電力機車電氣線路結(jié)構(gòu)分析 電力機車主電路檢測及保護方式

檢測及保護方式任務(wù)一檢測及保護方式04欠電壓保護02接地保護03過電壓保護01過流保護05其他保護檢測及保護方式

為使機車乘務(wù)人員隨時了解機車的運行狀態(tài)，掌握牽引電動機的工作情況，機車通常設(shè)有各種檢測電路。機車主線路的交流側(cè)通過電流、電壓互感器對接觸網(wǎng)電壓、一次側(cè)電流進行檢測，牽引電機電流的檢測方式是用直流電流傳感器檢測牽引電機的電樞電流和勵磁電流（電氣制動狀態(tài)），檢測的電流信號接到安裝在司機臺的電流表上，直接向司機指示牽引電動機電流。電壓的檢測是用直流電壓傳感器，檢測獲得電壓信號后接到安裝在司機臺的電壓表上，直接向司機指示牽引電機電壓。為了保證電力機車可靠運行，在機車的電氣線路中必須設(shè)置一系列的保護，使機車線路在發(fā)生故障時迅速切斷相應(yīng)電路，避免機車電氣設(shè)備遭到損壞，或防止故障進一步擴大。當(dāng)機車故障不能及時排除時，還應(yīng)能夠方便地組成故障線路，使機車能在故障情況下維持運行。根據(jù)機車故障現(xiàn)象的不同性質(zhì)，線路中的保護一般分為過流保護（包括短路和過載保護）、接地保護、過電壓保護、欠電壓保護及其他一些特殊保護。保護的方式則根據(jù)故障對機車線路、電氣設(shè)備及對列車運行的影響大小而不同，有切斷機車的總電源，或切斷故障線路的電源.也可以僅給司乘人員以某種信號引起注意，還可以在故障發(fā)生后自動予以調(diào)整。檢測及保護方式過電流是指電氣設(shè)備過載、設(shè)備及線路短路引起的電流劇增。過電流容易造成電氣設(shè)備的絕緣老化，設(shè)備燒損嚴重的引起失火。機車上通常用斷路器、過載繼電器、自動開關(guān)和熔斷器進行過電流保護。電力機車的短路保護一般采用高速自動開關(guān)或主斷路器。在整流器機車上，變壓器的一次側(cè)設(shè)有過流保護繼電器，當(dāng)變壓器一次側(cè)或二次側(cè)發(fā)生短路時，均引起變壓器一次側(cè)電流劇增，超過保護繼電器動作值而使其動作時，使主斷路器跳閘。牽引電動機的過載保護多采用電磁式過載繼電器。牽引電動機回路中的母線穿過繼電器鐵心，當(dāng)牽引電動機過載電流超過繼電器動作值時，繼電器動作，引起主斷路器跳閘。對于相控機車，用直流互感器檢測牽引電動機電流，并把過載信號送人牽引過載繼電器，此時不僅要切斷機車總電源，同時還要封鎖電子觸發(fā)線路。電氣制動時的牽引電動機過載也可用過載繼電器，但一般不切斷機車總電源，而只切斷勵磁回路電源，同時封鎖相應(yīng)的電子觸發(fā)線路。輔助線路的過電流保護有兩種保護方式，一種是通過過流繼電器切斷機車總電源;另一種是切斷輔助線路電源。后者對機車運行有利，但須增設(shè)一斷路器。對于控制線路及其他部件（如電爐、電熱玻璃等）的過載一般采用熔斷器、自動開關(guān)等進行保護。過流保護檢測及保護方式機車上電氣設(shè)備或電氣線路因絕緣破壞、飛弧或其他意外情況，使帶電導(dǎo)體與金屬部分接觸即為接地。根據(jù)接地點是否穩(wěn)定分為“死接地”和“活接地”，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)放電或通過絕緣物表面對鋼結(jié)構(gòu)爬電的為“活癢地”。接地將導(dǎo)致短路故障而燒損設(shè)備或?qū)Ь€，因此在電力機車的主線路和輔助線路必要時，控制線路中必須設(shè)有接地保護。主要的接地保護手段是采用接地繼電器。接地保護裝置如圖1所示。圖中_/為接地繼電器，正常運行時，繼電器J中不通過電流而處于釋放狀態(tài)。當(dāng)主線路任一點接地時，直流電源E可通過J與線路中接地點構(gòu)成回路，使接地繼電器動作。這種保護裝置消除了保護“死區(qū)”，保證了接地保護的可靠性。由于主線路對地電位處于浮動狀態(tài)，在回路與地（車體）之間具有潛布的電容電流，該電流經(jīng)過接地繼電器有可能造成繼電器的誤動作。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，在接地繼電器線圈兩端并聯(lián)一電阻於，使部分電容電流通過電阻，減小了接地繼電器中的電容電流，使其不致誤動作。此外，該電阻還可在線路發(fā)生接地的瞬間，避免過電壓對接地繼電器本身的危害。發(fā)生接地故障后，如運行途中不能及時處理而需要維持機車運行時，在確認只有一點接地時，可以用故障轉(zhuǎn)換開關(guān)將接地繼電器切除，在圖1中，將轉(zhuǎn)換開關(guān)由1位轉(zhuǎn)至2位，將主線路經(jīng)由一大電阻R接地，維持機車運行。接地保護檢測及保護方式接地保護圖1、接地保護裝置原理檢測及保護方式

過電壓是指對電氣設(shè)備絕緣有危險的電壓升高，它是由系統(tǒng)的電磁能量發(fā)生瞬間突變所引起的，對電力機車的電氣設(shè)備會造成嚴重損害，如使絕緣擊穿、電機環(huán)火等。過電壓主要有兩種，一種是大氣過電壓（外部過電壓），它是由外部直擊雷或雷電感應(yīng)突然加到機車上引起的；另一種是操作過電壓（內(nèi)部過電壓），由線路本身的變化產(chǎn)生，如切斷感性回路、整流裝置換相或故障等引起的機車內(nèi)部電磁能量的振蕩、積聚、釋放。這兩種過電壓產(chǎn)生時，電壓增長速度很快，以沖擊波形式岀現(xiàn)，因而一般不用帶有傳動件的電器保護。為防止大氣過電壓帶來的危害，一般在機車頂部裝有放電間隙或避雷器，如圖2所示。當(dāng)大氣過電壓襲擊時，若電壓大于放電間隙的擊穿電壓，則放電間隙FDQ被擊穿成短路狀態(tài)直接接地，將過電壓的能量排泄掉，使過電壓不致進入機車內(nèi)部。過電壓保護圖2、放電間隙檢測及保護方式

對于低于放電間隙擊穿電壓的過電壓，則可以進人機車內(nèi)部，雖然是變壓器和主斷路器所能承受的，但它可通過電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)進人變壓器二次側(cè)，仍能損壞機車內(nèi)部的其他電氣設(shè)備。另外，機車操作過電壓對電氣設(shè)備也有損害。因此對這兩種過電壓的保護采用阻容吸收電路，如圖3所示。但是，這種過電壓由于增長得比較緩慢，且幅值不是太大，因而危害也小些，不需要專設(shè)保護裝置，僅靠儀表監(jiān)視或給司機以某種信號（如裝設(shè)過壓音響信號），引起司機注意，通過操作來消除。阻容吸收電路是由電阻與電容串聯(lián)而成的支路構(gòu)成，并接在變壓器二次側(cè)繞組處。電容元件具有端電壓不能躍變的特性，可抑制尖峰狀過電壓。為了避免電容與電感產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，在保護電路中串入阻尼電阻，待過電壓消失后，電容再通過串聯(lián)的電阻構(gòu)成放電回路而緩慢放電。除上述兩種過電壓外，運行中還會出現(xiàn)緩慢增加的過電壓，如由于網(wǎng)壓的波動有時會使?fàn)恳妱訖C的電壓超出額定電壓。再如機車在電氣制動時，牽引電機作為發(fā)電機運行的發(fā)電電壓也會由于各種原因超過額定電壓(如運行速度較高、勵磁電流較大等)。過電壓保護檢測及保護方式過電壓保護圖3、阻容吸收電路過電壓保護檢測及保護方式

欠電壓的產(chǎn)生是由于接觸網(wǎng)的電壓過低或者突然失壓.當(dāng)接觸網(wǎng)電壓過低時，使機車不能以正常功率運行，輔助機組不能正常工作，在再生制動時很容易使逆變失控，接觸網(wǎng)電壓消失時，機車當(dāng)然要停止運行，但如果電壓又突然恢復(fù)，會造成電氣及機械上很大的沖擊，這是不能允許的，因而也必須進行保護。在整流器機車上，一般在變壓器的輔助繞組上裝設(shè)欠電壓繼電器或電子裝置，當(dāng)電壓低于某一數(shù)值時，通過欠電壓繼電器或電子裝置都能使主斷路器跳閘保護。在機車運行過程中受電弓短暫離線會使機車失壓，這種情況是允許的，此欠電壓繼電器應(yīng)有適當(dāng)?shù)难訒r。欠電壓保護檢測及保護方式

除了以上介紹的幾種保護以外，在電力機車上還有一些其它的保護，如防空轉(zhuǎn)保護、再生制動時的特殊保護，以及油流、風(fēng)速監(jiān)視等。大功率的貨運電力機車在牽引狀態(tài)下運行時，容易發(fā)生空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生空轉(zhuǎn)后，黏著條件被破壞，造成牽引力喪失，牽引電動機轉(zhuǎn)速劇增，易造成轉(zhuǎn)子綁線甩開、絕緣損壞形成“掃膛”等。同時空轉(zhuǎn)也會增加機車輪箍的磨耗，因而在機車上應(yīng)設(shè)有防空轉(zhuǎn)保護。防空轉(zhuǎn)保護的方法有很多種，一般取牽引電動機的電流、電壓或速度作為信號，將各電機信號進行比較，規(guī)定一差值限度，當(dāng)電機之間的差值超過這一差值限度時，即視為牽引電動機發(fā)生了空轉(zhuǎn)，這時可通過電子裝置自動降低牽引電動機的電壓，以減小機車牽引力，使之恢復(fù)到黏著條件之內(nèi)。也有的機車在發(fā)生空轉(zhuǎn)時通過保護裝置使機車動輪自動地小量上閘來制止空轉(zhuǎn)。對于防空轉(zhuǎn)來說，目前大量的保護裝置都是在機車發(fā)生了空轉(zhuǎn)現(xiàn)象后，采取措施迅速地阻止其發(fā)展而恢復(fù)粘著狀態(tài)。比較理想的保護方法應(yīng)該是空轉(zhuǎn)即將發(fā)生時，將其滑動過程（即空轉(zhuǎn)意識）測出，從而防止空轉(zhuǎn)發(fā)生。其他保護檢測及保護方式

先進的防空轉(zhuǎn)保護是利用儀器對車軸的振動進行測量，由于一個輪對的兩個輪子的黏著情況是不同的，當(dāng)空轉(zhuǎn)發(fā)生時，必然是其中的一個輪子首先失去黏著力，這樣就在車軸內(nèi)形成一種特有的振動，用一種儀器將此時的振動測出之后，以此作為控制信號來對機車進行自動調(diào)整，這樣可以更有效地防止空轉(zhuǎn)發(fā)生。對于進行再生制動，其保護原則與牽引時有很大的區(qū)別，整流器電力機車在再生制動時，如果電網(wǎng)電壓突然消失，即變壓器二次側(cè)繞組電勢消失，相當(dāng)于發(fā)電機的負載消失而造成失壓短路。因此這種機車除對受電弓的性能要求較高，再生制動工況實施雙弓運行外，