CN107444126A - 内燃机车接地保护系统 - Google Patents

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王秀岩
谭志勇
温吉斌
曲铁涛
鲍震
祁世屹
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    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
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    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Abstract

本发明公开了一种内燃机车接地保护系统，设备保护回路中所有设备接地，蓄电池保护回路中蓄电池负端接地，交流主发系统保护回路连接有主发系统回路绝缘监测仪，交流辅发系统保护回路中连接有辅发系统回路绝缘监测仪，直流控制回路中连接有直流控制回路漏电流监测仪。本发明采用了新型接地保护系统设计，可对机车主发及辅发系统回路绝缘性、直流控制回路漏电流等情况进行实时监测，使机车各回路具有更好的可靠性及安全性，大大降低了司乘人员在日常操作中所遇到的触电风险。在内燃机车甚至电力机车及城轨车辆等领域同样具有广泛应用性及通用性。

Description

内燃机车接地保护系统
技术领域
本发明涉及一种机车自诊断系统，尤其涉及一种内燃机车接地保护系统，属于内燃机车领域。
背景技术
内燃机车电气系统通常分为主发系统回路、辅发系统回路及直流控制回路，为保证机车正常运行及防止触电风险，各回路均具有接地保护设计。例如，主发或辅发系统回路通常采用了接地继电器设计，当该继电器检测到回路中有接地发生，则可通过相关逻辑控制电路直接使机车卸载以避免造成危险扩大。
另外，直流控制回路多为74v或110v电压电路，可为按钮开关、机车照明、继电器等设备供电，若由于某一设备电缆破损等因素而导致的控制回路接地或漏电情况发生，则可能直接造成人员触电事故，因此在直流控制电路中通常设有接地指示灯用来提示司乘人员。
主发或辅发系统回路：将主发或者辅发系统的N线(主发电机中性线)与接地继电器电路相连接，当回路中有接地情况发生，则接地整流装置MGRU的接地整流装置内部整流桥的正输出与负输出之间将形成电压降，进而导致接地继电器MGR得电，再通过相关逻辑控制电路直接使机车卸载以避免造成危险扩大。
直流控制回路：直流控制回路设有蓄电池闸刀BIS，蓄电池正负两端分别接一个接地指示灯GLP和GLN，用于判断是用电设备的正端或负端接地。正常情况下两个指示灯均被点亮，当某设备正端电路出现接地情况，则正接地灯GLP由于正负两端处于同一电位进而导致指示灯熄灭；当某设备负端电路出现接地情况，则负接地灯GLN由于正负两端处于同一电位进而导致指示灯熄灭。
这种传统的接地保护系统虽为内燃机车电气系统领域的成熟设计，但其触发保护的条件是各个回路真实发生了接地情况，而在常年累月的机车运用过程中，若出现由于线缆或设备老化、机车应用环境潮湿等因素造成的绝缘值过低情况，则同样存在漏电的可能，因此具有严重的安全隐患。
发明内容
本发明针对内燃机车传统接地保护方案存在的安全隐患，采用了新型接地保护系统设计，可对机车交流主发及辅发回路绝缘性、直流控制回路漏电流等情况进行实时监测，使机车各回路具有更好的可靠性及安全性。
本发明采用的技术方案是：这种内燃机车接地保护系统，系统包括设备保护回路、蓄电池保护回路、交流主发系统保护回路、交流辅发保护回路和直流控制保护回路，其中设备保护回路中所有设备接地，蓄电池保护回路中蓄电池负端接地，交流主发系统保护回路连接有主发系统回路绝缘监测仪，交流辅发系统保护回路中连接有辅发系统回路绝缘监测仪，直流控制回路中连接有直流控制回路漏电流监测仪。
所述的设备保护回路中的设备包括电气设备、车体部件、转向架构架、接地碳刷装置，电气设备的外壳上焊接有接地座，车体部件的接地座焊接在车体上，转向架构架的外壳上焊接有接地座。
所述的电气设备包括操纵台、电器柜、主发电机、牵引电机，操纵台、电器柜、主发电机、牵引电机通过接地线与车体相连，所述的车体部件包括机车顶盖、司机室门、隔墙门，同时机车顶盖、司机室门、隔墙门通过接地线与车体相连，从而使得整车电气设备及其他车上部件均与车体结构接地；同时车体结构与转向架构架通过接地线相连，再通过接地碳刷装置使得轨道与机车轮对相连，最终实现整车设备的接地。
所述的接地碳刷装置的碳刷部分一段插入机车轮对的轴承端部，使轴承端部与车轴相连；另一端是线缆，直接与转向架构架相连。
所述的蓄电池保护回路中蓄电池负端接地，回路中设有闸刀开关，通常为闭合状态。
所述的交流主发系统保护回路中交流主发电机通过主发绝缘监测传感器与主发系统回路绝缘监测仪连接，主发系统回路绝缘监测仪接地端接地，主发系统回路绝缘监测仪与微机系统连接，微机系统设有主发系统预报警电阻设定值及主发系统主报警电阻设定值。
所述的交流辅发系统保护回路中交流辅发电机通过辅发绝缘监测传感器与辅发系统回路绝缘监测仪连接，辅发系统回路绝缘监测仪接地端接地，辅发系统回路绝缘监测仪与微机系统连接，微机系统设有辅发系统预报警电阻设定值及辅发系统主报警电阻设定值。
所述的直流控制回路中蓄电池为直流控制回路提供电源，蓄电池保护回路通过漏电流监测传感器与直流控制回路漏电流监测仪连接，直流控制回路漏电流监测仪与微机系统连接，微机系统设有直流控制回路预报警电流设定值和直流控制回路主报警电流设定值。
本发明有益效果在于：采用了新型接地保护系统设计，可对机车主发及辅发系统回路绝缘性、直流控制回路漏电流等情况进行实时监测，使机车各回路具有更好的可靠性及安全性，大大降低了司乘人员在日常操作中所遇到的触电风险。在内燃机车甚至电力机车及城轨车辆等领域同样具有广泛应用性及通用性。
附图说明
图1为内燃机车接地保护系统的设备保护回路接地示意图。
图2为内燃机车接地保护系统的蓄电池保护回路接地示意图。
图3为内燃机车接地保护系统的交流主发系统保护回路绝缘监测原理示意图。
图4为内燃机车接地保护系统的交流辅发系统保护回路绝缘监测原理示意图。
图5为内燃机车接地保护系统的直流控制保护回路漏电流监测原理示意图。
图中标记：1-电气设备，2-车体，3-转向架架构，4-机车轮对，5-接地座，6-接地线，BIS-蓄电池闸刀开关，E-蓄电池，MG-交流主发电机，MCT1-主发绝缘监控传感器，IMD1-主发系统回路绝缘监测仪，AG-交流辅发电机，ACT-辅发绝缘监测传感器，IAD-辅发系统回路绝缘监测仪，MCT2-漏电流监测传感器，RCM-直流控制回路漏电流监测仪，R1-主发系统预报警电阻设定值，R2-主发系统主报警电阻设定值，R3-辅发系统预报警电阻设定值，R4-辅发系统主报警电阻设定值，A1-直流控制回路预报警电流设定值,A2-直流控制回路主报警电流设定值，COMP-微机系统
具体实施方式
下面结合附图对内燃机车接地保护系统进行进一步说明。
这种内燃机车接地保护系统，系统包括设备保护回路、蓄电池保护回路、交流主发系统保护回路、交流辅发保护回路和直流控制保护回路，其中设备保护回路中所有设备接地，蓄电池保护回路中蓄电池E负端接地，交流主发系统保护回路连接有主发系统回路绝缘监测仪IMD1，交流辅发系统保护回路中连接有辅发系统回路绝缘监测仪IAD，直流控制回路中连接有直流控制回路漏电流监测仪RCM。
设备保护回路中的设备包括电气设备、车体部件、转向架构架3、接地碳刷装置，电气设备的外壳上焊接有接地座5，车体部件的接地座5焊接在车体2上，转向架构架4的外壳上焊接有接地座5。电气设备包括操纵台、电器柜、主发电机、牵引电机，操纵台、电器柜、主发电机、牵引电机通过接地线5与车体1相连，车体部件包括机车顶盖、司机室门、隔墙门，同时机车顶盖、司机室门、隔墙门通过接地线5与车体1相连，从而使得整车电气设备及其他车上部件均与车体结构接地；同时车体结构与转向架构架3通过接地线5相连，再通过接地碳刷装置使得轨道与机车轮对4相连，最终实现整车设备的接地。接地碳刷装置的碳刷部分一段插入机车轮对4的轴承端部，使轴承端部与车轴相连；另一端是线缆，直接与转向架构架3相连。
蓄电池保护回路中蓄电池E负端接地，回路中设有闸刀开关BIS，通常为闭合状态。
交流主发系统保护回路中交流主发电机MG通过主发绝缘监测传感器MCT1与主发系统回路绝缘监测仪IMD1连接，主发系统回路绝缘监测仪IMD1接地端接地，主发系统回路绝缘监测仪IMD1与微机系统COMP连接，微机系统COMP设有主发系统预报警电阻设定值R1及主发系统主报警电阻设定值R2。
交流辅发系统保护回路中交流辅发电机AG通过辅发绝缘监测传感器ACT与辅发系统回路绝缘监测仪IAD连接，辅发系统回路绝缘监测仪IAD接地端接地，辅发系统回路绝缘监测仪IAD与微机系统COMP连接，微机系统COMP设有辅发系统预报警电阻设定值R3及辅发系统主报警电阻设定值R4。
直流控制回路中蓄电池E为直流控制回路提供电源，蓄电池保护回路通过漏电流监测传感器MCT2与直流控制回路漏电流监测仪RCM连接，直流控制回路漏电流监测仪RCM与微机系统COMP连接，微机系统COMP设有直流控制回路预报警电流设定值A1和直流控制回路主报警电流设定值A2。
为保证整车接地系统安全性及可靠性，将操纵台、电器柜、主发电机、牵引电机等主要电气设备1通过接地座5(焊接在设备外壳上)与车体2相连，同时机车顶盖、司机室门、隔墙门等也都通过接地线6与车体2相连，从而使得整车电气设备1及其他车上部件均与车体2可靠接地。同时用接地线6使车体2与转向架构架3相连，再通过接地碳刷装置使得轨道与机车轮对4(轴承)相连，最终实现整车设备的可靠接地。
确保了整车可靠接地后，再将蓄电池E负端接地，其目的在于：一是使得所有控制电路有了统一的基准电位(OV)；二是保证了人身安全，例如在某种意外情况下导致的高压电串入到低压直流控制电路中，在蓄电池E负端接地的情况下，即使操作者触电也只是有74V直流电通过人体，而不置于有生命危险。蓄电池E负端接地示意如图2所示。
针对交流主发系统保护回路，采用主发系统回路绝缘监测仪IMD1来实时监测回路中的绝缘情况。主发系统回路绝缘监测仪IMD1可通过判断绝缘值是否超过设定值来给机车微机系统COMP提供报警信号。以交流主发系统保护回路为例，可以在该系统的主发系统回路绝缘监测仪IMD1上手动设定主发系统预报警电阻设定值R1及主发系统主报警电阻设定值R2，分别依据如下经验公式：
R1＝U1*100(Ω/V)；
R2＝U1*50(Ω/V)
其中主发系统预报警电阻设定值R1及主发系统主报警电阻设定值R2，U1为该回路的电压等级(本次设计为1000V)。根据公式计算可得到R1和R2分别设为100kΩ和50kΩ，当交流主发系统保护回路绝缘值低于100kΩ，则主发系统保护回路绝缘监测仪IMD1把相应的预报警开关量信号将发送给机车微机系统COMP；当主发系统保护回路绝缘值低于50kΩ，这也意味着机车主发系统保护回路存在重大接地安全隐患，则主发系统回路绝缘监测仪IMD1把相应的主报警开关量信号发送给机车微机系统COMP，此时机车微机系统COMP将自动切断主发励磁以免出现安全事故。交流主发系统保护回路绝缘监测原理如图3所示。
交流辅发系统保护回路绝缘监测原理与交流主发系统保护回路绝缘监测原理相同，辅发系统预报警电阻设定值R3及辅发系统主报警电阻设定值R4根据交流辅发系统保护回路的电压决定。交流辅发系统保护回路绝缘监测原理如图4所示。
针对直流控制保护回路，采用直流控制回路漏电流监测仪RCM来监测蓄电池E(或充电机)流出电流与流入电流的差值即漏电流值。例如，通过漏电流监测传感器MCT2监测到正端流出电流为10A而负端流入电流为9A，则可判断漏电流值为1A。考虑到人体的安全漏电数值为30mA，则直流控制回路预报警电流设定值A1设为30mA，直流控制回路主报警电流设定值A2设为50mA。当蓄电池E供电电路漏电流值高于30mA或50mA，则分别有相应的报警信号发送给机车微机系统COMP。直流控制保护回路漏电流监测原理如图5所示。

Claims (8)

1.内燃机车接地保护系统，其特征在于：系统包括设备保护回路、蓄电池保护回路、交流主发系统保护回路、交流辅发保护回路和直流控制保护回路，其中设备保护回路中所有设备接地，蓄电池保护回路中蓄电池负端接地，交流主发系统保护回路连接有主发系统回路绝缘监测仪，交流辅发系统保护回路中连接有辅发系统回路绝缘监测仪，直流控制回路中连接有直流控制回路漏电流监测仪。
2.根据权利要求1所述的内燃机车接地保护系统，其特征在于：所述的设备保护回路中的设备包括电气设备、车体部件、转向架构架、接地碳刷装置，电气设备的外壳上焊接有接地座，车体部件的接地座焊接在车体上，转向架构架的外壳上焊接有接地座。
3.根据权利要求2所述的内燃机车接地保护系统，其特征在于：所述的电气设备包括操纵台、电器柜、主发电机、牵引电机，操纵台、电器柜、主发电机、牵引电机通过接地线与车体相连，所述的车体部件包括机车顶盖、司机室门、隔墙门，同时机车顶盖、司机室门、隔墙门通过接地线与车体相连，从而使得整车电气设备及其他车上部件均与车体结构接地；同时车体结构与转向架构架通过接地线相连，再通过接地碳刷装置使得轨道与机车轮对相连，最终实现整车设备的接地。
4.根据权利要求3所述的内燃机车接地保护系统，其特征在于：所述的接地碳刷装置的碳刷部分一段插入机车轮对的轴承端部，使轴承端部与车轴相连；另一端是线缆，直接与转向架构架相连。
5.根据权利要求1所述的内燃机车接地保护系统，其特征在于：所述的蓄电池保护回路中蓄电池负端接地，回路中设有闸刀开关，通常为闭合状态。
6.根据权利要求1所述的内燃机车接地保护系统，其特征在于：所述的交流主发系统保护回路中交流主发电机通过主发绝缘监测传感器与主发系统回路绝缘监测仪连接，主发系统回路绝缘监测仪接地端接地，主发系统回路绝缘监测仪与微机系统连接，微机系统设有主发系统预报警电阻设定值及主发系统主报警电阻设定值。
7.根据权利要求1所述的内燃机车接地保护系统，其特征在于：所述的交流辅发系统保护回路中交流辅发电机通过辅发绝缘监测传感器与辅发系统回路绝缘监测仪连接，辅发系统回路绝缘监测仪接地端接地，辅发系统回路绝缘监测仪与微机系统连接，微机系统设有辅发系统预报警电阻设定值及辅发系统主报警电阻设定值。
8.根据权利要求1或6所述的内燃机车接地保护系统，其特征在于：所述的直流控制回路中蓄电池为直流控制回路提供电源，蓄电池保护回路通过漏电流监测传感器与直流控制回路漏电流监测仪连接，直流控制回路漏电流监测仪与微机系统连接，微机系统设有直流控制回路预报警电流设定值和直流控制回路主报警电流设定值。
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