CN101609124A - 一种列车供电系统的接地检测方法 - Google Patents

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一种列车供电系统的接地检测方法，采用无源低阻中点接地检测方式；无源低阻中点接地检测方式是在原有供电系统空载串接的第一电阻R1和第二电阻R2旁的正级线上并接有一接地电压传感器，接地电压传感器独立接地，且供电系统空载串接的第一电阻R1和第二电阻R2的中间引出一中间抽头，在中间抽头与接地电压传感器独立接地线之间至少接有一辅助电阻R3，辅助电阻R3分别与供电系统空载第一电阻R1和第二电阻中间引出一中间抽头和接地电压传感器的接地线相接，形成列车供电系统的直流侧发生接地的情况或者电气绝缘等级下降的情况时，供电系统的正线或者负线相当于对地接入了一个电阻。采用本发明的列车供电系统的接地检测可靠性提高，误动的现象减少。

Description

一种列车供电系统的接地检测方法
技术领域
本发明涉及一种电气设备的检测方法，具体说是一种列车供电系统的接地检测方法，主要用于电力机车的列车供电系统的接地检测。
技术背景
自2004年铁路第五次大提速以来，基于集中供电、分散变流的DC600V列车供电系统正逐步取代空调发电车的作用，已经成为空调列车新型供电方式的主要发展方向。DC600V列车供电系统采用集中供电分散变流的方式，即电力机车集中提供DC600V电源，客车进行分散变流。电力机车主变压器的副边有2个客车供电绕组，输出单相AC860V电压到相控整流装置，整流后输出独立的2路DC600V电源供给客车，容量2×400kW；客车上装有逆变器和充电器，将DC600V电压逆变成三相AC380V电压后供给空调机组等三相负载，同时将DC600V电压变换成DC110V电压后供蓄电池充电、照明和其他控制系统用电。因此电力机车DC600V列车供电系统的安全性和稳定性对旅客列车安全运行和正常的服务工作具有极其重要的作用。
电力机车DC600V列车供电系统由两套完全独立的供电系统构成，其原理电路完全相同。其中，主电路系统以I路供电系统为例，主电路系统原理图见图1。交流输入电压为860V，经真空接触器13KM与快速熔断器11FU到单相整流桥与电流传感器11SC，通过变压器内的滤波电抗器13L和柜内的滤波电容器19C输出直流电压600V。整流桥的交流侧，并联了由电阻21R，电容17C和压敏电阻13RV组成的过电压吸收电路与控制用同步变压器。同时，在交流侧有元件击穿短路时，快速熔断器能快速熔断保护，分断主电路系统，避免故障的进一步扩大。直流侧还有空载电阻R1、R2(均为600欧)，与检测用电流传感器11SC。
供电控制系统给定延时积分环节的预置值与电压反馈信号比较，进行调节器运算得出晶闸管的触发角，通过同步处理与功率放大环节控制晶闸管的触发脉冲模块，经隔离处理控制晶闸管的开通。
近几年来，铁道部为促进铁路节能降耗、提高运输效益，大规模取消发电车，推广电力机车的DC600V列车供电系统。但DC600V列车供电系统的安全运行需要列车供电主电路系统杜绝接地故障，因为在出现局部接地现象时会使主电路系统出现损毁事故，影响行车安全。这就需要对主电路系统接地故障实时检测并可靠保护。现有的DC600V列车供电系统采取了有源接地检测方式或者无源高阻中点接地检测的方式，前者存在可靠性不高，供电回路与检测电路未能隔离，电磁兼容性差等缺陷，后者存在保护值过于灵敏、易受机车浮电位干扰、误动作较多等缺点。电力机车DC600V列车供电系统的接地故障主要是由于电气设备或者导线的绝缘造成的，与车体钢结构直接接触的为“死接地”，裸露导线部分通过空气对钢结构放电或者通过绝缘物表面对钢结构爬电的为“活接地”。接地点出现两点以上，将导致短路故障而烧毁设备或导线，所以必须在列车供电主电路系统上安装灵敏可靠的接地检测装置，否则DC600V列车供电系统的安全性和稳定性将难以保证。
这些问题主要是现有的DC600V列车供电系统采取了有源接地检测方式(如附图2所示)或者无源高阻中点接地检测的方式(如附图3所示)。
有源接地检测方式需要注入110V控制电路的信号，当某个节点出现接地故障时，110V的信号会通过电阻和继电器构成回路，检测继电器会有大电流流过，使继电器跳开保护。
有源接地检测方式(如附图2所示)存在着一些缺陷：供电回路与检测电路未能隔离，电磁兼容性差；机械动作繁琐，机车运行时震动较大，检测继电器会发生触点误跳开，容易发生误报警；附件较多，包括了接地继电器、限流电阻、继电器的吸收电路等，检修时工作量大。
无源高阻中点接地检测方式如图3所示，电阻R3、R4为接地检测电阻，电阻值分别为50K欧和36K欧，电压传感器13SV用于接地电压检测。当DC600V干线上某点接地后，控制装置根据电压传感器13SV的信号变化，并与主电路系统中电压传感器11SV信号值比较，计算(600V+)(600V-)干线对地电位差值的变化，同时判断DC600V正线、负线接地情况，保护动作则断开交流侧真空接触器13KM。
采取无源高阻中点接地检测方式后，由于接地电阻大、漏电流小，电压传感器13SV(半电压)的信号变化比较平缓，控制精度不高，因此导致接地保护过于灵敏，不利于整定接地判断的门槛值。另外因为接地电阻高，电压传感器13SV易受电力机车浮电位干扰，也容易导致接地检测装置误动作。
因此很有必要对此加以深入研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有列车供电系统检测方式可靠性不高，电磁兼容性差，保护值过于灵敏、易受机车浮电位干扰、误动作较多的情况，提出一种在接地方式统一的基础上，可有效地进行接地判断，既保证发生接地时能可靠动作，又保证正常运行时不误动作的列车供电系统检测方式。以保证旅客列车供电系统的安全性和稳定性，最大限度地满足旅客用电的需求。
根据本发明的目的所提出的技术实施方案是：一种列车供电系统检测方式，采用无源低阻中点接地检测方式。所述的无源低阻中点接地检测方式是在原有供电系统空载串接的第一电阻R1和第二电阻R2旁的正级线上并接有一接地电压传感器，接地电压传感器独立接地，且供电系统空载串接的第一电阻R1和第二电阻R2的中间引出一中间抽头，在中间抽头与接地电压传感器独立接地线之间至少接有一辅助电阻R3，辅助电阻R3分别与供电系统空载第一电阻R1和第二电阻中间引出一中间抽头和接地电压传感器的接地线相接，形成列车供电系统的直流侧发生接地的情况或者电气绝缘等级下降的情况时，供电系统的正线或者负线相当于对地接入了一个电阻。其中，正线接地等效模型如图6；负线接地等效模型如图7。所述的辅助电阻R3为1.5K电阻100W线绕电阻2个并联，该电阻由接地保护系统配置。在机车列车供电系统正常工作无接地的情况下，电压传感器的电压反馈值应在300V左右。而一旦列车供电系统的直流侧发生接地的情况或者电气绝缘等级下降的情况，供电系统的600V正线或者600V负线相当于对地接入了一个电阻。
本发明利用MATLAB软件对正线接地等效模型和负线接地等效模型进行仿真，可计算出正线或者负线接地时接地电压传感器的电压值(又称半电压)。仿真出的结果与理论计算、实际试验均很接近。图8为无源低阻中点接地时接地电压传感器13SV的电压值与接地电阻的关系曲线，图9为无源低阻中点接地时的漏电流及接地电阻曲线，从图8和图9中可以看出采用无源低阻接地检测方式后，接地电压传感器13SV的电压值随接地电阻值变化大，易于整订保护值。供电控制系统中的主控机根据半电压及接地电阻曲线关系，再结合全电压传感器11SV的电压，可以很方便地判断DC600V干线是否存在漏电流的问题，并及时进行保护动作。供电控制系统的AD转换单元将输入的两路模拟电压信号转换为数字信号，并利用电压差分原理进行接地判断，当取样电压信号达到或超过设定值时，断开真空接触器，并通过RS485通讯送出故障信号至司机台的显示屏。系统原理框图如图10。
通过采用本发明，具有如下一些优点：
1、本检测方法对被检测的DC600V供电系统几乎没有影响，是一种无源的检测方式，能够准确检测供电回路中直流正极、负极的接地情况；
2、本检测方法的取样网络具有如下特征：
①R1和R2要求阻值必须相等，均采用600欧姆电阻，便于参数统一。R1、R2串联后，R1的一端接DC600V正线，R2的一端接DC600V负线；
②R3为2个1.5K线绕电阻并联，起到限流作用，保证在DC600V干线某点直接接地的情况下，最大的接地电流不超过300mA，以满足铁标的要求。R3的一端与R1、R2串联的中点相连，另外一端接大地；
③接地电压传感器13SV，一端与DC600V正线相连，一端与R3接地的一端相连。
3、供电控制系统的AD转换单元将输入的模拟电压信号转换为数字信号，并利用电压差分原理进行接地判断，当取样电压信号达到或超过设定值时，断开真空接触器，并送出故障信号。
采用无源低阻中点接地检测方法后，电力机车DC600V列车供电系统的接地检测可靠性大大提高，误动的现象大大减少。
附图说明
图1现有列车供电主电路系统原理图；
图2有源接地检测原理图；
图3无源高阻中点接地检测原理图
图4本发明主电路系统原理图；
图5无源低阻中点接地检测原理图；
图6DC600V正线接地等效模型；
图7DC600V负线接地等效模型；
图8无源低阻中点接地时的半电压及接地电阻曲线；
图9无源低阻中点接地时的漏电流及接地电阻曲线；
图10无源低阻中点接地检测系统原理图；
图11为供电控制系统实现无源低阻中点接地检测程序算法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
实施例一
附图4给出了一种列车供电系统检测方式，采用无源低阻中点接地检测方式。所述的无源低阻中点接地检测方式是在原有供电系统空载串接的第一电阻1(R1)和第二电阻2(R2)旁的正级线上并接有一接地电压传感器4，接地电压传感器4独立接地，且供电系统空载串接的第一电阻1(R1)和第二电阻2(R2)的中间引出一中间抽头，在中间抽头与接地电压传感器4独立接地线之间至少接有一辅助电阻R3，辅助电阻3(R3)分别与供电系统空载第一电阻1(R1)和第二电阻2(R2)中间引出一中间抽头和接地电压传感器4的接地线相接，形成列车供电系统的直流侧发生接地的情况或者电气绝缘等级下降的情况时，供电系统的正线或者负线相当于对地接入了一个电阻。其中，正线接地等效模型如图6；负线接地等效模型如图7。所述的辅助电阻3(R3)为1.5K电阻100W线绕电阻2个并联，该电阻由接地保护系统配置。在机车列车供电系统正常工作无接地的情况下，电压传感器的电压反馈值应在300V左右。而一旦列车供电系统的直流侧发生接地的情况或者电气绝缘等级下降的情况，供电系统的600V正线或者600V负线相当于对地接入了一个电阻。
利用MATLAB软件对正线接地等效模型和负线接地等效模型进行仿真，可计算出正线或者负线接地时接地电压传感器的电压值(又称半电压)。仿真出的结果与理论计算、实际试验均很接近。图8为无源低阻中点接地时接地电压传感器13SV的电压值与接地电阻的关系曲线，图9为无源低阻中点接地时的漏电流及接地电阻曲线，从图中可以看出采用无源低阻接地检测方式后，接地电压传感器13SV的电压值随接地电阻值变化大，易于整订保护值。供电控制系统中的主控机根据半电压及接地电阻曲线关系，再结合全电压传感器11SV的电压，可以很方便地判断DC600V干线是否存在漏电流的问题，并及时进行保护动作。供电控制系统的AD转换单元将输入的两路模拟电压信号转换为数字信号，并利用电压差分原理进行接地判断，当取样电压信号达到或超过设定值时，断开真空接触器，并通过RS485通讯送出故障信号至司机台的显示屏。系统原理框图如图10。系统无源低阻中点接地检测方法的接地判断算法如附图11所示。主要包括以下步骤：
1、起动检测：按“开始”按钮，系统开始进行检测；
2、通过两路电压采样；
3、正线接地计算；
4、负线接地计算；
5、判断是否出现故障；
6、如没有出现故障，将返回检测采样，继续进行循环检测；如出现故障将进行锁定，并送至显示屏显示；
7、检测系统退出检测。

Claims (5)

1、一种列车供电系统的接地检测方法，采用无源低阻中点接地检测方式；其特征在于：所述的无源低阻中点接地检测方式是在原有供电系统空载串接的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)旁的正级线上并接有一接地电压传感器，接地电压传感器独立接地，且供电系统空载串接的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的中间引出一中间抽头，在中间抽头与接地电压传感器独立接地线之间至少接有一辅助电阻(R3)，辅助电阻(R3)分别与供电系统空载第一电阻(R1)和第二电阻(R2)中间引出一中间抽头和接地电压传感器的接地线相接，形成列车供电系统的直流侧发生接地的情况或者电气绝缘等级下降的情况时，供电系统的正线或者负线相当于对地接入了一个电阻。
2、如权利要求1所述的列车供电系统的接地检测方法，其特征在于：所述的辅助电阻(R3)为1.5K电阻100W线绕电阻2个并联，该电阻由接地保护系统配置。
3、如权利要求1或2所述的列车供电系统的接地检测方法，其特征在于：在机车列车供电系统正常工作无接地的情况下，电压传感器的电压反馈值应在300V左右；而一旦列车供电系统的直流侧发生接地的情况或者电气绝缘等级下降的情况，供电系统的600V正线或者600V负线相当于对地接入了一个电阻。
4、如权利要求1所述的列车供电系统的接地检测方法，其特征在于：利用MATLAB软件对正线接地等效模型和负线接地等效模型进行仿真，可计算出正线或者负线接地时接地电压传感器的电压值。
5、如权利要求1所述的列车供电系统的接地检测方法，其特征在于：供电控制系统的AD转换单元将输入的两路模拟电压信号转换为数字信号，并利用电压差分原理进行接地判断，当取样电压信号达到或超过设定值时，断开真空接触器，并通过RS485通讯送出故障信号至司机台的显示屏。
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