CN1686734A - 一种电力机车控制电源欠压保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种电力机车控制电源欠压保护方法及装置，在机车控制电源系统的蓄电池供电电路主回路上串并联一由接触器、继电器和开关器件所构成的蓄电池供电电路欠压预警保护系统，包括蓄电池供电电路，在蓄电池向控制电源系统供电的系统中，还包括用于维持蓄电池供电电路导通的接触器电路，用于欠压预警保护动作的继电器电路和用于控制司控状况的开关器件电路。欠压预警保护系统直接通过继电器、接触器的触头和开关动作实现控制电源电压欠压硬件保护，欠压预警保护系统实行电压分级欠压预警保护。采用本发明的控制电源蓄电池供电多级电压欠压保护系统，利用硬件实现欠压报警和欠压动作，具有很高的可靠性和子系统独立性。具有很高的实用价值，值得推广使用。

Description

一种电力机车控制电源欠压保护方法及装置
技术领域
本发明属于一种电力机车的电气部件控制方法，特别是指一种电力机车电源控制系统蓄电池供电电路的过放预警保护控制方法、电路及装置，主要用于电力机车控制电源蓄电池回路的欠压保护。
背景技术
一般电力机车控制电源有两种供电方式，一种是线路(通过充电机)供电方式，另一种则是由机车的蓄电池供电，而当用蓄电池供电时会出现蓄电池过度放电，而导致控制电源电压欠压的现象，这将给电源控制线路中的器件造成损害。为了解决这个问题，欧洲机车利用微机系统实现蓄电池过放等保护，但其可靠性和子系统相对独立性存在一定隐患，仍需要大量外围硬件来弥补此缺陷；俄罗斯机车则选用多电源系统，虽说可靠性和子系统独立性较好，但其成本太高；中国传统DC110V控制电路则根本不具有蓄电池过放等自动保护功能，而且十分缺乏实现自动化故障诊断的接口。因此很有必要对此加以改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有电力机车电源控制系统中，蓄电池供电电路过放保护的不足，提供一种过放保护效果好，隐患少的新的蓄电池供电电路欠压预警保护方法。
本发明的另一个目的在于提供一种上述方法的蓄电池供电电路欠压预警保护电路。
本发明的另一个目的在于提供一种上述方法的蓄电池供电电路欠压预警保护电气装置。
根据本发明的目的在于所提出的技术实施方案是：在机车控制电源系统的蓄电池供电电路的主回路上串并联一由接触器、继电器和开关器件所构成的蓄电池供电电路欠压预警保护系统，包括蓄电池供电电路，其特点在于：在蓄电池向控制电源系统供电的系统中，还包括有用于维持蓄电池供电电路导通的接触器电路，用于欠压预警保护动作的继电器电路和用于控制司控状况的开关器件电路。欠压预警保护系统是直接通过继电器、接触器的触头和开关动作实现控制电源电压欠压硬件保护的，且欠压预警保护系统是实行电压分级欠压预警保护的：
当蓄电池供电电路的电压低于第一级继电器工作电压(85-88VDC)时，欠压预警保护系统的第一级继电器将通过人机界面(HMI)将显示相关故障信息；
当蓄电池供电电路的电压低于第二级继电器工作电压(75-80VDC)时，欠压预警保护系统的第二级继电器将在开关器件的控制下，将根据机车有无司控信号两种工况进行欠压预警保护，在有司控信号时，由于如果司机钥匙处于接通，欠压预警保护系统仅在司机室的人机界面(HMI)中显示相应故障信息，此时机车控制负载不受影响；在无司控信号时，由于如果司机钥匙分断，欠压预警保护系统将切断蓄电池供电电路，同时司机室的人机界面(HMI)中将显示相关故障信息；
当蓄电池供电电路的电压低于机车电气最低运行电压(70V DC)时，欠压预警保护系统的接触器将自动掉电，接触器将自动断开以切除所有负载。
所述的欠压预警保护系统电压分级欠压预警保护是：85-88V级预警保护，75-80V级预警和动作保护，以及低于70V级动作保护。
本发明的欠压预警保护电路为：在蓄电池供电电路的主回路上串联一由接触器控制的接触器常开触头，在接触器得电时接触器触头闭合，接通蓄电池供电电路；当接触器失电时，接触器触头断开，蓄电池供电电路将自动断开以切除所有负载。同时在蓄电池供电电路上并接有二个不同控制电压级别的保护继电器，其中电压较高的保护继电器为第一级欠压预警保护继电器，该继电器为单触头继电器，继电器的触头为常开触头，常开触头与司机室的人机界面(HMI)的显示电路相联，在继电器掉电后，常开触头断开，司机室的人机界面(HMI)将显示相关故障信息。电压较低的保护继电器为第二级欠压预警保护继电器，该继电器的触头为常开触头，该继电器为双触头继电器，继电器的触头均为常开触头，其中第一触头与司机室的人机界面(HMI)的显示电路相联，在继电器掉电后，常开触头断开，司机室的人机界面(HMI)将显示相关故障信息；第二触头串接在接触器与蓄电池并接的回路上，在第二触头旁还并联有司机钥匙开关，当司机钥匙开关闭合时，继电器触头处于短路状态，此时为有司控信号状态，第二级欠压预警保护继电器只能通过第一触头在司机室的人机界面(HMI)将显示相关故障信息；当司机钥匙开关断开时，此时为无司控信号状态，第二级欠压预警保护继电器将通过第一触头在司机室的人机界面(HMI)将显示相关故障信息，同时通过第二触头切断接触器的电源，使接触器的触头失电，进而切断蓄电池向负载供电。
采用本发明的控制电源蓄电池供电多级电压欠压保护系统，利用硬件实现欠压报警和欠压动作，具有很高的可靠性和子系统独立性；将电源保护电路中的欠压保护报警和欠压保护动作进行区分，正常行车时通过双重硬件保证可以欠压报警但决不会欠压保护动作(切除总控制电源)，而在库内停车后欠压报警和欠压动作都有效，满足智能过放保护要求和保证电源系统在线的可靠性。具有很高的实用价值，值得推广使用。
附图及说明
图1为本发明的电气原理图；
图2为本发明一个实施例的电气原理图。
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；附图1给出了本发明的电气原理图，从附图中可以看出，本发明为机车控制电源蓄电池供电多级电压欠压保护系统，包括蓄电池10及其供电电路，其特点在于在机车控制电源系统的蓄电池10供电电路的主回路上串并联一由接触器、继电器和开关器件所构成的蓄电池供电电路欠压预警保护系统1，在蓄电池向控制电源系统供电的系统中，还包括有用于维持蓄电池供电电路导通的接触器电路，用于欠压预警保护动作的继电器电路和用于控制司控状况的开关器件电路。欠压预警保护系统1是直接通过继电器3和4、接触器2的触头和开关器件5动作实现控制电源电压欠压硬件保护的，且欠压预警保护系统1是实行电压分级欠压预警保护的：
在蓄电池供电电路上并接有接触器2，接触器2的触头9串接在蓄电池供电电路上，当接触器2失电，接触器2的触头9将分断，从而切断蓄电池向控制电源系统供电。
在蓄电池供电电路上并接有继电器3，继电器3为单触头继电器，继电器3的触头6与人机界面的电路相接。当蓄电池供电电路的电压低于第一级继电器3工作电压(85-88VDC)时，欠压预警保护系统1的第一级继电器3将失电，继电器3的触头6切断与人机界面(HMI)连接的电路，并通过人机界面显示相关故障信息；
在蓄电池供电电路上还并接有继电器4，继电器4为双触头继电器，继电器4的第一触头7与人机界面的电路相接，继电器4的第二触头8串接在接触器2与蓄电池连接的电路上，同时在继电器4的第二触头8与接触器2连接的电路旁并接有由司机钥匙控制的开关器件5。当蓄电池供电电路的电压低于第二级继电器4工作电压(75-80VDC)时，欠压预警保护系统1的第二级继电器4也将失电，同时使得继电器4两个触点7和8分断，欠压预警保护系统1将在开关器件5的控制下，根据机车有无司控信号两种工况进行欠压预警保护。在有司控信号时，司机钥匙处于接通，开关器件5闭合，欠压预警保护系统1仅通过触点7分断在司机室的人机界面(HMI)中显示相应故障信息，此时机车控制负载不受影响；在无司控信号时，司机钥匙分断，开关器件5分断，欠压预警保护系统将通过切断接触器2的电路，使接触器2失电，并使接触器2串接在蓄电池供电电路上的接触器2的触头断开，切断蓄电池向控制电源供电，同时司机室的人机界面(HMI)中将显示相关故障信息；
当蓄电池供电电路的电压低于机车电气最低运行电压(70V DC)时，欠压预警保护系统1的接触器2将低于其维持吸合的电压，接触器2将自动掉电，接触器2将通过触头9自动断开，以切除蓄电池向所有负载供电。
图2为一个具体实施例，从附图中可以看出，本发明为一电力机车控制电源电路，在控制电源电路中设置一由继电器、接触器和开关器件所构成的至少二级以上的多级控制电源电压欠压保护系统，该系统直接通过继电器、接触器的触头和开关动作实现控制电源电压欠压硬件保护。控制电源电路主要由蓄电池(71GB)、蓄电池开关(50QS)、蓄电池控制开关(51QS)、控制电源输出接触器(501KM)、控制电压欠压继电器(77KU、88KU)、控制电源接地检测继电器(72KE)、蓄电池输出自动开关(39QA)、司机互锁钥匙(41QS1、41QS2)及其它电流表、电压表等部件组成。多级控制电源电压欠压保护系统分为85-88V级保护，75-80V级保护和低于70V级三级保护。即85-88V级保护为欠压报警保护，在控制电源电路上并接一85-88V级控制电压欠压继电器(88KU)，当控制电源电路电压低于85-88V时，控制电压欠压继电器(88KU)给出一个信号，在司机室的人机界面(HMI)，即微机控制系统显示屏将显示相关故障信息；75-80V级保护为欠压报警和欠压动作保护，在控制电源电路上并接一控制电源输出接触器(501KM)的线圈，控制电源输出接触器(501KM)的触头直接串接在控制电源电路主回路上，只要控制电源输出接触器(501KM)的触头断开，则整个控制电源将失电。同时在控制电源电路上还并接一75-80V级控制电压欠压继电器(77KU)，控制电压欠压继电器(77KU)的触头串接于接触器(501KM)的回路中。75-80V级保护将根据机车有无司控信号两种工况进行保护，在有司控信号时，当控制电压低于75-80V时，控制电压欠压继电器(77KU)的辅助触点分断，但此时由于司机互锁钥匙(41QS1或41QS2)接通，短接了接触器(501KM)的线圈回路，接触器(501KM)的线圈仍得电，接触器(501KM)的触头(501KM)仍闭合，使得控制电源电路仍然接通，故仅在司机室的人机界面中显示相应故障信息，此时机车控制负载不受影响，但车载控制系统仅能在电源电压低于75-80V情况下工作2分钟，之后该系统将自动关闭。在无司控信号时，由于司机互锁钥匙(41QS1或41QS2)分断，控制电压欠压继电器(77KU)的辅助触点分断，控制电源系统的接触器(501KM)的线圈将失电，接触器(501KM)的触头断开，将自动切除所有负载，；低于70V级保护为欠压动作保护，任何情况下只要控制电源电压低于接触器(501KM)保持吸合电压DC70V时，接触器将自动断开以切除所有负载。
具体电路及是：充电机电路的支路701和700和库内充电的支路707和705为控制电源电路的输入支路；蓄电池开关(50QS)的控制支路(第2类负载电路)771和770与控制支路(第3类负载电路)772和780为控制电源电路输出部分；蓄电池开关50QS的支路702和703与支路401和400为控制电源电路中间部分(第1类负载电路)。
在控制电源回路上设有一蓄电池开关(50QS)，蓄电池开关(50QS)决定控制电源电路的模式，而蓄电池控制开关(51QS)决定控制电源电路的输出。蓄电池开关(50QS)有四个选择位置：两个“开通”位、一个“关闭”位和一个“隔离”位，“开通”位用于正常运用，对应第1类、第2类和第3类负载都得电，“关闭”位时仅有第2类负载得电，“隔离”位对应于库内充电。蓄电池输出自动开关(39QA)串接在蓄电池(71GB)正极端，蓄电池自动开关(39QA)决定蓄电池的输出。
当蓄电池开关(50QS)在“隔离”位，蓄电池控制开关(51QS)处于“0”，蓄电池自动开关(39QA)闭合，则可以进行库内充电，同时控制电源电路不能向第2类和第3类负载供电。
当蓄电池开关(50QS)在“开通”位，蓄电池控制开关(51QS)处于“1”，此时如果蓄电池自动开关(39QA)闭合，则只要蓄电池电压(如果在浮充状态，则为蓄电池浮充电压)高于DC77V，则控制电源输出接触器(501KM)闭合，此时控制电源电路向第1类、第2类和第3类负载供电。如果司机互锁钥匙(41QS1或41QS2)接通，则控制电源输出接触器(501KM)控制电路中的控制电压欠压继电器(77KU)的辅助触头被短接，即使控制电压低于DC77V控制电源输出接触器(501KM)仍保持吸合状态(直至控制电压低于其保持吸合电压DC70V)。
当蓄电池开关(50QS)在“开通”位，蓄电池控制开关(51QS)处于“2”，此时如果蓄电池自动开关(39QA)闭合，则只要蓄电池电压(如果在浮充状态，则为蓄电池浮充电压)高于控制电源输出接触器(501KM)吸合电压DC77V，则控制电源输出接触器(501KM)闭合，此时控制电源电路向第1类、第2类和第3类负载供电。
当蓄电池开关(50QS)在“关闭”位，蓄电池控制开关(51QS)处于“1”，此时如果蓄电池自动开关(39QA)闭合，则只要蓄电池电压(如果在浮充状态，则为蓄电池浮充电压)高于DC77V，则控制电源输出接触器(501KM)闭合，此时控制电源电路向第1类、第2类负载供电。如果司机钥匙(41QS1或41QS2)接通，则控制电源输出接触器(501KM)控制电路中的控制电压欠压继电器(77KU)的辅助触头被短接，即使控制电压低于DC77V控制电源输出接触器(501KM)仍保持吸合状态(直至控制电压低于其保持吸合电压DC70V)。
当蓄电池开关(50QS)在“关闭”位，蓄电池控制开关(51QS)处于“2”，此时如果蓄电池自动开关(39QA)闭合，则只要蓄电池电压(如果在浮充状态，则为蓄电池浮充电压)高于控制电源输出接触器(501KM)吸合电压DC70V，则控制电源输出接触器(501KM)闭合，此时控制电源电路向第1类、第2类负载供电。
控制电源电路设有77V和88V欠压保护(77V欠压保护分为机车有无司控信号两种工况。另外任何情况下只要控制电源电压低于接触器501KM保持吸合电压DC70V时，接触器501KM将自动断开以切除所有负载。
77V欠压保护(有司控信号)
当控制电压低于77V时，控制电压欠压继电器77KU的辅助触点分断，但此时由于司控器方向手柄触点(单机或者重联时的本务机车)或者51QS(重联时的被重联机车)短接了控制电压欠压继电器77KU控制接触器501KM的支路，故仅在人机界面(HMI)中显示相应故障信息，此时机车控制负载不受影响，但车载控制系统仅能在电源电压低于77V情况下工作2分钟，之后该系统将自动关闭。
77V欠压保护(无司控信号)
当蓄电池控制开关51QS主手柄在“1”位且控制电压低于77V时，控制电压欠压继电器77KU的辅助触点分断，接触器501KM失电，控制电源系统将自动切除所有负载。
88V欠压保护
当控制电压低于88V时，控制电压欠压继电器88KU的辅助触点分断，支路581失电，司机室的人机界面(HMI)将显示相关故障信息。
当蓄电池开关(50QS)在“隔离”位，蓄电池控制开关(51QS)处于“0”，蓄电池自动开关(39QA)闭合，则可以进行库内充电。充电时将库内110V控制电源接到车侧的插头71XS或者72XS；闭合蓄电池自动开关39QA，蓄电池组与电源电路相连。此时电压表40PV将显示蓄电池组的电压。将库内110V控制电源通过车侧的插头71XS或者72XS，经过防反充二极管71V向蓄电池组充电。
此外，电源电路每个支路都设有自动开关，当出现过流时，自动开关自动分断相应支路。接地检测继电器72KE检测到电源电路出现接地时，其辅助触点闭合，支路528得电，司机室的人机界面(HMI)会显示相应控制回路接地信息。

Claims (9)

1、一种电力机车控制电源欠压保护方法，其特征在于：在机车控制电源系统的蓄电池供电电路的主回路上串并联一由接触器、继电器和开关器件所构成的蓄电池供电电路欠压预警保护系统(1)，欠压预警保护系统(1)是直接通过继电器、接触器的触头和开关动作实现控制电源电压欠压硬件保护。
2、一种如权利要求1所述电力机车控制电源欠压保护方法，其特征在于：所述的欠压预警保护系统电压分级欠压预警保护是：
当蓄电池供电电路的电压低于第一级继电器工作电压(85-88VDC)时，欠压预警保护系统的第一级继电器将通过人机界面(HMI)将显示相关故障信息；
当蓄电池供电电路的电压低于第二级继电器工作电压(75-80VDC)时，欠压预警保护系统的第二级继电器将在开关器件的控制下，将根据机车有无司控信号两种工况进行欠压预警保护，在有司控信号时，司机钥匙处于接通，欠压预警保护装置(1)仅在继电器(4)的作用下，在司机室的人机界面(HMI)中显示相应故障信息，此时机车控制负载不受影响；在无司控信号时，司机钥匙分断，欠压预警保护装置(1)在继电器(4)的作用下，通过接触器(2)切断蓄电池供电电路，同时司机室的人机界面(HMI)中将显示相关故障信息；
当蓄电池供电电路的电压低于接触器最低运行电压(70V DC)时，欠压预警保护系统的接触器将自动掉电，接触器将自动断开以切除所有负载。
3、一种如权利要求1所述电力机车控制电源欠压保护方法，其特征在于：所述的欠压预警保护系统电压分级欠压预警保护是85-88V级预警保护，75-80V级预警和动作保护，以及低于70V级动作保护。
4、一种如权利要求1所述电力机车控制电源欠压保护电路，其特征在于：在蓄电池供电电路的主回路上串联一由接触器控制的接触器常开触头，在接触器得电时接触器触头闭合，接通蓄电池供电电路；当接触器失电时，接触器触头断开，蓄电池供电电路将自动断开以切除所有负载，同时在蓄电池供电电路上并接有二个不同控制电压级别的保护继电器，其中电压较高的保护继电器为第一级欠压预警保护继电器，该继电器为单触头继电器，继电器的触头为常开触头，常开触头与司机室的人机界面(HMI)的显示电路相联，在继电器掉电后，常开触头断开，司机室的人机界面(HMI)将显示相关故障信息；电压较低的保护继电器为第二级欠压预警保护继电器，该继电器的触头为常开触头，该继电器为双触头继电器，继电器的触头均为常开触头，其中第一触头与司机室的人机界面(HMI)的显示电路相联，在继电器掉电后，常开触头断开，司机室的人机界面(HMI)将显示相关故障信息；第二触头串接在接触器与蓄电池并接的回路上，同时通过第二触头切断接触器的电源，使接触器的触头失电，进而切断蓄电池向负载供电。
5、一种如权利要求4所述电力机车控制电源欠压保护电路，其特征在于：在第二触头旁还并联有司机钥匙开关，当司机钥匙开关闭合时，继电器触头处于短路状态，此时为有司控信号状态，第二级欠压预警保护继电器只能通过第一触头在司机室的人机界面(HMI)将显示相关故障信息；当司机钥匙开关断开时，此时为无司控信号状态，第二级欠压预警保护继电器将通过第一触头在司机室的人机界面(HMI)将显示相关故障信息，同时通过第二触头切断接触器的电源，使接触器的触头失电，进而切断蓄电池向负载供电。
6、一种如权利要求4或5所述电力机车控制电源欠压保护电路，其特征在于：75-80V级欠压报警和欠压动作保护时，在有司控信号时，车载控制系统仅能在电源电压低于75-80V情况下工作2分钟，之后该系统将自动关闭。
7、一种如权利要求1所述电力机车控制电源欠压保护方法的装置，包括蓄电池(10)，其特征在于：在蓄电池(10)向控制电源系统供电的系统中，还包括：接触器电路，用于维持蓄电池供电电路导通的器件；继电器电路，用于欠压预警保护动作器件；开关器件电路，用于控制司控状况器件。
8、一种如权利要求7所述电力机车控制电源欠压保护方法的装置，其特征在于：在蓄电池开关回路(702、703)上设有决定控制电源电路的模式的蓄电池开关(50QS)，并在蓄电池开关回路(702、703)上并接有控制电源输出接触器(501KM)，蓄电池控制开关(51QS)串接于控制电源输出接触器(501KM)回路上，在蓄电池开关(50QS)上还并接有蓄电池开关(50QS)，在蓄电池开关(50QS)支路上又串接有并联的司机互锁钥匙(41QS1/41QS2)，在接触器(501KM)的触点串接在蓄电池开关回路(702、703)上，同时在蓄电池开关回路(702、703)上还并接有两个不同等级用于控制电源欠压保护的控制电压欠压继电器(77KU、88KU)，控制电压欠压继电器(88KU)的触点为单触点，触点直接与驾驶室内的报警信号支路(581、406)串接，而控制电压欠压继电器(77KU)的触点为双触点，其中一个触点直接与驾驶室内的报警信号支路(711、406)串接，另一个触点则串接在接触器(501KM)的开关旁支路(710)上，充电机电路的支路(701)和(700)和库内充电的支路707和705为控制电源电路的输入支路；蓄电池开关(50QS)的控制支路(771、770)与控制支路(772、780)为控制电源电路输出部分；蓄电池开关50QS的支路(702、703)与支路(401、400)为控制电源电路中间部分。
9、一种如权利要求7或8所述电力机车控制电源欠压保护方法的装置，其特征在于：蓄电池开关(50QS)有四个选择位置：两个“开通”位、一个“关闭”位和一个“隔离”位，“开通”位用于正常运用，对应第1类、第2类和第3类负载都得电，“关闭”位时仅有第2类负载得电，“隔离”位对应于库内充电。蓄电池输出自动开关(39QA)串接在蓄电池(71GB)正极端，蓄电池自动开关(39QA)决定蓄电池的输出；当蓄电池开关(50QS)在“隔离”位，蓄电池控制开关(51QS)处于“0”，蓄电池自动开关(39QA)闭合，则可以进行库内充电，同时控制电源电路不能向第2类和第3类负载供电；当蓄电池开关(50QS)在“开通”位，蓄电池控制开关(51QS)处于“1”，此时如果蓄电池自动开关(39QA)闭合，则只要蓄电池电压高于DC77V，则控制电源输出接触器(501KM)闭合，此时控制电源电路向第1类、第2类和第3类负载供电；如果司机互锁钥匙(41QS1，41QS2)接通，则控制电源输出接触器(501KM)控制电路中的控制电压欠压继电器(77KU)的辅助触头被短接，即使控制电压低于DC77V控制电源输出接触器(501KM)仍保持吸合状态；当蓄电池开关(50QS)在“开通”位，蓄电池控制开关(51QS)处于“2”，此时如果蓄电池自动开关(39QA)闭合，则只要蓄电池电压高于控制电源输出接触器(501KM)吸合电压DC77V，则控制电源输出接触器(501KM)闭合，此时控制电源电路向第1类、第2类和第3类负载供电。当蓄电池开关(50QS)在“关闭”位，蓄电池控制开关(51QS)处于“1”，此时如果蓄电池自动开关(39QA)闭合，则只要蓄电池电压高于DC77V，则控制电源输出接触器(501KM)闭合，此时控制电源电路向第1类、第2类负载供电。如果司机钥匙(41QS1，41QS2)接通，则控制电源输出接触器(501KM)控制电路中的控制电压欠压继电器(77KU)的辅助触头被短接，即使控制电压低于DC77V控制电源输出接触器(501KM)仍保持吸合状态；当蓄电池开关(50QS)在“关闭”位，蓄电池控制开关(51QS)处于“2”，此时如果蓄电池自动开关(39QA)闭合，则只要蓄电池电压高于控制电源输出接触器(501KM)吸合电压DC77V，则控制电源输出接触器(501KM)闭合，此时控制电源电路向第1类、第2类负载供电，此外任何情况下只要控制电源电压低于接触器501KM保持吸合电压DC70V时，接触器501KM将自动断开以切除所有负载。
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