DC600V供電機客車干線漏電分析及供電解決方法

劉保平 上海鐵路局車輛處

自2004年4月18日鐵道部實施了第六次大提速以來，客車的供電制式開始由發(fā)電車供電轉(zhuǎn)為機車供電，并且在新造機、客車上安裝漏電保護裝置。截止至今，機車給客車供電的形式已從機車本車發(fā)電機供給客車AC380 V交流電發(fā)展到機車由受電弓從接觸網(wǎng)引流經(jīng)車載變送電裝置供給客車 DC600 V直流用電，用電效率得到進一步提升。但是機、客車供電漏電保護不匹配影響客車全列供電問題一直未得到有效解決，機車跳漏電保護影響客車用電問題還時有發(fā)生，現(xiàn)就機、客車漏電問題做以下分析。

1 機車漏電檢測原理

目前機車采取的二級接地保護電路為電阻中點接地保護電路，其中電路圖為圖1所示。

圖1 機車中性點接地保護電路

圖2 客車全列干線接地等效電路

以韶山9電力機車為例（以下分析均以此為例），R1、R2設(shè)計電阻為600 Ω，為供電整流器空載電阻；R3電阻為750 Ω，R地為客車實際接地電阻，且隨著區(qū)間的不同不斷變化，理想狀態(tài)下我們認(rèn)定為0。系統(tǒng)對地絕緣為零時，流過R3的電流為285 MA。系統(tǒng)接地電阻小于等于900 Ω，設(shè)計保護動作（流過R3的電流為153 mA），此時動作電壓為138.5 V，即測量電壓表兩端電壓與絕緣良好時比電壓偏移超過161.5 V時，設(shè)計保護動作。在系統(tǒng)接地電阻不同時，保護動作延時不同。試驗時，直流正負(fù)線接地保護值整定為：當(dāng)系統(tǒng)接地電阻小于800 Ω時，接地保護可靠動作，接地電阻大于2 kΩ時，保護不動作。

2 客車漏電檢測原理

客車直流漏電保護器的原理是根據(jù)進出均衡，即零序原理。主要是一個零序線圈，列車正負(fù)干線都穿過去。原則就是流進的電流等于流出的。當(dāng)發(fā)生漏電時，一部分電流流進大地而形成互感器外的電流回路，互感器內(nèi)的電流不再平衡，就感應(yīng)出了電流，經(jīng)過PLC數(shù)據(jù)采集后，判斷漏電流大小。當(dāng)漏電流超過設(shè)定時，驅(qū)動靈敏繼電器跳閘，進行迅速的斷電保證安全。目前車廂內(nèi)漏電保護出廠設(shè)定值為100 MA（前期為150 MA）

3 全列漏電電路建模分析

全列客車由機車和18節(jié)車廂組成，各車廂干線或多或少不同程度上存在對地絕緣不良情況。根據(jù)電阻并聯(lián)原理，各車廂因漏電產(chǎn)生的對地電阻倒數(shù)和為總電阻倒數(shù)和，即1/R(總漏電)=1/R(漏電1)+1/R(漏電 2)+……+1/R(漏電 18)，所以在客車漏電的情況下，全列干線電路圖可以等效為圖2。R+漏電為所有車廂正線對地電阻的等效電阻，R-漏電為所有車廂負(fù)線對地電阻的等效電阻。為方便計算，我們采用Y-△等效電阻變換，將圖2變換為圖3等效電路。

圖3 客車接地Y-△等效電阻變換電路

圖4 接地簡化電路

其中：

在理想狀態(tài)下，即R地=0時，電路可簡化為圖4，圖4中：R2=R3=2100Ω=R，R4=R+漏電，R5=R-漏電。由圖 2、圖3可知，對檢測電路有影響的僅為R2、R3、R4、R5 的電阻值。R2、R3 為給定常數(shù)，R4、R5電阻大小由接地電阻、正線對地絕緣電阻、負(fù)線對地絕緣電阻大小決定的。當(dāng)系統(tǒng)理想接地時，檢測電壓表兩端電壓僅由正負(fù)線絕緣電阻值和空載電阻值決定，電勢公式為

U電壓表=UI*R4（R+R5）/[R4（R+R5）+R5（R+R4）](1)

△U偏移=0.5UI*R(R4-R5)/[R(R4+R5)+2R4R5]

4 分析結(jié)論

由式（1）、（2）我們可以得到以下結(jié)論：

（1）當(dāng)正（負(fù)）線有一相對地絕緣不良時，對應(yīng) R4（R5）為零，R5（R4）為無窮大（接地良好狀態(tài)下，R地=0）），電壓偏移最大，達到300 V。

（2）當(dāng)正、負(fù)線均對地絕緣不良時，電壓偏移與R4、R5、空載電阻換算出的R有關(guān)系。R4、R5阻值相差較大時，偏移量由較小的漏電阻值和R的比值決定，即為0.5UI/(1+2R漏電/R)。當(dāng)偏移電壓達到一定值時，漏電保護動作。

（3）當(dāng)正、負(fù)線對地絕緣均良好或當(dāng)正、負(fù)線均對地絕緣不良時但漏電量相當(dāng)時（R4=R5），機車漏電保護不會發(fā)生動作。

綜上所述，全列直供電DC600V客車影響機車漏電保護動作的因素為整修電壓、本車接地電阻、全列正負(fù)線對地絕緣、以及空載電阻值等4個方面的因素。由于機車采用中性點接地保護電路，漏電流為偏移電壓換算值，不能直接精確、直觀的反映干線漏電情況，且存在干線正負(fù)線均絕緣不良，但絕緣電阻相當(dāng)時，保護不動作的盲點?？蛙嚨穆╇姍z測系統(tǒng)檢測比較精確，但無法判斷漏電發(fā)生所在為正線還是負(fù)線。因此選取適當(dāng)機、客車保護電路并統(tǒng)一規(guī)定是解決機車、客車漏電保護裝置不匹配的重要條件。

5 減少機車跳漏電保護的幾個途徑

在目前情況下，有效的解決機車漏電保護誤動作，保證客車持續(xù)供電可以從下面幾方面著手。

（1）提高機車供電品質(zhì)，保證機車整流供出的DC600 V電壓在保護裝置的許可范圍之內(nèi)，減少高次諧波影響。

（2）選取合適的空載電阻值，使得R漏電/R比值相對較小，在中性點發(fā)生偏移的情況下，電勢的偏移比較平滑，減少保護裝置誤動作概率。

（3）在機車發(fā)生漏電保護裝置動作后，切斷客車電路負(fù)載，機車?yán)^續(xù)供電，確認(rèn)全列干線絕緣及客車負(fù)載電路絕緣良好情況下，切除機車保護，繼續(xù)給客車供電，維持車廂內(nèi)用電設(shè)施正常使用。