CN1987496A - 一种控制电源接地/欠压报警装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

控制电源接地/欠压报警装置，将需进行控制电源接地/欠压报警的电气线路全部输入一控制电源接地/欠压报警装置，由控制电源接地/欠压报警装置通过对电压进行采样、处理，分析控制电源接地/欠压的状态，当控制电源接地/欠压报警装置检测到控制电源接地或欠压时，控制电源接地/欠压报警装置给出高电平信号，驱动蜂鸣器报警。

Description

一种控制电源接地/欠压报警装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种机车电气保护装置及其控制方法，具体说是指一种机车控制电源接地/欠压报警装置及其控制方法，主要用于各种电力机车的控制电源接地/欠压保护系统中。

背景技术

作为电气控制系统，为了保证安全，一般都需要对各个电器装置进行接地。传统的电力机车控制电路采用有源接地装置，即机车接地时将会导致蓄电池直接串入到接地回路中，而且采用的是多点接地，但这将会极大的影响控制系统供电的稳定性，产生多点接地引起的控制电源短路的现象，且其不具备欠压报警功能。因此很有必要对此加以改进。控制电源欠压报警可以提供充分的操作时间给司乘人员采取相应的措施消除故障，避免造成故障进一步的扩大及不必要发生的事故。

发明内容

本发明的目的在于针对现有电力机车控制电路接地装置的不足，提出一种110V控制电源接地/欠压报警装置及其控制方法，对控制电源实行单点接地的预报警，能够及时了解控制电源的工作状态并进行及时相应的维修，可预防由于多点接地引起的控制电源短路的现象。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：将需进行控制电源接地/欠压报警的电气线路全部输入一控制电源接地/欠压报警装置，由控制电源接地/欠压报警装置通过对电压进行采样、处理，分析控制电源接地/欠压的状态，当控制电源接地/欠压报警装置检测到控制电源接地或欠压时，控制电源接地/欠压报警装置给出高电平信号，驱动蜂鸣器报警。控制电源接地/欠压报警装置包括一块单片机(PLC)，由单片机对电压进行采样、处理，并在储电池信号输入单片机的正负极导线之间，串接有接地检测电阻R1、R2，并在储电池信号输入单片机的正负极导线之间还串接有电磁隔离电压传感器UV1、UV2，且在接地检测电阻R1、R2之间的电节点与电磁隔离电压传感器UV1、UV2之间的电节点有接地导线实现电连接。而且电磁隔离电压传感器UV1、UV2分别将检测到的电压值U1、U2输入单片机(PLC)内供单片机(PLC)进行采样、处理。通过采样波形进行谐波含量的计算分析，通过脉动率和采样电压值来判断控制回路的接地。

这种110V控制电源接地/欠压报警装置，其原理见附图1，R1、R2为接地检测电阻，设R1′、R2′分别为正、负线对地的接地电阻；UV1、UV2为电磁隔离电压传感器，U1、U2分别为传感器UV1、UV2检测到的电压值，R0为传感器UV1、UV2的内阻。单片机对电压进行采样、处理，当装置检测到控制电源接地或欠压时，装置给出高电平信号，驱动蜂鸣器报警。其中，接地报警是：

(1)当 $U1=\frac{R1}{R1+R2}U0,\mathrm{}$ $U2=\frac{R2}{R1+R2}U0$ 时，110V控制电源不存在接地；

(2)直流死接地：导线的正极或负极完全接地，形成死接地现象，此时会出现R1′＝0或R2′＝0，即U1＝0或U2＝0的情况，单片机输出高电平信号经过隔离、放大驱动接地装置内部相对应的电子元件，电子元件输出信号使接地指示灯由相应绿灯转变为红灯，显示直流正极或负极接地，同时驱动接地报警蜂鸣器FD1报警；

(3)直流活接地：当控制电源的导线与地虚接形成未完全接地的活接地时，此时若假设正线接地，则根据 $\left(\frac{R1\text{'}R0}{R1\text{'}+R0}\right)/\left(\frac{R1R0}{R1+R0}\right)=\frac{U1}{U2},$ U1+U2＝U0及接地临界判定值U1≤C1×U0，可得当R1’＜C2×R0时，接地装置报正极接地，同理推出当R2’＜C3×R0时，接地装置报负极接地，此时接地指示灯由相应绿灯转变为红灯，显示直流正极或负极接地，同时驱动接地报警蜂鸣器FD1报警。

欠压报警是：

(1)装置采集到主断路器闭合信号，此时若控制电源电压低于110V±C4 V且持续时间t1秒后，PLC输出高电平信号，驱动欠压报警蜂鸣器FD2；且报警装置面板上欠压指示灯由绿灯转变为红灯；

(2)若控制电源电压低于88V±C5 V且持续时间t2秒后，PLC输出高电平信号，驱动欠压报警蜂鸣器FD3报警，且报警装置面板上欠压指示灯由绿灯转变为红灯；

(3)若控制电源电压低于77V±C6 V且持续时间t3秒后，PLC输出高电平信号，驱动欠压报警蜂鸣器FD4报警，且报警装置面板上欠压指示灯由绿灯转变为红灯；

(4)装置输入控制信号由一个转换开关控制，有3个位置0、1、2；0位为装置正常工作位；当转换开关置1时，装置对蜂鸣器FD1、FD2、FD3、FD4进行自检；当转换开关置位置2时，装置“接地故障”及“欠压故障”功能被隔离。

同时该装置的检测故障报警信号可输入至车载微机控制系统，在微机显示屏上进行故障信息的显示，实现冗余故障报警显示功能。(注：文中C1、C2、C3、C4、C5、C6、t1、t2、t3为常数)。

本发明采用单片机对采样波形进行谐波含量的计算分析，通过脉动率和采样电压值来判断控制回路的接地，因而装置检测的接地死区小、检测范围宽，其灵敏度、可靠性高且可判断控制电源是正极还是负极接地。特别是对于系统的导电体通过空气对地闪烙、通过绝缘物表面对地闪络放电以及系统的热态接地都能够起到正常的报警作用。

该装置对控制电压进行采样判断后，可提示司乘人员观察蓄电池充电机是否在正常工作，充电机自动开关是否合上。当充电机故障时，机车控制系统电源仅能依靠蓄电池进行供电，装置设置了一级欠压报警和二级欠压报警。当控制电压低于88V±C5 V且延续时间t2秒后，装置给出一级欠压报警时，司乘人员需尽快判断故障原因，并采取措施进行恢复，恢复失败后，再进行隔离。当一切操作失败后，应尽快依靠蓄电池维持运行，使牵引列车驶离正线或就近车站停车，避免阻碍其它正线列车的运行。在装置一级欠压报警后，如继续运行，控制电压会持续走低，当电压低于77V±C6 V且延续时间t3秒后，此时，蓄电池电压处于极低状态，可能会导致机车电气部件异常动作，司乘人员应迅速采取紧急措施，避免机车运行出现其它异常情况。目前，机车上使用的蓄电池大多数容量为100Ah左右，蓄电池充满电后，基本上可维持机车控制系统正常工作2～3小时的供电，司乘人员可根据该报警装置提供的预警信号来采取相应措施，从而可避免列车阻碍正线运行带来的巨大经济损失及一些不必要发生的事故。当装置出现接地报警时，由于单点接地故障对机车的运行不会产生影响，可继续维持运行，但是回段后必须进行处理，避免故障进一步扩大，演变成两处以上的多点接地故障导致的电路短路、设备及导线烧损等严重后果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

附图给出了本发明的一个实施例，下面将结合附图对本发明作进一步的描述。

从附图可以看出，本发明是一种控制电源接地/欠压报警装置，将需进行控制电源接地/欠压报警的电气线路全部输入一控制电源接地/欠压报警装置，由控制电源接地/欠压报警装置通过对电压进行采样、处理，分析控制电源接地/欠压的状态，当控制电源接地/欠压报警装置检测到控制电源接地或欠压时，控制电源接地/欠压报警装置给出高电平信号，驱动蜂鸣器报警。控制电源接地/欠压报警装置包括一块单片机(PLC)，由单片机对电压进行采样、处理，并在储电池信号输入单片机的正负极导线之间，串接有接地检测电阻R1、R2，并在储电池信号输入单片机的正负极导线之间还串接有电磁隔离电压传感器UV1、UV2，且在接地检测电阻R1、R2之间的电节点与电磁隔离电压传感器UV1、UV2之间的电节点有接地导线实现电连接。而且电磁隔离电压传感器UV1、UV2分别将检测到的电压值U1、U2输入单片机(PLC)内供单片机(PLC)进行采样、处理。通过采样波形进行谐波含量的计算分析，通过脉动率和采样电压值来判断控制回路的接地。

这种110V控制电源接地/欠压报警装置，其原理见附图1，R1、R2为接地检测电阻，设R1′、R2′分别为正、负线对地的接地电阻；UV1、UV2为电磁隔离电压传感器，U1、U2分别为传感器UV1、UV2检测到的电压值，R0为传感器UV1、UV2的内阻。单片机对电压进行采样、处理，当装置检测到控制电源接地或欠压时，装置给出高电平信号，驱动蜂鸣器报警。其中，接地报警是：

(1)当 $U1=\frac{R1}{R1+R2}U0,$ $U2=\frac{R2}{R1+R2}U0$ 时，110V控制电源不存在接地：

(2)直流死接地：导线的正极或负极完全接地，形成死接地现象，此时会出现R1′＝0或R2′＝0，即U1＝0或U2＝0的情况，单片机输出高电平信号经过隔离、放大驱动接地装置内部相对应的电子元件，电子元件输出信号使接地指示灯由相应绿灯转变为红灯，显示直流正极或负极接地，同时驱动接地报警蜂鸣器FD1报警；

(3)直流活接地：当控制电源的导线与地虚接形成未完全接地的活接地时，此时若假设正线接地，则根据 $\left(\frac{R1\text{'}R0}{R1\text{'}+R0}\right)/\left(\frac{R1R0}{R1+R0}\right)=\frac{U1}{U2},$ U1+U2＝U0及接地临界判定值U1≤C1×U0，可得当R1′＜C2×R0时，接地装置报正极接地，同理推出当R2′＜C3×R0时，接地装置报负极接地，此时接地指示灯由相应绿灯转变为红灯，显示直流正极或负极接地，同时驱动接地报警蜂鸣器FD1报警。

欠压报警是：

(5)装置采集到主断路器闭合信号，此时若控制电源电压低于110V±C4 V且持续时间t1秒后，PLC输出高电平信号，驱动欠压报警蜂鸣器FD2；且报警装置面板上欠压指示灯由绿灯转变为红灯；

(6)若控制电源电压低于88V±C5 V且持续时间t2秒后，PLC输出高电平信号，驱动欠压报警蜂鸣器FD3报警，且报警装置面板上欠压指示灯由绿灯转变为红灯；

(7)若控制电源电压低于77V±C6 V且持续时间t3秒后，PLC输出高电平信号，驱动欠压报警蜂鸣器FD4报警，且报警装置面板上欠压指示灯由绿灯转变为红灯；

(8)装置输入控制信号由一个转换开关控制，有3个位置0、1、2；0位为装置正常工作位；当转换开关置1时，装置对蜂鸣器FD1、FD2、FD3、FD4进行自检；当转换开关置位置2时，装置“接地故障”及“欠压故障”功能被隔离。

同时该装置的检测故障报警信号可输入至车载微机控制系统，在微机显示屏上进行故障信息的显示，实现冗余故障报警显示功能。(注：文中C1、C2、C3、C4、C5、C6、t1、t2、t3为常数)。

Claims (4)

1、控制电源接地/欠压报警装置，将需进行控制电源接地/欠压报警的电气线路全部输入一控制电源接地/欠压报警装置，由控制电源接地/欠压报警装置通过对电压进行采样、处理，分析控制电源接地/欠压的状态，当控制电源接地/欠压报警装置检测到控制电源接地或欠压时，控制电源接地/欠压报警装置给出高电平信号，驱动蜂鸣器报警。

2、如权利要求1所述的控制电源接地/欠压报警装置，其特征在于：所述的控制电源接地/欠压报警装置包括一块单片机(PLC)，由单片机对电压进行采样、处理，并在储电池信号输入单片机的正负极导线之间，串接有接地检测电阻R1、R2，并在储电池信号输入单片机的正负极导线之间还串接有电磁隔离电压传感器UV1、UV2，且在接地检测电阻R1、R2之间的电节点与电磁隔离电压传感器UV1、UV2之间的电节点有接地导线实现电连接，而且电磁隔离电压传感器UV1、UV2分别将检测到的电压值U1、U2输入单片机(PLC)内供单片机(PLC)进行采样、处理，通过采样波形进行谐波含量的计算分析，通过脉动率和采样电压值来判断控制回路的接地。

3、一种利用权利要求1所述控制电源接地/欠压报警装置的控制电源接地/欠压报警控制方法，其特征在于：所述的控制方法分为接地报警和欠压报警，其中，接地报警是：

A.当 $U1=\frac{R1}{R1+R2}U0$ 、 $U2=\frac{R2}{R1+R2}U0$ 时，110V控制电源不存在接地；

B.直流死接地：导线的正极或负极完全接地，形成死接地现象，此时会出现R1′＝0或R2′＝0，即U1＝0或U2＝0的情况，单片机输出高电平信号经过隔离、放大驱动接地装置内部相对应的电子元件，电子元件输出信号使接地指示灯由相应绿灯转变为红灯，显示直流正极或负极接地，同时驱动接地报警蜂鸣器FD1报警；

C.直流活接地：当控制电源的导线与地虚接形成未完全接地的活接地时，此时若假设正线接地，则根据 $\frac{{R1}^{\′}R0}{({R1}^{\′}+R0)}/\frac{R1R0}{(R1+R0)}=\frac{U1}{U2},$ U1+U2＝U0及接地临界判定值U1≤C1×U0，可得当R1′＜C2×R0时，接地装置报正极接地，同理推出当R2′＜C3×R0时，接地装置报负极接地，此时接地指示灯由相应绿灯转变为红灯，显示直流正极或负极接地，同时驱动接地报警蜂鸣器FD1报警；

欠压报警是：

A.装置采集到主断路器闭合信号，此时若控制电源电压低于110V±C4V且持续时间t1秒后，PLC输出高电平信号，驱动欠压报警蜂鸣器FD2；且报警装置面板上欠压指示灯由绿灯转变为红灯；

B.若控制电源电压低于88V±C5V且持续时间t2秒后，PLC输出高电平信号，驱动欠压报警蜂鸣器FD3报警，且报警装置面板上欠压指示灯由绿灯转变为红灯；

C.若控制电源电压低于77V±C6V且持续时间t3秒后，PLC输出高电平信号，驱动欠压报警蜂鸣器FD4报警，且报警装置面板上欠压指示灯由绿灯转变为红灯；

D.装置输入控制信号由一个转换开关控制，有3个位置0、1、2；0位为装置正常工作位；当转换开关置1时，装置对蜂鸣器FD1、FD2、FD3、FD4进行自检；当转换开关置位置2时，装置“接地故障”及“欠压故障”功能被隔离。

4、如权利要求3所述的控制电源接地/欠压报警控制方法，其特征在于：所述的检测故障报警信号输入至车载微机控制系统，在微机显示屏上进行故障信息的显示，实现冗余故障报警显示。