CN111665394A - 一种电力机车绝缘检测保护系统 - Google Patents

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孙华
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Abstract

一种电力机车绝缘检测保护系统，属于电力机车技术领域，其主回路、辅助回路和控制回路的绝缘保护电路均采取与机车地完全隔离的检测方式，主回路、辅助回路和控制回路上分别增加在线绝缘检测装置，在线绝缘检测装置包括交流在线绝缘检测模块和直流在线绝缘检测模块，对三个独立电气回路在机车运行时的绝缘状态的变化实时检测，出现故障时输出控制信号，启动机车制动系统。本发明在电力机车运行过程中实时进行在线绝缘检测，一旦出现绝缘异常，立即输出报警信号，可以避免接地故障的发生，将主回路、辅助回路和控制回路的有源接地保护去掉，恢复正常的绝缘状态，简化电路结构的同时保证了检测的可靠性，进一步提高了机车系统的电气化水平。

Description

一种电力机车绝缘检测保护系统
技术领域
本发明属于电力机车技术领域，更具体地，涉及一种电力机车绝缘检测保护系统。
背景技术
随着德国电力机车技术的引进，我国自行研发的电力机车逐步被淘汰。由于我国原韶山直流机车的设计主回路、辅助回路和控制回路均采用有源接地保护，只能在故障发生的瞬间进行保护，其相当于主回路、辅助回路和控制回路的一端均通过接地保护继电器、一个限流电阻(主回路300欧，辅助回路2K欧)和110V控制电压的负载电阻与地形成回路而接近接地，见图1和图2(虚线框中为接地电阻)。这一有源接地检测方式存在以下不足之处：
(1)存在安全隐患，由于接地检测回路的存在，使主电路、辅助电路对控制电路之间通过一个电阻连接在一起，没有实现三大电路之间的隔离，这样对低压电路的安全运行存在很大的隐患。如果三大电路之间的绝缘降低，则会将高压电路的高电压加在低压电路，严重时可能造成“放炮”故障，对低压回路造成不可估量的影响。
(2)电磁兼容性差，由于控制回路110V负极被迫接到机车外壳上，即和电网25KV共地，导致电网以及主回路晶闸管导通关断带来的干扰直接窜入控制电路，致使车上其它电控设备在设计时不得不增加额外的滤波措施来减少干扰，尤其是当机车上电控设备可靠性的瓶颈。
(3)可靠性差，继电器在接地电流大于90mA才能可靠性动作，因此接地电阻较小，由于主电路电压变化范围很宽，当系统存在过电压时，很容易造成误动作。而当电压很低时，又容易出现误报，同时由于机车运行时震动较大，检测继电器可能发生触点误跳开，造成误报警。
(4)维修工作量大，检测接地至少包括了接地继电器、限流电阻、继电器的吸收电路等，电路结构复杂、体积较大，尤其是继电器带有机械触点，需要定期进行检测，导致维修工作量增加。
发明内容
未解决上述至少一个技术问题，本发明公开一种电力机车绝缘检测保护系统，去掉主回路、辅助回路和控制回路的有源接地保护，恢复正常的绝缘状态，并在原主回路、辅助回路和控制回路上增加在线绝缘检测装置，使主回路、辅助回路和控制回路出现故障时输出告警信号，启动机车制动系统。
本发明采取以下具体的技术方案：
一种电力机车绝缘检测保护系统，包括主回路、辅助回路和控制回路的绝缘保护电路，所述主回路、辅助回路和控制回路的绝缘保护电路均采取与机车地完全隔离的检测方式；
所述主回路、辅助回路和控制回路上分别增加在线绝缘检测装置，所述在线绝缘检测装置包括交流在线绝缘检测模块和直流在线绝缘检测模块，对主回路、辅助回路和控制回路在机车运行时绝缘状态的变化实时检测，出现故障时输出控制信号，启动机车制动系统。
进一步的，所述交流在线绝缘检测模块在绝缘电阻两端叠加设置有信号源。
更进一步的，所述信号源与待检测的绝缘电阻回路上设置采样电阻R2，采样电阻R2两端设置电压测量点，根据串联分压原理计算出绝缘电阻阻值。
更进一步的，所述绝缘电阻阻值小于设定阈值时触发在线绝缘检测装置告警，输出控制信号。
进一步的，所述直流在线绝缘检测模块采用非平衡电桥法测量计算直流电源正、负对机车地的绝缘电阻。
更进一步的，所述非平衡电桥法采用的检测电路分别在靠近直流电源正、负对机车地的绝缘电阻侧并联设置有补偿电阻R7与补偿电阻R8，分别由开关K1、开关K2控制是否接入，所述补偿电阻R7与开关K1并联有采样电阻R4，补偿电阻R8与开关K2并联有采样电阻R6，分别对其采集电压值V1、V2。
更进一步的，当采集到电压V1>V2时，控制开关K2闭合接入补偿电阻R8，人为降低V1电压以保证检测精度。
更进一步的，当采集到电压V2>V1时，控制开关K1闭合接入补偿电阻R7，人为降低V2电压以保证检测精度。
进一步的，所述在线绝缘检测装置可通过485串口输出测试数据。
本发明的有益效果为：
(1)有源接地保护只能在故障发生的瞬间进行，本发明在主回路、辅助回路和控制回路上增加在线绝缘检测装置，电力机车运行过程中实时进行在线绝缘检测，一旦出现绝缘异常，立即输出报警信号，可以避免接地故障的发生；
(2)在线绝缘检测装置包括交流在线绝缘检测模块和直流在线绝缘检测模块，交/或直流绝缘检测模块电路简单，且该电路适合所有交/或直流电源的在线绝缘检测，判断方法简便可靠；
(3)本发明将主回路、辅助回路和控制回路的有源接地保护去掉，恢复正常的绝缘状态，简化电路结构的同时保证了检测的可靠性，进一步提高了机车系统的电气化水平。
附图说明
图1为韶山4型电力机车主回路接地保护电路；
图2为韶山4型电力机车辅助回路接地保护电路；
图3为本发明实施例交流在线绝缘检测电路原理图；
图4为本发明实施例直流在线绝缘检测电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。
实施例1
本实施例公开一种电力机车绝缘检测保护系统，包括主回路、辅助回路和控制回路的绝缘保护电路，主回路、辅助回路和控制回路的绝缘保护电路均采取与机车地完全隔离的检测方式，将常规机车三个独立电气回路的有源接地保护去掉，恢复正常的绝缘状态，简化电路结构的同时保证了检测的可靠性，进一步提高了机车系统的电气化水平；主回路、辅助回路和控制回路上分别增加在线绝缘检测装置，在线绝缘检测装置包括交流在线绝缘检测模块和直流在线绝缘检测模块，交/直流绝缘检测模块电路简单，且适合所有交/或直流电源的在线绝缘检测，判断方法简便可靠，同时，在线绝缘检测装置可通过485串口输出测试数据，主回路、辅助回路和控制回路在机车运行时不断检测绝缘状态的变化，出现故障时输出控制信号，启动机车制动系统，避免接地故障的发生。
如图3所示，交流在线绝缘检测模块在绝缘电阻两端叠加设置有信号源U，信号源U与待检测的绝缘电阻回路上设置采样电阻R2与保护电阻R1，采样电阻R2两端设置电压测量点U1，根据串联分压原理计算出绝缘电阻RL阻值。当主回路、辅助回路检测到的绝缘电阻阻值小于设定阈值时，触发在线绝缘检测装置告警，输出控制信号。
如图4所示，控制回路是一个直流系统，直流在线绝缘检测模块采用非平衡电桥法分别测量计算出其直流电源正、负对机车地的绝缘电阻R+和R-。非平衡电桥电路分别在靠近直流电源正、负对机车地的绝缘电阻侧并联设置有补偿电阻R7与补偿电阻R8，补偿电阻R7与补偿电阻R8分别与开关K1、开关K2串联，开关闭合/断开控制是否接入电阻补偿，开关K1并联有电阻R3与采样电阻R4的串联电路，开关K2并联有电阻R5与采样电阻R6的串联电路，分别对采样电阻R4、R6实时检测到电压值V1、V2。
根据非平衡电桥法分析可得：
开关K1、K2全部断开时，直流正端对地电压
Figure BDA0002537125700000041
直流负端对地电压
Figure BDA0002537125700000042
当开关K1闭合时，设V1、V2会变为V1'、V2'，此时直流正端对地电压
Figure BDA0002537125700000043
直流负端对地电压
Figure BDA0002537125700000044
设计R3、R4远大于R+，其通过的电流可忽略，则有，
Figure BDA0002537125700000045
其中，V3、V4、V5、V6均可检测出来，所以我们结合式(1)、式(2)可求出此时的绝缘电阻R+和R-。
当开关K2闭合时，同上原理，可得
Figure BDA0002537125700000046
所以我们结合式(1)、式(3)可求出此时的绝缘电阻R+和R-。
在机车运行时不断检测绝缘状态的变化，同时，当采集到电压V1>V2时，判断直流电源负端发生接地，控制开关K2闭合接入补偿电阻R8，相当于人为降低V1电压以保证检测精度；当采集到电压V2>V1时，判断直流电源正端发生接地，控制开关K1闭合接入补偿电阻R7，相当于人为降低V2电压以保证检测精度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电力机车绝缘检测保护系统，包括主回路、辅助回路和控制回路的绝缘保护电路，其特征在于，所述主回路、辅助回路和控制回路的绝缘保护电路均采取与机车地完全隔离的检测方式；
所述主回路、辅助回路和控制回路上分别增加在线绝缘检测装置，所述在线绝缘检测装置包括交流在线绝缘检测模块和直流在线绝缘检测模块，对主回路、辅助回路和控制回路在机车运行时绝缘状态的变化实时检测，出现故障时输出控制信号，启动机车制动系统。
2.根据权利要求1所述的绝缘检测保护系统，其特征在于，所述交流在线绝缘检测模块在绝缘电阻两端叠加设置有信号源。
3.根据权利要求2所述的绝缘检测保护系统，其特征在于，所述信号源与待检测的绝缘电阻回路上设置采样电阻R2，采样电阻R2两端设置电压测量点，根据串联分压原理计算出绝缘电阻阻值。
4.根据权利要求3所述的绝缘检测保护系统，其特征在于，所述绝缘电阻阻值小于设定阈值时触发在线绝缘检测装置告警，输出控制信号。
5.根据权利要求1所述的绝缘检测保护系统，其特征在于，所述直流在线绝缘检测模块采用非平衡电桥法测量计算直流电源正、负对机车地的绝缘电阻。
6.根据权利要求5所述的绝缘检测保护系统，其特征在于，所述非平衡电桥法采用的检测电路分别在靠近直流电源正、负对机车地的绝缘电阻侧并联设置有补偿电阻R7与补偿电阻R8，分别由开关K1、开关K2控制是否接入，所述补偿电阻R7与开关K1并联有采样电阻R4，补偿电阻R8与开关K2并联有采样电阻R6，分别对其采集电压值V1、V2。
7.根据权利要求6所述的绝缘检测保护系统，其特征在于，当采集到电压V1>V2时，控制开关K2闭合接入补偿电阻R8，人为降低V1电压以保证检测精度。
8.根据权利要求6所述的绝缘检测保护系统，其特征在于，当采集到电压V2>V1时，控制开关K1闭合接入补偿电阻R7，人为降低V2电压以保证检测精度。
9.根据权利要求1或3所述的绝缘检测保护系统，其特征在于，所述在线绝缘检测装置可通过485串口输出测试数据。
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CN113805093A (zh) * 2021-09-09 2021-12-17 华能四平风力发电有限公司 风电机组的电源接地故障排查装置及方法
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