機車供電系統漏電流檢測及改進

劉峰

【關鍵詞】DC600V 供電系統 漏電流

鐵路旅客列車作為一個移動的供電電網，其客車本身一般沒有發電裝置，客車用電依靠貫通列車供電電網提供，列車的供電電網又由專門的列車供電裝置提供電能，可以滿足較多地設備用電需求。為滿足旅客列車大功率用電的需求，以往25G、25K型旅客列車的供電主要是通過加掛一節柴油發電車來實現，運行成本非常高、空氣和噪音污染大、能源轉換效率低等問題。為適應建設和諧社會、促進低碳經濟不斷發展，按照鐵路總公司發展的戰略要求，旅客列車編組要逐步取消柴油發電車，全部由電力機車供電系統進行直供電。

自2004年鐵路大提速以來，集中供電、分散變流的DC600V供電系統正逐步取代空調發電車的作用，成為空調列車新型供電方式的主要發展方向：電力機車設置兩個獨立的供電繞組， 輸出額定AC860V電壓到DC600V供電系統，經整流后輸出獨立的兩路DC600V電源提供給客車，額定輸出功率為2×400 kW；每節客車上都裝有逆變器和充電機等變流設備， 逆變器將DC600V電壓逆變成三相AC380V電壓后供給空調機組等三相負載使用，充電機將DC600V電壓變換成DC110V電壓后供電池充電、照明和控制系統用電。

DC600V供電系統在現場運用時反映最多的是“漏電”問題，漏電原因有很多種，如機車供電柜接地、供電電纜磨損、機車和客車連接器進水、客車負載接地或絕緣性下降等。根據鐵路總公司制定的《Q/CR 302-2014 旅客列車DC600V供電系統技術要求及試驗》，DC600V供電系統的漏電流檢測電路已在標準中進行了規定，為了保證整個系統供電的穩定性，如何有效地進行供電系統直流輸出側的漏電判斷就成了關鍵問題，既要保證系統發生漏電時能可靠動作，又要保證系統正常運行時不誤動作影響正常列車供電。

1 列車供電系統

電力機車DC600V供電系統由兩套相同的供電回路組成，其電路結構完全相同，其主電路形式如圖1所示：單相交流860V輸入經接觸器與熔斷器到單相整流電路，通過平波電抗器和電容組成的濾波電路輸出直流600V。根據鐵路總公司的規定，DC600V供電系統必須采用電阻中點接地的方式，因此系統直流側還設有接地檢測用電阻網絡（由R1、R2和R3組成）和檢測用電壓傳感器UJD，R1、R2和R3的阻值在標準中都統一進行規定，前兩者阻值為600歐，后者為750歐。

2 電路分析

在電力機車DC600V供電系統正常工作無接地的情況下，電壓傳感器Ujd的正常反饋值為輸出電壓的一半，即300V左右。而一旦DC600V供電系統的直流側出現正線或者負線漏電的情況，電壓傳感器Ujd的反饋值都會出現較大的偏離：正線接地的情況下，Ujd的反饋值從300V逐漸下降到0V；負線接地的情況下，Ujd的反饋值從300V逐漸上升到600V。

如果電力機車供電系統保持DC600V輸出穩定不變的情況下，根據圖1所示的電路推算，輸出正線接地時UJD和對地等效電阻R的函數關系滿足式（1）：

Ujd=300*R/（1050+R） （1）

如果電力機車供電系統保持DC600V輸出穩定不變的情況下，根據圖1所示的電路推算，輸出負線接地時UJD和對地等效電阻R的函數關系滿足式（2）：

Ujd=600-300*R/（1050+R） （2）

如圖2所示為對地等效電阻R=1000Ω時輸出正線/輸出負線接地時仿真波形圖（Udc表示供電系統輸出電壓，Ujd表示傳感器Ujd電壓），系統空載和負載時波形一致，與負載大小無關聯關系。

3 解決方法

通過現場反復地試驗驗證，電力機車DC600V供電系統通過檢測電壓傳感器Ujd的反饋值即可準確檢測到系統漏電流的變化情況，供電控制系統通過設置合理的漏電流判斷門檻即可安全地保護整個DC600V供電系統：

（1）電力機車供電系統輸出電壓為DC600V時，電壓傳感器Ujd的反饋值小于130V（正線接地）或大于470V（負線接地），系統等效漏電流大于160mA時，供電系統的漏電流檢測保護應動作；

（2）機車供電系統輸出電壓為DC600V時，電壓傳感器UJD的反饋值大于200V（正線接地）或小于400V（負線接地），系統等效漏電流小于100mA時，供電系統的漏電流檢測保護應動作；

（3）供電控制系統在檢測漏電流達到動作值且持續30s后，發出相應控制信號，并予以保持，可通過相應開關清除復位。

另外為了貫徹電力機車和客車之間的分級保護原則，整列客車的每節車廂電氣綜合控制柜內設本車DC600V在線絕緣檢測裝置，在本車直流漏電電流超過設定值100mA時，等效干線對地接地電阻為2000歐，延時不超過2s，可切除本車DC600V用電。

4 結束語

通過對電力機車DC600V供電系統漏電的理論分析，總結出了電壓傳感器Ujd的輸出變化規律，并驗證了合理的漏電判斷門檻值。通過電力機車DC600V供電系統和客車間的高壓試驗和驗證，其接地判斷方法準確可靠，目前已經應用于數千臺客運電力機車DC600V供電系統中，有效地解決了系統的漏電問題，充分保障了鐵路客車的安全運用。

參考文獻

[1]王小方.電力機車DC600V供電系統的改進[J].機車電傳動，2004（04）：41-44.