和谐1C型机车主断闭合后控制回路接地的分析

2022-02-25 21:42曾纪云唐勇赵守龙李然罗丹
科技信息·学术版 2022年8期

曾纪云 唐勇 赵守龙 李然 罗丹

摘要:和谐电1C型机车是一款7200kW的大功率电力机车。其优异的操纵性能与功率发挥深受用户喜爱,同时还具备再生制动的功能,使其更加绿色环保、节约能源。现在已经成为许多机务段的主力机型。和谐点1C型电力机车的供电制式为25kV、50Hz。通过机车内部的变压器将高电压改变为AC970V的主变流器供电、AC470V的辅助变流器供电、AC220V的其他辅助设备供电。直流控制回路的电源在未升弓时由蓄电池提供,升弓后由AC220V供电的充电机提供,同时也给蓄电池进行浮充电。直流系统相当于整个机车的血管与神经,在维系着机体运转同时还传输着控制信号,有着十分重要的作用。但电力机车的直流控制回路接地,一直困扰着机车检修人员。同时也给机车的运用带来了较大的危害。

关键词:HXD1C机车;主断路器;控制回路接地

1. 电力机车的控制回路接地

是指在电力机车直流控制系统中,正极性线路与车体间、负极性线路与车体间,或者是正负极线路同时与车体间,因为绝缘层损害或是绝缘降低,导致电缆中的导体与车体直接或间接(导线导体通过绝缘值不佳的附件与车体)接触的状态。当只存在正极性线路与车体绝缘低,或者是只存在负极性线路与车体绝缘低的情况,此时对电力机车机车的正常运用几乎不会产生影响。但是,若出现以下两种状态则会产生严重的后果;

1.1 正极性线路与负极性线路同时接地

这种情况是指正极性线路与车体绝缘低的同时,负极性线路与车体的绝缘也低。可以理解为:蓄电池的正极通过控制回路中的正极性线路绝缘薄弱点,然后通过车体,连接到负极性线路的绝缘薄弱点,最后与蓄电池的负极短路。此时短路电流的大小:由导线长度、两个接地点间的电阻以及短路点之间的距离决定。在和谐电1C型电力机车上常用的控制电缆为WDZ-DCYJ/3-125型。其采用的标准为GB/T12528-2008。

GB/T12528-2008标准,第五类镀锡电缆导体在20℃时的电阻。 通过国标电缆电阻值计算的,机车电缆常见长度的电阻值。

参考以上表格中计算的电阻值,按照控制回路的额定电压DC110V,在忽略接触电阻的情况下。列举6组短路距离进行电流计算;短路距离 短路电流

通过以上列举的短路情形可以看出,正负极线同时接地时产生的瞬时短路电流是如此巨大。在保护断路器工作状态良好的情况下,能及时断开相应回路从而保护机车设备。若脱扣开关动作失灵,则会出现线路电缆烧毁的严重事故。

1.2 单独出现正极性线路接地或单独出现负极线路接地,与此同时机车的交流220V回路出现接地:

此时电力机车中的200V交流分量将会通过车体叠加到直流控制系统中,导致直流电路中的微机系统出现数据紊乱的情况,造成机车故障。

1.3 直流系统接地后,机车的三相440V(辅助回路)与三相1200V(牵引回路)系统接地:

在发生辅助回路与牵引回路接地后,机车将立即断开主断路器并切断该部件的工作。不会与直流系统的接地产生相互作用。在此不做论述。

2. 接地检测原理

HXD1C型电力机车采用的是株洲电力机车厂长河机电产品开发公司生产的CHJR125-1型直流绝缘检测仪。

CHJR125-1型直流绝缘检测仪

CHJR125-1型绝缘检测仪采取的是不平衡电桥原理,将检测仪本体的电路连接到电力机车的直流系统中,对直流控制回路的绝缘电阻进行检测。能分别检测正极线路和负极线路的绝缘阻值。其检测量范围值可以再10kΩ—200kΩ之间进行调整。工作时若检测到的线路绝缘值低于预设值时将发出报警信号,通过机车微机显示屏发出控制回路接地的报警信息。

2.1不平衡电桥法的检测过程:

检测电路

通过在两个分支电路(R11,R12和R21,R22)中加入控制开关 K1 和 K2,检测仪内部的控制器,控制开关 K1和K2 的开合顺序,来支路电阻R11,R12和R21,R22是否接入电路。单片机需对线路电压Ub、电阻R12电压U12、电阻R22电压U22进行采样。从而计算出“线路正极对车体的绝缘阻值R1”和“线路负极对车体的绝缘阻值R2”。

计算过程如下:

(1)R1支臂检测计算

当K1闭合,K2断开时,选取车体为参考点,线路正极流出电流为i1,负极流入的电流为i2,流过R1的电流用i3表示,流过R12的电流用i4表示。线路正极对地的电压用Ub+表示,线路负极对地的用Ub-表示,此时测得线路正负之间的总电压用Ub1;

(2)R2支臂检测计算

当K1断开,K2闭合时,选取车体为参考点。检测线路电压Ub2.根据上桥臂计算方法可以得出等式;

(3)绝缘电阻计算

根据公式[8]与[9]可以得到一个关于R1、R2的等式,通过微机运算可以得出,线路正极对地绝缘电阻和线路负极对地绝缘电阻。该结果若在200KΩ一下,将在检测仪的LED显示面板上显示出来

3. 主断控制电路分析

笔者在长期的HXD1C型电力机车调试与售后服务工作中,积累了一些该车型的接地故障处理经验。在这里与大家分享探讨的是,一类特殊的控制回路接地故障,即HXD1C型机车主断路器闭合后控制回路出现接地。这种情况下的接地故障,因为闭合主断路器后机车部分器件带有危险高压,给故障查找人员带来一定的心理负担。容易出现误判与其他情况。作者就个人经验在此分享一下相关故障的电路分析方法与故障查找经验。力求安全科学的查找该类故障。

要解决该类故障,首先需要掌握机车相关电路的走向,并对故障回路进行有效区分。按电路分布情况可以分为三个区域;

2.1 前置电路

该部分电路工作前独立于正负电位之间,且在执行主断路器闭合命令时才接通电位。通过图纸可以看出,独立的前置电路在继电器(A21-A11-K01)的6点与12点之间,该段电路由5根电缆组成,起着接通主断路器控制板的作用。在排除接地故障过程中可以将主断路器控制插头拔下,将插头上的21与22,5与6,9与10,这三组点位分别短接,用以模拟主断路器处于断开的状态。然后进行常规的升受电弓、闭合主断路器的操作。因人为断开了主断路器的反馈电路(拔下主断路器插头),在闭合主断路器控制继电器(A21-A11-K01)闭合2秒后会被控制系统断开。需由一人专门盯控接地继电器,在电路闭合的瞬间观察是否有数值变化。以此判断此部分是否接地。在确保安全的前提下,也可以使用短接法进行判断,在拔下主断路器插头的前提下,直接向(A21-A11-K01)的1点引入控制电源正电位,强制闭合该部分电路,用以判断是否接地。

2.2 主断路器本体控制电路

该部分电路用于接收主断路器闭合的命令,并同时保持主断路器的闭合,以及向外输出状态信号。主断路器本体的低压回路由两个独立部分組成,第一个部分是用于控制主断路器工作的控制电路,包括主断控制版、合闸线圈、保持线圈,在主断路器闭合命令接通时,该部分将被接入控制电路中。因合闸线圈只在主断闭合的前2秒内得电,若是接地继电器检测到一个小于两秒的接地随即恢复正常,可以判断为合闸线圈部分接地。若是闭合主断后一直接地,可以拔下保持线圈的插头。在对两个部分进行单独测试后,可以确定是主断控制板接地还是电磁线圈接地。第二个部分是用于反馈主断路器触头工作位置的反馈电路。该部分是由凸轮推动的微动开关组构成,其直接连接到机车主断路器状态检测回路。若拔除主断路器插头后接地故障消失。可以判断为:微动开关及接线有接地的情况。

2.3 反馈电路

反馈电路是用于接收主断路器的位置状态,反馈电路通过插头与主断路器微动开关进行连接。在判断这一部分电路的接地时,可以将插头上的(11、12)(21、22)(7、8)(5、6)(18、19)(9、10)(16、17)(27、28)(32、33)点位分别进行短接。可以判断是哪一条反馈支路出现了接地的情况。

3.结语

主断路器是电力机车重要的部件之一。辅助控制回路的正极性线路单独接地和负极性线路的单独接地,亦是没有大碍。一旦出现正负极线同时接地,对主断路器本身以及相关的直流控制回路造成严重损害,使电力机车无法继续运行。在出现单线接地或是接地阻值偏小时,电力机车电气维修人员就要引起足够的重视。尽早消除隐患,保障机车的安全运用。希望本文能给相关的检修作业人员提供一定参考,启发查找故障的思路。