和諧1C型機車主斷閉合后控制回路接地的分析

曾紀云 唐勇 趙守龍 李然 羅丹

摘要：和諧電1C型機車是一款7200kW的大功率電力機車。其優異的操縱性能與功率發揮深受用戶喜愛，同時還具備再生制動的功能，使其更加綠色環保、節約能源。現在已經成為許多機務段的主力機型。和諧點1C型電力機車的供電制式為25kV、50Hz。通過機車內部的變壓器將高電壓改變為AC970V的主變流器供電、AC470V的輔助變流器供電、AC220V的其他輔助設備供電。直流控制回路的電源在未升弓時由蓄電池提供，升弓后由AC220V供電的充電機提供，同時也給蓄電池進行浮充電。直流系統相當于整個機車的血管與神經，在維系著機體運轉同時還傳輸著控制信號，有著十分重要的作用。但電力機車的直流控制回路接地，一直困擾著機車檢修人員。同時也給機車的運用帶來了較大的危害。

關鍵詞：HXD1C機車;主斷路器;控制回路接地

1. 電力機車的控制回路接地

是指在電力機車直流控制系統中，正極性線路與車體間、負極性線路與車體間，或者是正負極線路同時與車體間，因為絕緣層損害或是絕緣降低，導致電纜中的導體與車體直接或間接（導線導體通過絕緣值不佳的附件與車體）接觸的狀態。當只存在正極性線路與車體絕緣低，或者是只存在負極性線路與車體絕緣低的情況，此時對電力機車機車的正常運用幾乎不會產生影響。但是，若出現以下兩種狀態則會產生嚴重的后果;

1.1 正極性線路與負極性線路同時接地

這種情況是指正極性線路與車體絕緣低的同時，負極性線路與車體的絕緣也低。可以理解為：蓄電池的正極通過控制回路中的正極性線路絕緣薄弱點，然后通過車體，連接到負極性線路的絕緣薄弱點，最后與蓄電池的負極短路。此時短路電流的大小：由導線長度、兩個接地點間的電阻以及短路點之間的距離決定。在和諧電1C型電力機車上常用的控制電纜為WDZ-DCYJ/3-125型。其采用的標準為GB/T12528-2008。

GB/T12528-2008標準，第五類鍍錫電纜導體在20℃時的電阻。 通過國標電纜電阻值計算的，機車電纜常見長度的電阻值。

參考以上表格中計算的電阻值，按照控制回路的額定電壓DC110V，在忽略接觸電阻的情況下。列舉6組短路距離進行電流計算;短路距離 短路電流

通過以上列舉的短路情形可以看出，正負極線同時接地時產生的瞬時短路電流是如此巨大。在保護斷路器工作狀態良好的情況下，能及時斷開相應回路從而保護機車設備。若脫扣開關動作失靈，則會出現線路電纜燒毀的嚴重事故。

1.2 單獨出現正極性線路接地或單獨出現負極線路接地，與此同時機車的交流220V回路出現接地：

此時電力機車中的200V交流分量將會通過車體疊加到直流控制系統中，導致直流電路中的微機系統出現數據紊亂的情況，造成機車故障。

1.3 直流系統接地后，機車的三相440V（輔助回路）與三相1200V（牽引回路）系統接地：

在發生輔助回路與牽引回路接地后，機車將立即斷開主斷路器并切斷該部件的工作。不會與直流系統的接地產生相互作用。在此不做論述。

2. 接地檢測原理

HXD1C型電力機車采用的是株洲電力機車廠長河機電產品開發公司生產的CHJR125-1型直流絕緣檢測儀。

CHJR125-1型直流絕緣檢測儀

CHJR125-1型絕緣檢測儀采取的是不平衡電橋原理，將檢測儀本體的電路連接到電力機車的直流系統中，對直流控制回路的絕緣電阻進行檢測。能分別檢測正極線路和負極線路的絕緣阻值。其檢測量范圍值可以再10kΩ—200kΩ之間進行調整。工作時若檢測到的線路絕緣值低于預設值時將發出報警信號，通過機車微機顯示屏發出控制回路接地的報警信息。

2.1不平衡電橋法的檢測過程：

檢測電路

通過在兩個分支電路（R11，R12和R21，R22）中加入控制開關 K1 和 K2，檢測儀內部的控制器，控制開關 K1和K2 的開合順序，來支路電阻R11，R12和R21，R22是否接入電路。單片機需對線路電壓Ub、電阻R12電壓U12、電阻R22電壓U22進行采樣。從而計算出“線路正極對車體的絕緣阻值R1”和“線路負極對車體的絕緣阻值R2”。

計算過程如下：

（1）R1支臂檢測計算

當K1閉合，K2斷開時，選取車體為參考點，線路正極流出電流為i1，負極流入的電流為i2，流過R1的電流用i3表示，流過R12的電流用i4表示。線路正極對地的電壓用Ub+表示，線路負極對地的用Ub-表示，此時測得線路正負之間的總電壓用Ub1;

（2）R2支臂檢測計算

當K1斷開，K2閉合時，選取車體為參考點。檢測線路電壓Ub2.根據上橋臂計算方法可以得出等式;

（3）絕緣電阻計算

根據公式[8]與[9]可以得到一個關于R1、R2的等式，通過微機運算可以得出，線路正極對地絕緣電阻和線路負極對地絕緣電阻。該結果若在200KΩ一下，將在檢測儀的LED顯示面板上顯示出來

3. 主斷控制電路分析

筆者在長期的HXD1C型電力機車調試與售后服務工作中，積累了一些該車型的接地故障處理經驗。在這里與大家分享探討的是，一類特殊的控制回路接地故障，即HXD1C型機車主斷路器閉合后控制回路出現接地。這種情況下的接地故障，因為閉合主斷路器后機車部分器件帶有危險高壓，給故障查找人員帶來一定的心理負擔。容易出現誤判與其他情況。作者就個人經驗在此分享一下相關故障的電路分析方法與故障查找經驗。力求安全科學的查找該類故障。

要解決該類故障，首先需要掌握機車相關電路的走向，并對故障回路進行有效區分。按電路分布情況可以分為三個區域;

2.1 前置電路

該部分電路工作前獨立于正負電位之間，且在執行主斷路器閉合命令時才接通電位。通過圖紙可以看出，獨立的前置電路在繼電器（A21-A11-K01）的6點與12點之間，該段電路由5根電纜組成，起著接通主斷路器控制板的作用。在排除接地故障過程中可以將主斷路器控制插頭拔下，將插頭上的21與22，5與6，9與10，這三組點位分別短接，用以模擬主斷路器處于斷開的狀態。然后進行常規的升受電弓、閉合主斷路器的操作。因人為斷開了主斷路器的反饋電路（拔下主斷路器插頭），在閉合主斷路器控制繼電器（A21-A11-K01）閉合2秒后會被控制系統斷開。需由一人專門盯控接地繼電器，在電路閉合的瞬間觀察是否有數值變化。以此判斷此部分是否接地。在確保安全的前提下，也可以使用短接法進行判斷，在拔下主斷路器插頭的前提下，直接向（A21-A11-K01）的1點引入控制電源正電位，強制閉合該部分電路，用以判斷是否接地。

2.2 主斷路器本體控制電路

該部分電路用于接收主斷路器閉合的命令，并同時保持主斷路器的閉合，以及向外輸出狀態信號。主斷路器本體的低壓回路由兩個獨立部分組成，第一個部分是用于控制主斷路器工作的控制電路，包括主斷控制版、合閘線圈、保持線圈，在主斷路器閉合命令接通時，該部分將被接入控制電路中。因合閘線圈只在主斷閉合的前2秒內得電，若是接地繼電器檢測到一個小于兩秒的接地隨即恢復正常，可以判斷為合閘線圈部分接地。若是閉合主斷后一直接地，可以拔下保持線圈的插頭。在對兩個部分進行單獨測試后，可以確定是主斷控制板接地還是電磁線圈接地。第二個部分是用于反饋主斷路器觸頭工作位置的反饋電路。該部分是由凸輪推動的微動開關組構成，其直接連接到機車主斷路器狀態檢測回路。若拔除主斷路器插頭后接地故障消失。可以判斷為：微動開關及接線有接地的情況。

2.3 反饋電路

反饋電路是用于接收主斷路器的位置狀態，反饋電路通過插頭與主斷路器微動開關進行連接。在判斷這一部分電路的接地時，可以將插頭上的（11、12）（21、22）（7、8）（5、6）（18、19）（9、10）（16、17）（27、28）（32、33）點位分別進行短接。可以判斷是哪一條反饋支路出現了接地的情況。

3.結語

主斷路器是電力機車重要的部件之一。輔助控制回路的正極性線路單獨接地和負極性線路的單獨接地，亦是沒有大礙。一旦出現正負極線同時接地，對主斷路器本身以及相關的直流控制回路造成嚴重損害，使電力機車無法繼續運行。在出現單線接地或是接地阻值偏小時，電力機車電氣維修人員就要引起足夠的重視。盡早消除隱患，保障機車的安全運用。希望本文能給相關的檢修作業人員提供一定參考，啟發查找故障的思路。