CN1005400B - 电机车架空线分段供电法及其控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿井下电机车架空线分段供电的方法。当机车行驶到某段架空线时，开关给该段架空线自动送电：当机车驶离后，开关使该段架空线失电，这样架空线平时处于无电状态，保证了架空线下行走及工作人员的安全。另外，自动开关设置了漏电保护，断电闭锁保护电路，使自动开关不但具有自动停送电的功能，而且能有效的防止误送电所造成的触电事故。

Description

电机车架空线分段供电法及其控制装置

本发明是属于一种供电方法，特别是煤矿井下电机车架空线分段供电的一种方法。

目前我国煤矿井下用的架空线采用分区绝缘，即利用分区开关进行电气联接。分区开关的作用是检修或在架空线下方工作时停电，停电时此开关往后的架空线全部失电，否则，架空线长期带电。由于井巷狭窄，架空线低矮，环境潮湿，所以架空线下行走和施工人员随时都有触电危险。

现在个别矿井在井底车场装设行程开关进行定点断电。如《煤矿安全》85年第7期上登载的开滦矿务局设计的“井巷上下人车场用自动音乐断送电装置”即属此例。而阳泉煤矿电子设备厂生产的“电机车停车场自动停送电开关”也仅用于车场，而其它架空线仍长期带电。

US4202273专利文献中虽然也将架空线分段，但架空线由两根平行导线组成，一根架空线常期带电，而另一根架空线的停送电相互制约，即后段架空线停送电，受前段架空线控制，除机车运行后方的一段架空线中的一根导线无电外，其余各段仍长期带电。US4202273专利发明的解决方案，即自动开关是利用机车运行时电机车的电流流经开关的电流继电器时，电流继电器吸合，其常闭接点断开，从而使机车运行后方的架空线断电。该发明只能使两台同示向同轨道运行的机车间隔一定的距离，以避免追尾事故的发生。

本发明的目的是提供一种煤矿直流电机车分段供电的方法。架空线分段供电后，当机车行驶到某段架空线时，控制装置给该段架空线自动送电。以保证机车行驶的需要。机车驶离后，控制装置使架空线失电，从而使架空线在无机车运行时，处于无电状态，保证了架空线下行走及施工人员的安全。

本发明的解决方案是将电机车架空线根据实际情况进行分段，然后将牵引变流所直流电源利用电缆经控制装置接至每段架空线上，分段后的架空线仅在机车驶于该段时，该段架空线带电。

1、架空线“送”电控制的一种方法是依靠电机车从送电段滑行到停电段时，机车电动机由电动状态转变至发电状态时，自身发电电压来控制。这是发明的一个内容。

2、架空线“送”电控制的另一种方法是依靠电机车上备有的直流电源电压来控制，这是发明的另一个内容。

本发明的进一步解决方案是装设一种用于电机车架空线分段供电的控制装置。该控制装置包括：连接在架空线与地之间的电压检测回路，架空线对地绝缘检测及闭锁电路、触发回路、信号回路以及设置在电缆与各段架空线间的自动开关，＊开关是一个受辅助控制装置控制的可控硅开关，辅助控制装置包括直流起动电源及断电检查和断电闭锁电路。

1.在绝缘检测回路中，设有时间常数不小于0.1秒延时回路，以保证绝缘电路闭锁的可靠。这是发明的一个内容。

2.在辅助装置中设有断电闭锁电阻R21，以便在需要时将断电的架空线进行闭锁，以防止其他机车进入，这是发明的另一个内容。

3.利用架空线电压进行终端信号灯的远方控制，是该发明的又一个内容。

下面对照附图分述各电路作用：

图一：

1.电压检测回路由JC1、JC2、D2、R1、R2、R3组成，其作用是检测架空线上有无控制信号电压，由R1、R2、R3组成的分压器接在架空线与地之间，当架空线无电压时，R3两端无压降，JC1输入端通过D2、R3接地，处于低电位，后续电路均不翻转，无触发信号输出，可控硅处于关断状态。当机车驶入某段瞬时，依靠惯性行驶，此时机车牵引电动机D由电动状态，转为发电状态，经电阻RX主令控制器L自动开关DS，受电器Q向架空线输出不小于20伏的直流电压，该电压使电压检测回路中R3两端产生不小于6伏的电压降，D2由正向导通转为反向截止，JC1输入端由低电位转为高电位，从而JC1、JC2状态翻转，使起动控制回路JC6的B输入端由低电位转为高电位，这时如无漏电信号时。JC6A输入端为高电位，从而使JC6翻转，经JC7反相后输出高电位，使振动器起振，经推动级输出触发脉冲，使可控硅导通，架空线送电，并通过电机车负载维持可控硅KP的导通。同时使本段信号灯控制回路翻转，将信号灯由绿色转为红色，当机车驶离该段架空线时，可控硅失去维持电流而自行关断。架空线停电，同时R3两端无压降，使D2正向导通，后续电路恢复断电状态。

当机车在静止状态下进行架空线送电操作，将设置在机车上的辅助控制箱中的状态选择开关“KK”转向“送电”位置，箱内备有的镉镍电池组E1、E2通过限流电阻R23，逆止二极管D12，选择开关KK、机车受电器Q间架空线输出24V控制电压，电压检测回路得到这一信号后，起动振荡触发电路，使可控硅导通，架空线送电。机车在控制区内停止行驶，由机车照明T1、T2提供可控硅的维持电流，以保证车灯的工作。也可将状态选择开关KK转向“断电”位置，切断照明负荷，使可控硅关断，达到人工停电的目的。

2.绝缘检测及闭锁电路由JC3、JC4、JC5、D1、C1、R4、R6、D4组成，其作用是在本开关未向架空线送电前，对架空线绝缘水平进行检测，当低于整定值时，对开关进行电气闭锁。JC3-B输入端为检测回路输入端，经整定电阻R4，逆止二极管接于架空线K1，通过线路绝缘电阻接地。当绝缘电阻低于规定值时，JC3B端电位将低于门限电压，JC3翻转输出高电位。经JC5反向输出低电位，锁住起动控制回路JC6A输入端，并通过R6向D4提供电流，D4发光，表示线路漏电。同时JC4B输入端由低电位转为高电位，由于A输入端为低电位，JC4不翻转，如果此时有机车进入该段架空线得到控制电压后，电压检测回路JC1、JC2翻转，JC6A输入端有闭锁信号，而不翻转，触发电路不工作，可控硅不导通。由于JC2的翻转使JC4输入端均为高电位而翻转，输出低电位闭锁JC3A输入端，当D1受控制电压的作用而反向截止时，JC3B输入端由低电位向高电位转变，由于C1的存在，使JC3B输入端电位转变时间大于0.1秒，从而保证了闭锁的连续性，由JC4对JC3施行环锁。

3.起动控制电路由JC6、JC7组成，其作用是对电压控制信号进行鉴别。JC6A输入端为闭锁控制端，JC6B输入端为起动控制端，线路正常时，JC6A端为高电位，如架空线有控制信号时，JC6B端也为高电位，而翻转，触发电路工作，可控硅导通，如架空线出现漏电时，JC6A端为低电位，JC6B端虽然为高电位，JC6仍保持原状态，可控硅仍处于关断状态。JC7的作用是将JC6输出进行反相，以控制振荡器的工作。

4.触发电路由JC8、JC9、JC10、JC11、BG1、B2、D7、D8、D9、C2、C3、C4、R5、S7、D5组成，其作用是为可控硅提供触发脉冲。由于JC8，JC9两个反相器串联，经R5对C2交替充放电，形成振荡，经JC10整形后，通过C3耦合到推动级BG1基级，使BG1工作向脉冲变压器B2一次提供＊冲电流，二次感应出触发脉冲，从而触发可控硅导通。该电路工作于否，由JC8A输入端电位而定，当A端为高电位时，电路工作，可控硅导通。当A端为低电位时，电路停止工作，无触发脉冲。振荡频率取决于R5，C2充放电时间常数，考虑到架空线对地电容的存在和保证机车照明的正常工作，振荡频率在30HZ为宜，电路中D8为续流二极管，D9为负脉冲旁路二极管，D5为振荡器监示二极管，当振荡器工作时，经JC11反相后，经限流电阻R7向发光二极管提供脉冲电流，发光二极管闪光，同时也表明可控硅处于触发导通状态。

5.主控电路由隔离开关FZ，快速熔断器RD1，可控硅KP组成，隔离开关作为该装置的总断路开关，用于检修停电;快速熔断器作为过流保护，用于保护可控硅及架空线路;可控硅作为架空线自动停送电的主控元件。由牵引变流所GQB（见图三）输出的直流电源经馈电电缆，LK经自动开关ZKZ的隔离开关FZ、快速熔断器RD1、可控硅KP接至架空线K1，K2……在FZ闭合状态下，可控硅得到触发脉冲后，立即导通，并通过负载维持导通。当架空线无负载时，可控硅自动关断。

6.信号灯控制电路由两部分组成：

（1）本段始端信号灯控制电路。

（2）前段终端信号灯控制电路。

本段始端信号灯控制电路由JC12、JC13、R15、R14、BG2、BG3以及信号灯LD1，HD1组成，其作用是对开关控制段内，开关一侧信号灯进行控制。当架空线无电时，JC6输出端为高电位，JC12输出端为低电位BG3基级无电流而截止，红色信号灯HD1不亮，同时JC7输出端为低电位，JC13输出端为高电位，经R15向BG2基级提供电流，BG2导通，绿色信号LD1亮，表示架空线处于断电状态，也表示前方线路无机车运行。当架空线带电后，JC6，JC7输出电位均翻转，JC12输出端为高电位，经R14向BG3基级提供电流，BG3导通，红色信号灯HD1亮，同时JC13输出端为低电位，BG2无基级电流而截止，绿色信号灯熄灭。

前段终端信号灯控制电路由R10、R11、R9、D3、JC14、JC15、JC16、R12、R13、BG5、BG4、LD2、HD2组成，其作用是前段控制区终端信号灯进行控制，原理与电压检测电路相仿。由R10，R11，R9组成的分压器接于前段控制区架空线K2终端与地之间。当K2架空线无电时，R9无压降，D3处于正向导通，JC14，JC16输入端均为低电位，JC14输出端为高电位，经JC15反相输出低电位，BG5基级无电流而截止，红色信号灯HD2不亮，同时JC16输出端为高电位，经限流电阻R12向BG4基级提供电流，BG4导通，绿色信号灯LD2亮，表示该段架空线断电，无机车运行。当K2架空线有机车运行而带电时，R9两端产生压降，使D3处于反相截止，JC14，JC16输入端均为高电位，JC15输出端为高电位，经限流电阻R13向BG5基级提供电流，BG5导通，红色信号灯HD2亮，表示该段架空线带电，有机车运行，同时JC16输出低电位，BG4截止，绿色信号灯熄灭。

7.电源电路由DK、RD2、B1、DZ1、DZ2、C5、C6、C7、C8、JC17、D6、R8组成。巷道127伏照明电源经电缆引入本开关，经组合开关DK、熔断器RD2接在变压器B1一次绕组，B1二次共有两个绕组，一组输出18伏，由DZ1整流，C5，C6滤波后，经JC17三端集成稳压器稳压后输出12V直流，经C7，C8再次滤波接于控制回路，在12伏输出两端接有发光二级管D6和限流电阻R8，用于电源指示，以监示12伏电源是否正常。另一组输出118伏，经DZ2整流后输出110伏直流电压向信号灯提供电源。

图二：

机车ZK上设置的辅助控制装置，由状态选择开关KK，断电检查报警电路，镉镍电池组及闭锁电阻组成，其作用是，机车在静止状态下提供控制电源，人工停电后进行检测，当出现失控时发出音响报警，对自动开关进行远方闭锁，其原理如下：

1.机车在静止状态下，需架空线送电时，起动电源E1，E2经限流电阻R23，逆止二级管D12、状态选择开关KK、受电器Q接于架空线，向自动开关发出送电信号，自动开关接通，架空线带电，同时D12反向截止，电池组停止输出，此时直流逆变器KZB输出的24伏直流电压经R2，D13向电池组E1，E2充电，保证电池组有足够的电压进行起动控制。

2.断电检查报警电路由R16、R17、R18、D10、R19、R20、C9、C10、C11、JC18、JC19、JC20、JC21、D11、BG6、Y、E1、E2组成，其作用是检查架空线断电状态，当出现自动开关失控架空线未断电时，发出音响报警信号，以便进行故障处理。当状态选择开关处于“断电”或“闭锁”位置时，由R16，R17，R18组成的分压器，通过机车受电器，车身接于架空线与地之间，自动开关正常时，架空线断电，R18两端无压降，D10正向导通，JC18B输入端为低电位，此时由JC18，JC19，R19，C10组成的低频调制振荡器不起荡，JC19输出为低电位，由JC20，JC21，R20，C11组成的音频振荡器也不起振，BG6无输出，扬声器Y无音响信号，当开关失控，架空线带电时，R18有压降，D10处于反向截止，JC18B输入端为高电位，两组振荡器同时工作，输出间断式音频信号，经C9耦合到推动极BG6基级上，扬声器发出报警音响信号，表示开关失控，架空线未断电，D11为旁路二级管，其作用是为C9放电提供通路，保护三极管BG6。

3.断电闭锁电路由R21、KK组成，当机车在静止状态需架空线停电，并不许其他机车进入该段二次送电时，可将辅控装置中状态选择开关转向“闭锁”位置，此时闭锁电阻R21、动开关中绝缘检测电路工作，施行漏电闭锁。这时，其他机车强行驶入该段时，自动开关闭锁，拒绝送电，以保证上下车及工作人员的安全。

采用本发明解决了直流电机车架空接触线长期带电问题，实线架空线分段自动停、送电，从而保证了架空线下行走及工作人员的安全，最大限度地减少人身触电伤亡事故的发生，同时避免了其他机车进入检修段，再次送电的可能。

附图1为主开关箱内的电原理图。

附图2为辅助控制箱内的电原理图。

附图3为本系统以及信号灯的布置图。

电路图中：

（1）、JC1，JC2，JC3，JC4

（2）、JC5，JC6，JC12，JC1316

（3）、JC11，JC14，JC15，JC16

每组共用一块H006双与非门集成块，JC7，JC8，JC9，JC10共用一块CD4011双与非门集成块。

Claims (6)

1、一种煤矿电机车架空线分段供电方法，所述电机车架空线是分段独立供电的，每段架空线的“停”、“送”电是根据电机车的运行状态来控制的，其特征在于：所述各段架空线仅在机车驶于该段时，该段架空线带电，其控制是依靠电机车从送电段滑行到停电段时，电机车上的电动机由电动运行状态，转变为发电运行状态时，由自身发电电压来控制。

2、根据权利要求1所述的供电方法，其特征在于：所述控制“停”、“送”，可由电机车上已备直流电源来控制。

3、一种用于电机车架空线分段供电的控制装置，包括一连接在架空线与地之间的电压检测回路，一架空线对地绝缘检测及闭锁电路，与之连接的触发电路，信号电路以及设置在电源与各段架空线间的自动开关，其特征在于：所述自动开关是一个受电机车上辅助控制电路包括直流起动电源和与其并联的直流逆变器以及断电检查回路。

4、根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于绝缘检测回路中，R4，C1的时间常数不小于0.1秒，此外在检测进线端还设置了逆止二级管D1。

5、根据权利要求3所述的自动开关及其电路，其特征在于断电检查电路中还接有闭锁电阻R21。

6、根据权利要求3所述的自动开关及其电路，其特征在于信号自动显示是利用架空线电压进行控制的电路。

Images