劉峰

【關(guān)鍵詞】DC600V 供電系統(tǒng) 漏電流

鐵路旅客列車作為一個(gè)移動(dòng)的供電電網(wǎng)，其客車本身一般沒有發(fā)電裝置，客車用電依靠貫通列車供電電網(wǎng)提供，列車的供電電網(wǎng)又由專門的列車供電裝置提供電能，可以滿足較多地設(shè)備用電需求。為滿足旅客列車大功率用電的需求，以往25G、25K型旅客列車的供電主要是通過加掛一節(jié)柴油發(fā)電車來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行成本非常高、空氣和噪音污染大、能源轉(zhuǎn)換效率低等問題。為適應(yīng)建設(shè)和諧社會(huì)、促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，按照鐵路總公司發(fā)展的戰(zhàn)略要求，旅客列車編組要逐步取消柴油發(fā)電車，全部由電力機(jī)車供電系統(tǒng)進(jìn)行直供電。

自2004年鐵路大提速以來，集中供電、分散變流的DC600V供電系統(tǒng)正逐步取代空調(diào)發(fā)電車的作用，成為空調(diào)列車新型供電方式的主要發(fā)展方向：電力機(jī)車設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立的供電繞組， 輸出額定AC860V電壓到DC600V供電系統(tǒng)，經(jīng)整流后輸出獨(dú)立的兩路DC600V電源提供給客車，額定輸出功率為2×400 kW；每節(jié)客車上都裝有逆變器和充電機(jī)等變流設(shè)備， 逆變器將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)載使用，充電機(jī)將DC600V電壓變換成DC110V電壓后供電池充電、照明和控制系統(tǒng)用電。

DC600V供電系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用時(shí)反映最多的是“漏電”問題，漏電原因有很多種，如機(jī)車供電柜接地、供電電纜磨損、機(jī)車和客車連接器進(jìn)水、客車負(fù)載接地或絕緣性下降等。根據(jù)鐵路總公司制定的《Q/CR 302-2014 旅客列車DC600V供電系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)》，DC600V供電系統(tǒng)的漏電流檢測(cè)電路已在標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了規(guī)定，為了保證整個(gè)系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，如何有效地進(jìn)行供電系統(tǒng)直流輸出側(cè)的漏電判斷就成了關(guān)鍵問題，既要保證系統(tǒng)發(fā)生漏電時(shí)能可靠動(dòng)作，又要保證系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不誤動(dòng)作影響正常列車供電。

1 列車供電系統(tǒng)

電力機(jī)車DC600V供電系統(tǒng)由兩套相同的供電回路組成，其電路結(jié)構(gòu)完全相同，其主電路形式如圖1所示：?jiǎn)蜗嘟涣?60V輸入經(jīng)接觸器與熔斷器到單相整流電路，通過平波電抗器和電容組成的濾波電路輸出直流600V。根據(jù)鐵路總公司的規(guī)定，DC600V供電系統(tǒng)必須采用電阻中點(diǎn)接地的方式，因此系統(tǒng)直流側(cè)還設(shè)有接地檢測(cè)用電阻網(wǎng)絡(luò)（由R1、R2和R3組成）和檢測(cè)用電壓傳感器UJD，R1、R2和R3的阻值在標(biāo)準(zhǔn)中都統(tǒng)一進(jìn)行規(guī)定，前兩者阻值為600歐，后者為750歐。

2 電路分析

在電力機(jī)車DC600V供電系統(tǒng)正常工作無接地的情況下，電壓傳感器Ujd的正常反饋值為輸出電壓的一半，即300V左右。而一旦DC600V供電系統(tǒng)的直流側(cè)出現(xiàn)正線或者負(fù)線漏電的情況，電壓傳感器Ujd的反饋值都會(huì)出現(xiàn)較大的偏離：正線接地的情況下，Ujd的反饋值從300V逐漸下降到0V；負(fù)線接地的情況下，Ujd的反饋值從300V逐漸上升到600V。

如果電力機(jī)車供電系統(tǒng)保持DC600V輸出穩(wěn)定不變的情況下，根據(jù)圖1所示的電路推算，輸出正線接地時(shí)UJD和對(duì)地等效電阻R的函數(shù)關(guān)系滿足式（1）：

Ujd=300*R/（1050+R） （1）

如果電力機(jī)車供電系統(tǒng)保持DC600V輸出穩(wěn)定不變的情況下，根據(jù)圖1所示的電路推算，輸出負(fù)線接地時(shí)UJD和對(duì)地等效電阻R的函數(shù)關(guān)系滿足式（2）：

Ujd=600-300*R/（1050+R） （2）

如圖2所示為對(duì)地等效電阻R=1000Ω時(shí)輸出正線/輸出負(fù)線接地時(shí)仿真波形圖（Udc表示供電系統(tǒng)輸出電壓，Ujd表示傳感器Ujd電壓），系統(tǒng)空載和負(fù)載時(shí)波形一致，與負(fù)載大小無關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3 解決方法

通過現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)地試驗(yàn)驗(yàn)證，電力機(jī)車DC600V供電系統(tǒng)通過檢測(cè)電壓傳感器Ujd的反饋值即可準(zhǔn)確檢測(cè)到系統(tǒng)漏電流的變化情況，供電控制系統(tǒng)通過設(shè)置合理的漏電流判斷門檻即可安全地保護(hù)整個(gè)DC600V供電系統(tǒng)：

（1）電力機(jī)車供電系統(tǒng)輸出電壓為DC600V時(shí)，電壓傳感器Ujd的反饋值小于130V（正線接地）或大于470V（負(fù)線接地），系統(tǒng)等效漏電流大于160mA時(shí)，供電系統(tǒng)的漏電流檢測(cè)保護(hù)應(yīng)動(dòng)作；

（2）機(jī)車供電系統(tǒng)輸出電壓為DC600V時(shí)，電壓傳感器UJD的反饋值大于200V（正線接地）或小于400V（負(fù)線接地），系統(tǒng)等效漏電流小于100mA時(shí)，供電系統(tǒng)的漏電流檢測(cè)保護(hù)應(yīng)動(dòng)作；

（3）供電控制系統(tǒng)在檢測(cè)漏電流達(dá)到動(dòng)作值且持續(xù)30s后，發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)，并予以保持，可通過相應(yīng)開關(guān)清除復(fù)位。

另外為了貫徹電力機(jī)車和客車之間的分級(jí)保護(hù)原則，整列客車的每節(jié)車廂電氣綜合控制柜內(nèi)設(shè)本車DC600V在線絕緣檢測(cè)裝置，在本車直流漏電電流超過設(shè)定值100mA時(shí)，等效干線對(duì)地接地電阻為2000歐，延時(shí)不超過2s，可切除本車DC600V用電。

4 結(jié)束語

通過對(duì)電力機(jī)車DC600V供電系統(tǒng)漏電的理論分析，總結(jié)出了電壓傳感器Ujd的輸出變化規(guī)律，并驗(yàn)證了合理的漏電判斷門檻值。通過電力機(jī)車DC600V供電系統(tǒng)和客車間的高壓試驗(yàn)和驗(yàn)證，其接地判斷方法準(zhǔn)確可靠，目前已經(jīng)應(yīng)用于數(shù)千臺(tái)客運(yùn)電力機(jī)車DC600V供電系統(tǒng)中，有效地解決了系統(tǒng)的漏電問題，充分保障了鐵路客車的安全運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

[1]王小方.電力機(jī)車DC600V供電系統(tǒng)的改進(jìn)[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2004（04）：41-44.