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HXD2技术提升电力机车的潜在电路分析及设计改进方法

2023-1-15 01:14| 发布者: admin| 查看: 243| 评论: 0

摘要: 中车大同电力机车有限公司的研究人员李斌、白晶,在2022年第5期《电气技术》上撰文,根据蓄电池上电、接地检测、机车照明等控制电路结构,对HXD2

中车大同电力机车有限公司的研究人员李斌、白晶,在2022年第5期《电气技术》上撰文,根据蓄电池上电、接地检测、机车照明等控制电路结构,对HXD2技术提升电力机车的潜在电路进行分析,找出控制电源接地故障的原因,并改进电路结构设计,消除潜在电路,解决接地故障误报问题。



HXD2技术提升电力机车的潜在电路分析及设计改进方法

潜在电路的概念最早由美国波音公司在完成阿波罗登月计划期间针对电子电气系统提出,是指系统或设备中存在的异常电路通路,它是引起电子装备系统故障的重要原因,是一种没有识别的固有电路状态,是系统内部在受到某种激励后产生的响应,其直接后果是触发电路不期望存在的功能或使需要的功能受到意外抑制,并不同程度地传递某种能量流、信息流或控制信号流。其一般表现为潜在路径、潜在时序、潜在指示、潜在标志。

HXD2技术提升电力机车在整车上电后控制系统报出控制电源接地故障,经过排查发现并未真正发生接地,该故障属于接地检测断路器在一定条件下误动作导致的系统误报情况,因此,分析电路结构中存在的潜在电路,查出故障误报原因,对保证机车的无故障正常运行十分必要。

1 蓄电池上电及接地检测原理

HXD2技术提升电力机车蓄电池上电及接地检测电路如图1所示。


HXD2技术提升电力机车的潜在电路分析及设计改进方法

图1 蓄电池上电及接地检测电路

蓄电池刀开关QS-BA一般处于常闭状态,闭合两节机车蓄电池断路器DJ-BA,按下任一节机车的上电按钮BP-BA,通过内重联控制,两节机车的上电接触器C-BA闭合,整车完成上电。当其中某一节机车蓄电池故障隔离后,另一节机车蓄电池也可通过110V内重联实现整车上电。

接地检测断路器CC-BA(0.5A)、接地电阻R1(15Ω)与R2(100Ω)共同构成控制接地检测电路。CC-BA正常工作时闭合,当110V负载出现正极接地情况时,通过检测电路与蓄电池负极形成回路,CC-BA过电流断开,其常闭触头恢复闭合状态,远程输入输出模块(remote input output module, RIOM)收到110V信号,列车控制和管理系统(train control and management system, TCMS)判断出现控制电路正极接地并在司机显示单元(driver displayunit, DDU)报出相应故障。

2 潜在电路分析

由接地检测原理可知,正常情况下只有110V负载出现正极接地时,控制系统才报出接地故障。HXD2技术提升电力机车在整车上电出现接地故障后,对所有110V负载进行故障排查,并未发现有正极接地情况且测量接地电阻R2两端电压为70V左右,说明在机车上电后存在潜在电路,有较大的电流流过接地检测断路器,使断路器断开而误报接地故障。

通过对司乘人员的习惯操作流程与电路结构进行分析,当机械间照明(或司机室照明、底架照明)电路处于导通状态,他节机车蓄电池断路器DJ-BA处于断开状态而通过本节机车上电时将出现接地故障误报情况,存在的潜在电路如图2所示。


HXD2技术提升电力机车的潜在电路分析及设计改进方法

图2 潜在电路

图2中,B节DJ-BA处于断开状态,在A节闭合DJ-BA并通过BP-BA上电后,A、B两节的C-BA全部闭合。若A节机械间照明电路处于导通状态,则电流通过线路①传递至B节照明电路;若B节机械间照明电路处于导通状态,则电流通过线路②传递至B节。再通过A、B两节接地检测电路的接“地”通路,最终电流流回蓄电池负极,形成完整的回路,使0.5A的CC-BA过电流脱扣,报出接地故障。

通过上述分析可知,机械间照明(或司机室照明、底架照明)电路的“110V+”为二级供电,而“110V”为一级供电,当司乘人员下车未关闭所有照明电路、上车后未按正确操作流程进行上电时,将使潜在电路导通出现故障误报。

3 电路结构设计改进及测试

在电路设计时为防止潜在电路,一般遵循几种原则:①“线或”供电电路“断电”的分支不要设置在每个“或”分支上,要尽可能设置在相加点之后;②输入、输出接口电路应尽量避免使用“双向电路”;③多用户的公共信号源到各用户之间,或多个信号线或控制一个用户时,都要加隔离二极管,以消除各信号源到用户之间的双向通路。

通过第2节分析可知,由于潜在电路的存在使CC-BA动作而误报接地故障,CC-BA位于控制蓄电池负极一级供电QS-BA之后、二级供电DJ-BA之前,而照明电路的负极也为该供电级别,其正极为二级供电,供电级别的不统一导致潜在电路的存在。结合HXD2技术提升电力机车蓄电池供电结构与功能要求,采用统一照明电路正负极供电级别、使用蓄电池断路器DJ-BA进行隔离的方式消除潜在电路。改进后的电路如图3所示。


HXD2技术提升电力机车的潜在电路分析及设计改进方法

图3 改进后电路

改进后将机械间照明(司机室照明、底架照明)电路的“110V”连接点从DJ-BA之前(图3中A点)改接至DJ-BA之后(图3中B点),即照明电路的“110V”从一级供电改为二级供电。经过多次组合测试,电路改进前、后的测试结果见表1。


HXD2技术提升电力机车的潜在电路分析及设计改进方法

表1 电路改进前、后测试结果

测试结果分析:

1)从序号1~4可以看出,当照明电路处于断开状态时,无论是否进行电路改进,都不会出现接地故障误报情况,其原因为照明电路断开时图2中的线路①或②都将断开,无法形成完整的潜在电路,CC-BA无电流流过,仍保持闭合状态,无接地故障报出。

2)从序号7、8可以看出,当两节机车的蓄电池断路器DJ-BA均处于闭合状态时,无论是否进行电路改进,都不会出现接地故障误报情况,其原因为两节DJ-BA闭合时,图2中电路通过各自的蓄电池正负极之间形成了完整的回路,潜在电路①或②不存在。

3)从序号5、6可以看出,当照明电路处于导通状态,他节机车蓄电池断路器DJ-BA处于断开状态而通过本节机车上电时,电路改进前会出现接地故障误报情况,其原因如第2节所述;而电路改进后无接地故障,其原因如图3所示,照明电路的负极(图3中B点)通过DJ-BA的断开状态与CC-BA(图3中A点)形成隔离,图2中的潜在电路①或②无法形成。

通过统一照明电路供电级别,消除了潜在电路,接地故障误报情况不再出现,并且单节蓄电池完成整车上电的功能依然正常。

4 结论

机车运用中出现控制电路接地故障时需要及时进行排查,以防止重要控制电路(如受电弓、主断、牵引变流等控制电路)正负极同时发生接地故障而导致机破造成较大的运用事故和经济损失。由于重联机车控制电路较为复杂,接地故障的排查需要耗费较多的人力和时间成本,而潜在电路引起的故障误报将造成成本的极大浪费,对司乘人员也会有一定的心理负担。

本文通过对HXD2技术提升电力机车典型的潜在电路进行分析与设计改进,解决了机车上电后误报控制接地的故障,司乘人员可准确掌握机车状态,增加了机车控制电路及运用的可靠性与安全性,对机车供电电路的设计,尤其是重联机车的控制电路设计具有一定的参考意义。


本文编自2022年第5期《电气技术》,论文标题为“HXD2技术提升电力机车潜在电路分析及设计改进”,作者为李斌、白晶。

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