电力机车在运行中，司机操作不当，手柄指令过高，容易发生真空转。因此，机车在雨天或坡道上起车或行驶时，指令不应一次给得太高，当速度起来后再继续追加电流。当发生真空转或滑行时，司机应适当降低手柄级位，待速度起来后再追加电流，抑制真空转发生。

3.电力机车空转故障判断及检测方法

一般故障的显示

机车在运行中遇到启车加速、持续大坡道大电流运行、过岔区、曲线运行、轨面有油、冰、雨、雪天气经常会发生空转、滑行或电流电压波动等现象，机车乘务员可采取人工补砂的措施。发生大空转时，空转灯亮、自动撒砂、电流电压波动频繁，而且电流电压波动弧度大。发生小空转时有时空转灯不亮、不下砂，只是电流电压在小范围内波动。这种情况下，机车乘务员只需切除电子柜上方或微机防空转上的“空转保护”开关即可或将电子柜倒B组维持运行即可让防空转系统正常保护动作。

机车进行库内检测

机车在运行中发生空转故障回段报修时，可利用光电传感器动态检测仪。光电传感器动态检测仪简单来说是一个在机车静止的状态下，能给光电传感器提供均匀的速度信号，并且能实时观察速度及频率大小、变化情况，速度信号输出波形的检测设备。利用该设备，可以在库内对机车光电传感器及相关线路进行检测，可以较准确地判断出造成空转故障的故障点，并在库内做相应的处理，大大提高了处理空转故障的效率，同时减少了机车试运行，减少了检修或技术人员跟车处理的次数，节约了人力资源，提高了机车的运用效率。在库内进行检测无结果的就要跟车用便携式示波器进行动态检测。

跟车进行动态检测

由于机车在运行中产生剧烈振动，使空转保护系统某些线路瞬间接触不良，引起速度信号丢失，从而造成空转，这种情况是极少数的。这类故障在库内机车静止的情况下是很难检测到故障点，因此，必须派人跟车使用携式示波器进行动态检测，另外也可用示波器检测。

4. 空转故障的处理方法

运行中对空转故障的处理

(1)如果是正常空转，乘务员只需及时采取人工补砂的措施就会有明显的效果。

(2)机车电流、速度大于某值，空转、撒砂不止，电流卸载不能恢复，可能是某一速度传感器发生故障，乘务员可根据防空转系统自动查找出故障传感器，自动切除该位置速度传感器，并在插件面板上显示，然后可正常操作机车运行，回段后向检修人员报修。

(3)微机防空转插件板故障可能使电机电流达到某一值而卸载，机车并没有发生空转就发出减载指令，牵引时无恒速控制。此类故障乘务员可通过将防空转故障开关转到故障位运行来判断，如果正常，就可判断为防空转系统故障，回段后报修。

回段对空转故障的处理

(1)机车回段后，检修人员对报空转故障的机车要详细了解运行中的情况，例如空转发生区段的自然状况，乘务员是否采取自诊断功能，是否切除防空转功能等。

(2) 光电传感器信号线故障的检测及处理

若在司机室端子上检测到某轴位传感器信号不良，而光电传感器下车检测又正常的情况下，可以判定为该位传感器的信号线故障。表现在线路断路、短路、接地。可以通过数字万用表进行检测线路的通断，用250V兆欧表检测其线路绝缘状态。确定线路不良时，必须进行换线才能彻底处理。换线时应注意不要损伤插头及线，接线时应按照接线表对应接线，防止接错线。

(3)光电传感器故障的检测及处理

电力机车光电传感器可以通过车下检测设备进行检测，确定传感器故障后，则可更换光电传感器。光电传感器在安装上车时，传感器与轴箱之间要加防水胶垫，同时传感器引出线应斜向下，防止进水，同时要避免引出线过度弯曲。光电传感器接线插头与接线盒插接应牢固，用绝缘粘胶带包扎好，防止进水。

总而言之，能够根据电力机车空转的具体情况，对机车产生空转故障的原因进行正确综合的分析，并提出故障处理方法，可减少因空转引起的机车故障及行车事故发生率，提高机车的运用效率，确保机车运行的安全性。

参考文献：

[1] 王迁.浅谈电力机车的空转故障[J].机车电传动，2009(6)：60-61.