電力機車車頂高壓絕緣檢測系統(tǒng)應(yīng)用分析.doc

1、。電力機車車頂高壓絕緣檢測系統(tǒng)應(yīng)用分析摘 要：文章介紹了一種電力機車車頂高壓絕緣檢測裝置，它利用機車已有的高壓電壓互感器及蓄電池電源在互感器的一次側(cè)模擬接觸網(wǎng)電壓，檢測車頂高壓設(shè)備絕緣狀態(tài)，從而避免因機車車頂絕緣狀態(tài)不良造成的弓網(wǎng)事故。關(guān)鍵詞：高壓絕緣檢測；弓網(wǎng)電壓；逆變電源；閉環(huán)控制近年來，隨著我國電氣化鐵路的不斷增多，電力機車的應(yīng)用也越來越廣泛。由于電力機車的高壓電氣設(shè)備為戶外安裝，這就要求它們與機車車頂之間有良好的高壓絕緣性能，以防止風(fēng)、砂、雨、雪等惡劣天氣及雷電過電壓的侵襲。當(dāng)電力機車車頂高壓電氣設(shè)備發(fā)生故障，造成高壓設(shè)備接地或與車頂間絕緣降低時，一旦升弓輕則造成受電弓滑板與接觸網(wǎng)粘接

2、，重則燒損接觸網(wǎng)，影響大面積接觸網(wǎng)線路，嚴(yán)重影響鐵路正常運營秩序。為此，中國鐵路總公司針對如何檢測機車車頂高壓絕緣狀態(tài)做了大量的研究，并從 2014 年起，在機車上陸續(xù)加裝了機車車載安全防護系統(tǒng)，本文對該系統(tǒng)中高壓絕緣檢測裝置的設(shè)計、原理和應(yīng)用進(jìn)行分析和介紹。1 如何檢測車頂高壓設(shè)備的絕緣精選資料，歡迎下載。機車上的高壓電壓互感器具有檢測接觸網(wǎng)電壓的作用，它通過固定的變比將接觸網(wǎng)的高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓加載到網(wǎng)壓表上，以顯示網(wǎng)壓狀態(tài)。以HXD3型機車為例，當(dāng)接觸網(wǎng)電壓為25kV 時，高壓電壓互感器二次繞組感應(yīng)電壓為100V。反之，在二次繞組側(cè)施加AC100V電壓時，在一次側(cè)也會感應(yīng)出25kV 的空

3、載電壓。當(dāng)車頂高壓設(shè)備與車頂之間的絕緣降低時，一次繞組的等效阻抗會減小，一次繞組電流隨之增大，根據(jù)互感器的原理，二次繞組電流也將增大，從而影響到二次繞組的電壓，通過高壓電壓互感器的一、二次繞組的電壓變化就可以實現(xiàn)檢測車頂高壓設(shè)備絕緣狀態(tài)的目的。2 高壓絕緣檢測裝置的原理闡述高壓絕緣檢測裝置通過閉環(huán)開關(guān)電源檢測技術(shù)和直流逆變交流技術(shù)有機結(jié)合，將機車蓄電池輸出的直流電，通過逆變將其轉(zhuǎn)化為正弦交流電加到高壓電壓互感器的二次側(cè)，從而使高壓電壓互感器的一次側(cè)感應(yīng)出25kV 高壓電模擬弓網(wǎng)電壓。當(dāng)高壓車頂絕緣狀態(tài)下降時，一次側(cè)等效阻抗下降，電流增加，當(dāng)?shù)刃ё杩瓜陆档揭欢ǔ潭葧r，由于高壓絕緣檢測裝置加到互感

4、器次邊的電流被限定在一定范圍，所以為了維持電流到某一限定值，施加到互感器上的電壓會隨著阻抗的下降而下降，按照這個原理通過模擬加載電壓的大小就可以等效出車頂高壓設(shè)備的絕緣狀態(tài)。精選資料，歡迎下載。2.1直流逆變電源高壓絕緣檢測裝置需要的電源來自于機車的蓄電池，電壓范圍在 77138V 之間，輸入電壓先通過直流濾波器濾去高次諧波，再經(jīng)過 DC/DC降壓模塊將直流電壓降低。這是由于機車模擬阻抗較低，同時受到高壓電壓互感器的最大功率限制，所以采用標(biāo)準(zhǔn) 100V 輸出會導(dǎo)致輸出電流過大，對高壓電壓互感器造成影響。通過降壓的直流電再經(jīng)過 PWM控制的逆變器，將輸出電壓控制在 AC50V， 50Hz，由于采

5、用了 PWM調(diào)制技術(shù)，輸出電壓的大小和頻率都可以進(jìn)行微調(diào)，同時設(shè)置了過壓、過載、短路保護措施，使該電源具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。由于輸出電壓為50V，為了與其他機車的高壓絕緣檢測裝置的外部特性進(jìn)行統(tǒng)一，采用當(dāng)量顯示法，將實際 12.5kV顯示為 25kV，便于操作及參看。2.2保護電路高壓絕緣檢測裝置操作時會在車頂受電弓部分加載試驗高電壓，所以操作前必須確認(rèn)處于安全操作狀態(tài)，即無論處于庫內(nèi)還是在線運用，必須確認(rèn)機車處于降弓停車、主斷路器斷開狀態(tài)，并必須確認(rèn)機車車頂無人操作并鎖閉活動天窗。高壓絕緣檢測裝置利用了機車原有的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。當(dāng)使用絕緣檢測裝置檢測車頂高壓設(shè)備絕緣狀態(tài)時，只有受電精選資料

6、，歡迎下載。弓降下且車頂天窗處于鎖閉狀態(tài)時才能從機車上拔下藍(lán)鑰匙，而藍(lán)鑰匙又是控制高壓絕緣檢測裝置電源接通的開關(guān)，只有用藍(lán)鑰匙打開高壓絕緣檢測裝置上的電源，高壓絕緣檢測裝置才能進(jìn)行絕緣測試。通過電氣連鎖確認(rèn)受電弓降下并且確認(rèn)車頂無人且車頂天窗鎖閉，可以確保高壓絕緣測試安全進(jìn)行。2.3閉環(huán)控制技術(shù)閉環(huán)控制是基于反饋原理建立的自動控制系統(tǒng)。所謂反饋原理，就是根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來進(jìn)行控制，即通過比較系統(tǒng)行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。高壓絕緣檢測裝置采用閉環(huán)控制技術(shù)對高壓電壓互感器二次側(cè)的電流進(jìn)行控制，當(dāng)機車車頂絕緣狀態(tài)下降時，一次側(cè)電流會增大，同時，根據(jù)互感器

7、的原理，二次側(cè)電流會隨之增大，二次側(cè)電流的信號采樣后會被輸送到PWM控制器中，通過控制器中的控制算法改變 PWM波的占空比，從而降低交流輸出電壓，達(dá)到控制二次側(cè)電流的目的。3 運用案例分析2014 年，某 HXD3型機車承擔(dān)貨運牽引任務(wù)。列車于1：56 分開車， 5：57 分到站，停車后司機斷電、降弓，?k 理直供電交接。車輛乘務(wù)員摘除列供重聯(lián)線后，司機準(zhǔn)備升弓，按程序使用 “ 6A 系統(tǒng)車頂高壓絕緣檢測功能”檢測機車車頂精選資料，歡迎下載。高壓設(shè)備絕緣情況， “ 6A 系統(tǒng)”顯示報警不通過。機車升弓前，乘務(wù)員首先確認(rèn)網(wǎng)側(cè)感應(yīng)電壓。確認(rèn)網(wǎng)側(cè)感應(yīng)電壓為零后，使用“ 6A 系統(tǒng)車頂絕緣檢測裝置”進(jìn)

8、行車頂設(shè)備絕緣檢測，檢測結(jié)果顯示車頂絕緣不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，判定機車車頂高壓設(shè)備絕緣不良。綜合現(xiàn)場檢查情況，并根據(jù)“ 6A 系統(tǒng)”車頂絕緣檢測故障記錄，分析可能造成本次故障的原因是：該機車在嚴(yán)重霧霾天氣下長時間運行，影響車頂高壓設(shè)備絕緣性能，導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)感應(yīng)電壓為零，并且乘務(wù)員使用“6A 系統(tǒng)”連續(xù)三次車頂絕緣測試，絕緣值均遠(yuǎn)低于系統(tǒng)門限值 15kV，絕緣報警，更進(jìn)一步證明當(dāng)時機車車頂高壓設(shè)備絕緣狀態(tài)不良。通過高壓絕緣檢測裝置，有效的避免了機車盲目升弓可能導(dǎo)致的弓網(wǎng)事故。4 結(jié)束語高壓絕緣檢測裝置作為機車車載安全防護系統(tǒng)的重要組成部分，在檢測機車車頂高壓設(shè)備絕緣狀態(tài)方面起到了重要作用。運用機車每次出庫前進(jìn)行一次絕緣檢測，確認(rèn)裝置及機車絕緣狀態(tài)， 如發(fā)現(xiàn)絕緣檢測裝置報警，不可盲目升弓，將兩個受電弓通過高壓隔離開關(guān)分別隔離后單獨測試絕緣，以此確定并隔離故障受電弓后方可升弓。這樣可以有效的減少弓網(wǎng)事故，保障機車運行安全和鐵路運營秩序。參考文獻(xiàn)精選資料，歡迎下載。1 許玉清，張建朝，朱賀棟 . 電力機車車頂高壓設(shè)備絕緣故障檢測 J. 株洲：機車電傳動， 2005（ 2）： 59-60.2 毛紅軍 . 電