電力機車輔助回路接地故障的預防對策

劉 峰 上海鐵路局上海機務段

電力機車壓縮機電動機、牽引通風機電動機等三相電機，長期工作中會出現電機定子對外殼產生漏電流，或者空調、窗加熱等單相負載對保護地產生漏電流。當輔助回路內的漏電流值大于一定值時，輔助回路接地保護裝置動作并切斷主斷路器。如果不排除故障或不切除保護將無法再合上主斷路器，機車就無法接受接觸網的電能，從而造成機車喪失牽引力，中斷對列車車輛供電，使機車無法繼續運行的嚴重"機破"故障。目前機車司機遇到輔助回路接地安全保護動作時，要在途中排除輔助回路接地故障困難非常之大且危及人身安全。為了維持機車運行，機車司機只能強行切除輔助回路接地安全保護功能。但是一旦有兩點接地，將給機車電路及器件帶來無可估量的危害，甚至有可能發生因接地短路電流誘發機車火災的惡性事故。

上述問題，主要是因為接線不良、電氣老化絕緣下降等原因造成。絕緣下降總有一定的發展過程，由此提出了電力機車輔助回路實時絕緣檢測的對策，以及時預報輔助回路絕緣故障，及時采取相應措施。

1 預防電力機車輔助回路接地故障的對策

1.1 電力機車保護接地輔助回路工作原理

電力機車主變壓器輔助繞組產生單相389V和229V交流電，單相389V交流電經劈相產生380V三相交流電供壓縮機電動機、牽引通風機電動機、制動風機電動機、變壓器風機電動機、變壓器油泵電動機、主變流裝置風機電動機列車供電風機電動機等三相負載使用，三相負載電機外殼與鐵軌形成保護接地輔助回路；單相229V交流電對空調、窗加熱、取暖器設備、飲水機等單相負載供電，單相負載外殼與鐵軌也形成保護接地輔助回路。正常情況下，兩輔助回路均無漏電流。一旦出現接線不良、絕緣層絕緣下降，輔助回路便會出現漏電流，當漏電流值大于一定值時，輔助回路接地保護裝置動作并切斷主斷路器，繼而就可能導致機車無法繼續運行的嚴重"機破"故障。

1.2 預防電力機車輔助回路接地故障的對策

根據保護接地輔助回路工作原理，采用電力機車輔助回路實時絕緣檢測，將從根本上預防輔助回路接地故障的發生。實時絕緣檢測裝置根據預設的絕緣電阻域值實時預報接地故障，能提醒機車司機或檢修人員采取相應的處理手段，把故障消滅在萌芽之中。同時絕緣檢測裝置通過實時顯示絕緣電阻值，也給故障機車的分析和檢修帶來方便，做到既給故障原因找尋、部位判定提供分析依據，有效提高檢修質量和效率，又給機車電器設備的安全使用提供了技術保障。并且，可以在機車出庫前對整個輔助回路的絕緣性能進行一次評價，一旦發現絕緣不良立即處理，杜絕機車帶病出庫。

2 電力機車輔助回路實時絕緣監測方案

以SS9型電力機車為例，給出輔助回路實時絕緣檢測方案如圖一所示。該方案采用微處理器直接測量和間接識別的方法判斷故障點；采用機車通訊層的共享數據，不重復在三相回路增加采樣設備，提高安全性和節約投資；選擇285KE動作點以下電流幅度的80%處作漏電監測的動態范圍，同時通過RS485數據口監視3MA～16MA的投切情況以及單相回路的漏電。單相回路采用零磁通判斷法，即不發生泄漏時磁通為零，采用線性霍爾傳感器加高精度小信號放大器采集微弱漏電信號。采集以下信號與通訊層監聽數據共同組成判斷依據：

a）i（201，202）和 i（203，202）的 電 流差；

b）i(285)；

c）i(206，205)的電流差；如要求具體區分單相負載則需增加采集點數；

d）在RS485通訊協議中獲取3MA～16MA的運行工況。

圖1 輔助回路實時絕緣檢測方案

顯示：采用三或四組四位LED數碼顯示器顯示漏電流數據，分辨率0.01mA。

圖2 D-U204-KLC外形圖

報警：采用20個報警燈顯示越過定值設備名稱，直接反映異常位置。

另外，285KE漏電保護繼電器采用荷蘭MORS-SMITT公司生產的 DU204-KLC 110VDC（見圖 2、圖 3）。此繼電器屬瞬動中間繼電器，額定功率2.22W，線圈電阻5252Ω，285KE與205間接有二極管。這些參數表明：該回路中電流峰值達到+20mA即會動作。因而選擇0.01mA～16mA作本裝置監控的動態區域較為合適。零磁通傳感器的動態范圍選擇0.01mA～1mA。

實施本方案后，實時絕緣監測裝置在隨車運行中能夠隨時自動監視設備絕緣狀況，記錄每臺設備的漏電流數據，為檢修提供直接依據。

圖3D-U204-KLC原理圖

3 結束語

自電力機車投入運用以來，鐵路系統研究采用了多種技術方案和裝置以解決電力機車輔助回路接地慣性故障，但都未能堅持，在所查新的范圍內未見文獻報道。該對策解決了電力機車輔助回路慣性故障的問題，有助于把電力機車輔助回路慣性故障消滅在萌牙狀態。

"電力機車輔助回路絕緣實時檢測裝置還需要在實踐中進一步深化研究，比如如何實現故障點自動判斷定位功能等，還需要進一步改進完善。