專利名稱：一種列車供電系統(tǒng)的接地檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣設(shè)備的檢測方法，具體說是一種列車供電系統(tǒng)的接地檢測方法， 主要用于電力機(jī)車的列車供電系統(tǒng)的接地檢測。
背景技術(shù)：
自2004年鐵路第五次大提速以來，基于集中供電、分散變流的DC600V列車供電系統(tǒng) 正逐歩取代空調(diào)發(fā)電車的作用，已經(jīng)成為空調(diào)列車新型供電方式的主要發(fā)展方向。DC600V 列車供電系統(tǒng)采用集中供電分散變流的方式，即電力機(jī)車集中提供DC600V電源，客車進(jìn) 行分散變流。電力機(jī)車主變壓器的副邊有2個客車供電繞組，輸出單相AC860V電壓到相 控整流裝置，整流后輸出獨立的2路DC600V電源供給客車，容量2X400kW;客車上裝有 逆變器和充電器，將DC600V電壓逆變成三相AC380V電壓后供給空調(diào)機(jī)組等三相負(fù)載， 同時將DC600V電壓變換成DC110V電壓后供蓄電池充電、照明和其他控制系統(tǒng)用電。因 此電力機(jī)車DC600V列車供電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性對旅客列車安全運行和正常的服務(wù)工 作具有極其重要的作用。
電力機(jī)車DC600V列車供電系統(tǒng)由兩套完全獨立的供電系統(tǒng)構(gòu)成，其原理電路完全相 同。其中，主電路系統(tǒng)以I路供電系統(tǒng)為例，主電路系統(tǒng)原理圖見圖l。交流輸入電壓為 860V，經(jīng)真空接觸器13KM與快速熔斷器11FU到單相整流橋與電流傳感器IISC，通過變 壓器內(nèi)的濾波電抗器13L和柜內(nèi)的濾波電容器19C輸出直流電壓600V。整流橋的交流側(cè)， 并聯(lián)了由電阻21R，電容17C和壓敏電阻13RV組成的過電壓吸收電路與控制用同步變壓 器。同時，在交流側(cè)有元件擊穿短路時，快速熔斷器能快速熔斷保護(hù)，分?jǐn)嘀麟娐废到y(tǒng)， 避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。直流側(cè)還有空載電阻R1、 R2 (均為600歐)，與檢測用電流傳感
器iisc。
供電控制系統(tǒng)給定延時積分環(huán)節(jié)的預(yù)置值與電壓反饋信號比較，進(jìn)行調(diào)節(jié)器運算得出 晶閘管的觸發(fā)角，通過同歩處理與功率放大環(huán)節(jié)控制晶閘管的觸發(fā)脈沖模塊，經(jīng)隔離處理 控制晶閘管的開通。
3近幾年來，鐵道部為促進(jìn)鐵路節(jié)能降耗、提高運輸效益，大規(guī)模取消發(fā)電車，推廣電 力機(jī)車的DC600V列車供電系統(tǒng)。但DC600V列車供電系統(tǒng)的安全運行需要列車供電主電路 系統(tǒng)杜絕接地故障，因為在出現(xiàn)局部接地現(xiàn)象時會使主電路系統(tǒng)出現(xiàn)損毀事故，影響行車 安全。這就需要對主電路系統(tǒng)接地故障實時檢測并可靠保護(hù)?，F(xiàn)有的DC600V列車供電系 統(tǒng)采取了有源接地檢測方式或者無源高阻中點接地檢測的方式，前者存在可靠性不高，供 電回路與檢測電路未能隔離，電磁兼容性差等缺陷，后者存在保護(hù)值過于靈敏、易受機(jī)車 浮電位干擾、誤動作較多等缺點。'電力機(jī)車DC600V列車供電系統(tǒng)的接地故障主要是由于 電氣設(shè)備或者導(dǎo)線的絕緣造成的，與車體鋼結(jié)構(gòu)直接接觸的為"死接地"，裸露導(dǎo)線部分 通過空氣對鋼結(jié)構(gòu)放電或者通過絕緣物表面對鋼結(jié)構(gòu)爬電的為"活接地"。接地點出現(xiàn)兩 點以上，將導(dǎo)致短路故障而燒毀設(shè)備或?qū)Ь€，所以必須在列車供電主電路系統(tǒng)上安裝靈敏 可靠的接地檢測裝置，否則DC600V列車供電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性將難以保證。
這些問題主要是現(xiàn)有的DC600V列車供電系統(tǒng)采取了有源接地檢測方式(如附圖2所 示)或者無源高阻中點接地檢測的方式(如附圖3所示)。
有源接地檢測方式需要注入110V控制電路的信號，當(dāng)某個節(jié)點出現(xiàn)接地故障時，110V 的信號會通過電阻和繼電器構(gòu)成回路，檢測繼電器會有大電流流過，使繼電器跳開保護(hù)。
有源接地檢測方式(如附圖2所示)存在著一些缺陷供電回路與檢測電路未能隔離， 電磁兼容性差；機(jī)械動作繁瑣，機(jī)車運行時震動較大，檢測繼電器會發(fā)生觸點誤跳開，容 易發(fā)生誤報警；附件較多，包括了接地繼電器、限流電阻、繼電器的吸收電路等，檢修時 工作量大。
無源高阻中點接地檢測方式如圖3所示，電阻R3、 R4為接地檢測電阻，電阻值分別 為50K歐和36K歐，電壓傳感器13SV用于接地電壓檢測。當(dāng)DC600V干線上某點接地后， 控制裝置根據(jù)電壓傳感器13SV的信號變化，并與主電路系統(tǒng)中電壓傳感器IISV信號值比 較，計算(600V+) (600V-)干線對地電位差值的變化，同時判斷DC600V正線、負(fù)線接地 情況，保護(hù)動作則斷開交流側(cè)真空接觸器13KM。
采取無源高阻中點接地檢測方式后，由于接地電阻大、漏電流小，電壓傳感器13SV(半電壓)的信號變化比較平緩，控制精度不高，因此導(dǎo)致接地保護(hù)過于靈敏，不利于整 定接地判斷的門檻值。另外因為接地電阻高，電壓傳感器13SV易受電力機(jī)車浮電位干擾， 也容易導(dǎo)致接地檢測裝置誤動作。
因此很有必要對此加以深入研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有列車供電系統(tǒng)檢測方式可靠性不高，電磁兼容 性差，保護(hù)值過于靈敏、易受機(jī)車浮電位干擾、誤動作較多的情況，提出一種在接地方式 統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，可有效地進(jìn)行接地判斷，既保證發(fā)生接地時能可靠動作，又保證正常運行 時不誤動作的列車供電系統(tǒng)檢測方式。以保證旅客列車供電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，最大 限度地滿足旅客用電的需求。
根據(jù)本發(fā)明的目的所提出的技術(shù)實施方案是 一種列車供電系統(tǒng)檢測方式，采用無源 低阻中點接地檢測方式。所述的無源低阻中點接地檢測方式是在原有供電系統(tǒng)空載串接的 第一電阻Rl和第二電阻R2旁的正級線上并接有一接地電壓傳感器，接地電壓傳感器獨立 接地，且供電系統(tǒng)空載串接的第一電阻R1和第二電阻R2的中間引出一中間抽頭，在中間 抽頭與接地電壓傳感器獨立接地線之間至少接有一輔助電阻R3，輔助電阻R3分別與供電 系統(tǒng)空載第一電阻R1和第二電阻中間引出一中間抽頭和接地電壓傳感器的接地線相接， 形成列車供電系統(tǒng)的直流側(cè)發(fā)生接地的情況或者電氣絕緣等級下降的情況時，供電系統(tǒng)的
正線或者負(fù)線相當(dāng)于對地接入了一個電阻。其中，正線接地等效模型如圖6;負(fù)線接地等 效模型如圖7。所述的輔助電阻R3為1.5K電阻100W線繞電阻2個并聯(lián)，該電阻由接地 保護(hù)系統(tǒng)配置。在機(jī)車列車供電系統(tǒng)正常工作無接地的情況下，電壓傳感器的電壓反饋值 應(yīng)在300V左右。而一旦列車供電系統(tǒng)的直流側(cè)發(fā)生接地的情況或者電氣絕緣等級下降的 情況，供電系統(tǒng)的600V正線或者600V負(fù)線相當(dāng)于對地接入了一個電阻。
本發(fā)明利用MATLAB軟件對正線接地等效模型和負(fù)線接地等效模型進(jìn)行仿真，可計算 出正線或者負(fù)線接地時接地電壓傳感器的電壓值(又稱半電壓)。仿真出的結(jié)果與理論計 算、實際試驗均很接近。圖8為無源低阻中點接地時接地電壓傳感器13SV的電壓值與接地電阻的關(guān)系曲線，圖9為無源低阻中點接地時的漏電流及接地電阻曲線，從圖8和圖9 中可以看出采用無源低阻接地檢測方式后，接地電壓傳感器13SV的電壓值隨接地電阻值 變化大，易于整訂保護(hù)值。供電控制系統(tǒng)中的主控機(jī)根據(jù)半電壓及接地電阻曲線關(guān)系，再 結(jié)合全電壓傳感器11SV的電壓，可以很方便地判斷DC600V干線是否存在漏電流的問題，
并及時進(jìn)行保護(hù)動作。供電控制系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換單元將輸入的兩路模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號，并利用電壓差分原理進(jìn)行接地判斷，當(dāng)取樣電壓信號達(dá)到或超過設(shè)定值時，斷開 真空接觸器，并通過RS485通訊送出故障信號至司機(jī)臺的顯示屏。系統(tǒng)原理框圖如圖IO。 通過采用本發(fā)明，具有如下一些優(yōu)點
1、 本檢測方法對被檢測的DC600V供電系統(tǒng)幾乎沒有影響，是一種無源的檢測方式，能夠 準(zhǔn)確檢測供電回路中直流正極、負(fù)極的接地情況；
2、 本檢測方法的取樣網(wǎng)絡(luò)具有如下特征
① R1和R2要求阻值必須相等，均采用600歐姆電阻，便于參數(shù)統(tǒng)一。Rl、 R2串聯(lián)后， Rl的一端接DC600V正線，R2的一端接DC600V負(fù)線；
② R3為2個1.5K線繞電阻并聯(lián)，起到限流作用，保證在DC600V干線某點直接接地的 情況下，最大的接地電流不超過300mA，以滿足鐵標(biāo)的要求。R3的一端與R]、 R2串聯(lián)的 中點相連，另外一端接大地；
③ 接地電壓傳感器13SV， 一端與DC600V正線相連， 一端與R3接地的一端相連。
3、 供電控制系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換單元將輸入的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并利用電壓差分 原理進(jìn)行接地判斷，當(dāng)取樣電壓信號達(dá)到或超過設(shè)定值時，斷開真空接觸器，并送出故障 信號。
采用無源低阻中點接地檢測方法后，電力機(jī)車DC600V列車供電系統(tǒng)的接地檢測可靠性 大大提高，誤動的現(xiàn)象大大減少。


圖1現(xiàn)有列車供電主電路系統(tǒng)原理圖； 圖2有源接地檢測原理圖；圖3無源高阻中點接地檢測原理圖
圖4本發(fā)明主電路系統(tǒng)原理圖5無源低阻中點接地檢測原理圖6 DC600V正線接地等效模型；
圖7 DC600V負(fù)線接地等效模型；
圖8無源低阻中點接地時的半電壓及接地電阻曲線；
圖9無源低阻中點接地時的漏電流及接地電阻曲線；
圖IO無源低阻中點接地檢測系統(tǒng)原理圖11為供電控制系統(tǒng)實現(xiàn)無源低阻中點接地檢測程序算法流程圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。 實施例一
附圖4給出了一種列車供電系統(tǒng)檢測方式，采用無源低阻中點接地檢測方式。所述的 無源低阻中點接地檢測方式是在原有供電系統(tǒng)空載串接的第一電阻l (Rl)和第二電阻2 (R2)旁的正級線上并接有一接地電壓傳感器4，接地電壓傳感器4獨立接地，且供電系 統(tǒng)空載串接的第一電fel (Rl)和第二電阻2 (R2)的中間引出一中間抽頭，在中間抽頭 與接地電壓傳感器4獨立接地線之間至少接有一輔助電阻R3，輔助電阻3 (R3)分別與供 電系統(tǒng)空載第一電阻l (Rl)和第二電阻2 (R2)中間引出一中間抽頭和接地電壓傳感器 4的接地線相接，形成列車供電系統(tǒng)的直流側(cè)發(fā)生接地的情況或者電氣絕緣等級下降的情 況時，供電系統(tǒng)的正線或者負(fù)線相當(dāng)于對地接入了一個電阻。其中，正線接地等效模型如 圖6;負(fù)線接地等效模型如圖7。所述的輔助電阻3 (R3)為1. 5K電阻100W線繞電阻2 個并聯(lián)，該電阻由接地保護(hù)系統(tǒng)配置。在機(jī)車列車供電系統(tǒng)正常工作無接地的情況下，電 壓傳感器的電壓反饋值應(yīng)在300V左右。而一旦列車供電系統(tǒng)的直流側(cè)發(fā)生接地的情況或 者電氣絕緣等級下降的情況，供電系統(tǒng)的600V正線或者600V負(fù)線相當(dāng)于對地接入了一個 電阻。利用MATLAB軟件對正線接地等效模型和負(fù)線接地等效模型進(jìn)行仿真，可計算出正線 或者負(fù)線接地時接地電壓傳感器的電壓值(又稱半電壓)。仿真出的結(jié)果與理論計算、實 際試驗均很接近。圖8為無源低阻中點接地時接地電壓傳感器13SV的電壓值與接地電阻 的關(guān)系曲線，圖9為無源低阻中點接地時的漏電流及接地電阻曲線，從圖中可以看出采用 無源低阻接地檢測方式后，接地電壓傳感器13SV的電壓值隨接地電阻值變化大，易于整 訂保護(hù)值。供電控制系統(tǒng)中的主控機(jī)根據(jù)半電壓及接地電阻曲線關(guān)系，再結(jié)合全電壓傳感 器11SV的電壓，可以很方便地判斷DC600V干線是否存在漏電流的問題，并及時進(jìn)行保護(hù) 動作。供電控制系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換單元將輸入的兩路模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并利用 電壓差分原理進(jìn)行接地判斷，當(dāng)取樣電壓信號達(dá)到或超過設(shè)定值時，斷開真空接觸器，并 通過RS485通訊送出故障信號至司機(jī)臺的顯示屏。系統(tǒng)原理框圖如圖10。系統(tǒng)無源低阻 中點接地檢測方法的接地判斷算法如附圖ll所示。主要包括以下步驟
1、 起動檢測按"開始"按鈕，系統(tǒng)開始進(jìn)行檢測；
2、 通過兩路電壓采樣；
3、 正線接地計算；
4、 負(fù)線接地計算；
5、 判斷是否出現(xiàn)故障；
6、 如沒有出現(xiàn)故障，將返回檢測采樣，繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)檢測；如出現(xiàn)故障將進(jìn)行鎖定， 并送至顯示屏顯示； -
7、 檢測系統(tǒng)退出檢測。
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權(quán)利要求
1、一種列車供電系統(tǒng)的接地檢測方法，采用無源低阻中點接地檢測方式；其特征在于所述的無源低阻中點接地檢測方式是在原有供電系統(tǒng)空載串接的第一電阻(R1)和第二電阻(R2)旁的正級線上并接有一接地電壓傳感器，接地電壓傳感器獨立接地，且供電系統(tǒng)空載串接的第一電阻(R1)和第二電阻(R2)的中間引出一中間抽頭，在中間抽頭與接地電壓傳感器獨立接地線之間至少接有一輔助電阻(R3)，輔助電阻(R3)分別與供電系統(tǒng)空載第一電阻(R1)和第二電阻(R2)中間引出一中間抽頭和接地電壓傳感器的接地線相接，形成列車供電系統(tǒng)的直流側(cè)發(fā)生接地的情況或者電氣絕緣等級下降的情況時，供電系統(tǒng)的正線或者負(fù)線相當(dāng)于對地接入了一個電阻。
2、 如權(quán)利要求1所述的列車供電系統(tǒng)的接地檢測方法，其特征在于所述的輔助電 阻(R3)為1.5K電阻100W線繞電阻2個并聯(lián)，該電阻由接地保護(hù)系統(tǒng)配置。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的列車供電系統(tǒng)的接地檢測方法，其特征在于在機(jī)車列 車供電系統(tǒng)正常工作無接地的情況下，電壓傳感器的電壓反饋值應(yīng)在300V左右；而一旦 列車供電系統(tǒng)的直流側(cè)發(fā)生接地的情況或者電氣絕緣等級下降的情況，供電系統(tǒng)的600V 正線或者600V負(fù)線相當(dāng)于對地接入了一個電阻。
4、 如權(quán)利要求1所述的列車供電系統(tǒng)的接地檢測方法，其特征在于利用MATLAB 軟件對正線接地等效模型和負(fù)線接地等效模型進(jìn)行仿真，可計算出正線或者負(fù)線接地時接 地電壓傳感器的電壓值。
5、 如權(quán)利要求1所述的列車供電系統(tǒng)的接地檢測方法，其特征在于供電控制系統(tǒng) 的AD轉(zhuǎn)換單元將輸入的兩路模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并利用電壓差分原理進(jìn)行接 地判斷，當(dāng)取樣電壓信號達(dá)到或超過設(shè)定值時，斷開真空接觸器，并通過RS485通訊送出 故障信號至司機(jī)臺的顯示屏。
全文摘要
一種列車供電系統(tǒng)的接地檢測方法，采用無源低阻中點接地檢測方式；無源低阻中點接地檢測方式是在原有供電系統(tǒng)空載串接的第一電阻R1和第二電阻R2旁的正級線上并接有一接地電壓傳感器，接地電壓傳感器獨立接地，且供電系統(tǒng)空載串接的第一電阻R1和第二電阻R2的中間引出一中間抽頭，在中間抽頭與接地電壓傳感器獨立接地線之間至少接有一輔助電阻R3，輔助電阻R3分別與供電系統(tǒng)空載第一電阻R1和第二電阻中間引出一中間抽頭和接地電壓傳感器的接地線相接，形成列車供電系統(tǒng)的直流側(cè)發(fā)生接地的情況或者電氣絕緣等級下降的情況時，供電系統(tǒng)的正線或者負(fù)線相當(dāng)于對地接入了一個電阻。采用本發(fā)明的列車供電系統(tǒng)的接地檢測可靠性提高，誤動的現(xiàn)象減少。
文檔編號G01R31/02GK101609124SQ20091004383
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者曹偉宸, 李小平, 杰 蔡 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司