淺析電力機車主電路的保護

摘要：根據機車故障現象的不同性質，對電力機車主電路的保護裝置進行分類和工作原理闡述，使司乘人員了解保護原理，保證機車正常運行。

關鍵詞：電力機車；保護裝置；過電流；接地；過欠電壓；空轉

為了保證電力機車可靠的運行，在機車的電氣線路中必須設置一系列的保護裝置，它們在機車線路發生故障時自動動作，迅速切斷相應電路，以避免機車中電氣設備遭到損壞、防止故障進一步擴大。而在機車故障不能即刻排除時，還應能夠很方便地組成故障線路，以便機車能在故障情況下維持運行，保證鐵路運輸的暢通。

根據機車故障現象的不同性質，線路中的保護一般分為過電流保護（包括短路和過載保護），接地保護、過電壓保護以及其它一些特殊的保護。而保護的方式則根據該故障時機車線路、電氣設備及對列車運行的影響而不同，有的須切斷整臺機車的電源，有的只須切斷故障處所或該系統的電源，有的僅須給司乘人員以某種信號，引起注意即可，還有的在故障發生后自動予以調整。

一、過電流保護 '

當電路中發生過電流（短路或過載）時，必須用保護裝置來阻止其繼續下去，否則，會引起電路中電氣設備的損壞，并使事故蔓延擴大。

在直流電力機車上一般采用高速開關、過電流繼電器或熔斷器來作為過載與短路保護、當主線路電壓較低，牽引電機的功率不大時，可以用熔斷器來保護主線路。熔斷器能短時間通過較大的電流，但若過載時間較長，則熔體即會熔斷。因此熔斷器較適用于輔助回路的過載保護。以熔斷器作為主線路的保護，其缺點是熔斷時間較長，當電壓高，電流較大時熔斷器的滅弧作用不夠可靠，且每次熔斷后，必須更換熔件，運用上很不方便。

在直流電力機車上廣泛使用電磁式過電流繼電器作為牽引電動機的過載保護。牽引電動機的電流經過繼電器的繼電器線圈當電流超過繼電器的整定值時，銜鐵被吸引，繼電器的觸頭將主線路內接觸器或高速開關的低壓控制線圈切斷而使之斷開，從而切斷主線路。在過電流繼電器動作切斷主線路之后，必須保證在故障已消除。司機準備重新起動機車時才允許讓主線路接通。為此，在過電流繼電器的復原線圈中串聯一個控制器在零位接通的接點，保證只有當控制器退回零位之后。繼電器才能復原，重新接通電路。

采用這種形式的保護其優點在于發生過載故障后，保護裝置動作迅速、例如：高速開關能在0.02-0.03秒的時間內切斷主線路，因而故障不易擴大。它的缺點在于切斷了機車的總電源，即便是一臺電機回路過載，也便機車的牽引力全部喪失，這樣在運行中，特別是在長大上坡道的運行中，如處理不及時，則容易造成中途停車的事故。

二，接地保護

在電力機車的主線路和輔助線路中，必須設有接地保護，當某一電氣設備或導線接地時能起到保護作用。

直流電力機車的主線路本身是直接接地的，那么在線路中某處發生接地故障時，即將接地點以后的部分線路短接。造成線路中的電流沖擊，因而可以利用線路中的過載保護裝置來起到保護作用。但這時需要正確構成電機的組合線路。

三、過電壓與欠電壓保護

過電壓對電力機車電氣設備會造成嚴重的損害，如使絕緣擊穿、電機環火等，所以在線路申必須設有過電壓保護裝置。

過電壓主要有兩種，一種是大氣過電壓，另一種是內部操作過電壓。產生大氣過電壓的原因是由接觸網傳來的直接雷擊和感應雷擊；生產內部操作過電壓的原因則是由于線路本身的變化，如感性回路被切斷、線路中發生短路等。這兩種過電壓產生時，電壓增長速度很快，以沖擊波形式出現，因而，對其保護就不能用一般帶有傳動部分的電器。

為防止大氣過電壓的危害，在直流電力機車上一般安設了閥型避雷器，避雷器內裝有火花間隙和工作電阻（非線性電阻），當加在避雷器上的電壓過高時，工作電阻值即迅速減小，致使火花間隙被擊穿，以通過較大的電流，將過電壓的能量消耗在工作電阻上，消除了過電壓對其它電氣設備影響。同時避雷器對線路中的操作過電壓也具有一定的保護作用。

除了大氣過電壓和操作過電壓外，運行中也會出現緩慢增加的過電壓，如由于接觸網電壓的波動，有時可使牽引電動機的電壓超過其額定電壓。再如機車電氣制動時，牽引電動機作為發電機運行，若運行速度較高，激磁電流較大，發電機的端電壓也會超過其額定電壓。但是這種過電壓由于增長得較緩慢，所以可以用電磁式過壓繼電器來保護。過壓繼電器的線圈跨接在牽引電動機的電樞上，當電壓過高時，繼電器動作使電阻制動停止，此時最好代之以機械制動。電阻制動時，如因電機電壓過高而突然將主線路切斷停止制動，由于回路內電感的作用反而會造成過電壓。因此在電力機車上，過壓繼電器動作時，不是立即將制動回路切斷，而是自動地在制動電阻上再加上一段附加電阻，這時因制動電阻已超過串激發電機的臨界電阻值，電阻制動即被迫停止，再切斷制動電路。

四、空轉保護

大功率的貨運電力機車在牽引運行中容易發生空轉現象。當發生空轉后，粘著條件被破壞，造成牽引力喪失，牽引電動機轉速劇增，易造成轉子綁線甩開，絕緣損壞等，同時空轉也會增加機車輪箍的磨耗，因而在機車上應設有防空轉保護。防空轉保護的方法有多種，一般取牽引電動機的電流或電壓作為信號，將各臺電機的信號進行比較，規定一差別的限度，當電機之間的差別超過這一限度時，即視為牽引電動機發生了空轉，這時可通過電子裝置自動降低牽引電動機電壓，以減小電機牽引力，使之恢復到粘著條件之內。也有的機車在發生空轉時通過保護裝置使機車動輪自動地小量上閘來制止空轉。對于防空轉來說，目前大量的保護裝置都是在機車發生了空轉現象后，采取措施迅速地阻止其發展而恢復粘著狀態。理想的保護方法應該是空轉即將發生時，將其滑動過程測出，從而防止空轉時發生。有些國家已試驗用儀器來對車軸的振動進行測量，由于一個輪對的兩個輪子的粘著情況是不相同的，在將發生空轉時，必然是一個輪子首先失去粘著力，這樣就在車軸內形成一種特有的振動，用一種儀器將此時的振動情況測出后，以此為控制信號來對機車進行自動調整，這樣就可較有效地防止空轉發生。

對于沒有裝設有防空轉保護的機車，則要求司機熟悉線路情況，在易發生空轉的坡道，彎道處，提前采取措施，例如撒砂降壓或進行闖坡等，而當發生了空轉時，則應立即降低牽引力，便粘著狀態得到恢復。