電力機車防逆電保護系統課題研發

李思中 武瑞成 劉羽飛 牛 偉 林興鵬 李寶方

（呼和浩特鐵路局包頭西機務段 內蒙古 包頭 014040）

1 研究的背景

機車運行中，如果乘務員錯誤的將司機控制器換向手柄置于與機車運行方向相反的位置，這種操作稱為逆電操作。對牽引電動機而言，也叫逆電運行。逆電運行對牽引電動機會造成極大的損害，據有關資料顯示，每臺逆電機車平均直接損失約40萬元，而且機車平均修復周期長達10天。可見該故障后果比較嚴重，影響巨大。

為了確保我局電力機車的運行安全，杜絕“逆電”故障的發生，減少可避免的經濟損失。加裝“逆電保護器”可以從根本上解決問題。

2 電力機車“逆電”運行產生的原理

機車運行中斷電后牽引電機鐵心存有剩磁，正常情況下（司機控制器換向手柄位置與機車運行方向一致時），機車高速惰行時牽引電機電樞繞組與主級繞組產生方向相反的電動勢而相互抵消。如果此時將司機控制器換向手柄置于與運行方向相反的位置時，轉換開關自動轉換至相反位置，使牽引電機工作在串勵發電機工況下，牽引電機電樞繞組與主級繞組產生方向相同的電動勢，從而造成電樞繞組與主級繞組產生的電動勢疊加，機車速度低時,疊加的較強電動勢導致牽引電機發生環火現象，在機車速度高時,會導致輪對出現滑行狀態，牽引電機嚴重環火、燒損機車轉換開關、機車劇烈沖動而無法運行。

3 機車逆電保護器的作用原理

3.1 逆電保護器的作用

在裝有“逆電保護器”的機車上，當機車運行時，乘務員進行錯誤的逆電操作，由于“逆電保護器”在機車運行時斷開換向轉換開關電空閥的控制電路，使換向轉換開關不能轉換，有效防止了機車在運行時換向造成的牽引電機產生逆電，杜絕了機車在運行時換向而造成牽引電機和轉換開關等部件燒損，確保機車安全運行。

3.2 逆電保護器的控制原理

機車在運行時，機車上光電速度傳感器發出方波脈沖。本逆電保護器采集速度傳感器的脈沖信號，經過控制模塊的判斷、處理，逆電保護器內繼電器的接點斷開，切斷了換向轉換開關電空閥的控制電路，由于逆電保護器斷開換向轉換開關電空閥的控制電路，因此機車在運行時不能進行換向（圖1）。

圖1

機車在靜止狀態或機車運行速度低于1-2km/h時，逆電保護器經過控制模塊的判斷、處理，保護器內繼電器的接點閉合，接通了換向轉換開關電空閥的控制電路。由于逆電保護器接通換向轉換開關電空閥的控制電路，因此機車在靜止狀態或機車運行速度低于1-2km/h時可以進行換向。

為了確保機車安全運行，逆電保護器采集兩路機車光電速度傳感器的信號。逆電保護器內有兩路電源模塊和控制模塊，而且兩路裝置同時工作，互不干擾。因此在機車運行時，即使一路速度傳感器或電源模塊、控制模塊發生故障，另一路裝置仍能起到換向保護功能。當兩路的速度傳感器或電源模塊、控制模塊均發生故障時，可以將轉換開關轉換至故障位置，此時機車仍能正常換向（注：機車在無換向保護狀態時換向）。

4 防逆電關鍵技術研究

逆電保護器的的工作原理（圖2）如下：

圖2

逆電保護器將光電速度傳感器接收到到的車速信號轉換成電信號由插座CT1的2腳和7腳輸入到光電耦合器U1和光電耦合器U4，光電耦合器U1將輸入的光信號轉換成電信號由集成電路U2的11腳輸入，光電耦合器U4將輸入的信號轉換成電信號由集成電路U3的11腳輸入，集成電路U2將輸入的頻率信號轉換成電壓信號由5腳輸出到場效應管T1的柵極，集成電路U3將輸入的頻率信號轉換成電壓信號由5腳輸出到場效應管T2的柵極，場效應管T1和場效應管T2產生通斷電流，控制繼電器JI的常閉觸點接通或斷開由插座CT2輸出通斷信號。逆電保護器斷開換向轉換開關電控閥的控制電路時，即司機進行換向誤操作換向轉換開關也不能換向，只有在逆電保護器接通換向轉換開關電控閥的控制電路后，換向轉換開關才可以進行換向。

5 系統安裝方案

圖3

該保護器外部連接采用航空插頭連接外部線路，非常可靠和便于裝卸。引出線用1平方的機車電纜線和0.5平方屏蔽阻燃線，接頭均用線環壓接并焊接的方式；本裝置安裝于2#低壓柜左壁外的左上方，安裝尺寸為：170mm、2-φ5.5（圖3）。保護器內部電源模塊和控制模塊與主板的連接均用接插件方式，便于安裝、維修。繼電器具有鎖扣機構，抗震動能力較強。

6 應用前景

通過加裝“電力機車防逆電保護系統”可以從根本上避免機車發生逆電故障，其社會效益和經濟效益非常顯著，應用前景廣闊。

7 結束語

電力機車防逆電保護系統在包西機務段SS3型0043機車裝車試驗運行，自裝車使用后，機車運行正常，試驗效果良好，有效的防止了逆電故障的發生，為運用安全提供了保障。