龐松華

（國(guó)能集團(tuán)準(zhǔn)能公司哈爾烏素露天礦 設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

GE 控制系統(tǒng)（GE320AC，GE240AC）是美國(guó)通用電氣公司開(kāi)發(fā)的用于礦用電動(dòng)輪卡車的控制系統(tǒng)。黑岱溝露天煤礦、哈爾烏素露天煤礦、平朔露天煤礦等都大量使用此電控系統(tǒng)的卡車，承擔(dān)著礦山開(kāi)采中主要的運(yùn)輸任務(wù)，例如MT4400 卡車、小松930E-4、湘電SF33900 卡車。采用交-直-交電傳動(dòng)系統(tǒng)，交流發(fā)電機(jī)發(fā)出三相交流電，經(jīng)過(guò)硅整流器通過(guò)三相橋式整流后變成直流電，再經(jīng)過(guò)逆變器，將直流電變成可變頻率的三相交流電，以供給各個(gè)牽引電機(jī)使用。逆變后的三相交流電的頻率根據(jù)需要是可控制的，這就是目前AC 型礦用車的傳動(dòng)方式[1]。其中直流母線的最高電壓可達(dá)l 500 V。為防止卡車發(fā)電機(jī)部分、整流橋、直流母線、電阻柵、電動(dòng)輪、變頻器和電纜由于絕緣損壞導(dǎo)致的短路故障的發(fā)生，GE 設(shè)計(jì)了接地故障檢測(cè)電路。主要由GRR、GRR9、GRR10、FB173 卡部分組成。

1 主要部件的作用及接地保護(hù)電路工作原理

接地保護(hù)電路原理圖如圖1。GRR 和GRR9、GRR10、FB173 卡組成接地故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)主回路發(fā)生接地故障時(shí)，有接地電流流過(guò)GRR9 和GRR10電阻，輸入到FB173 卡。接地電流足夠大時(shí)GE 控制系統(tǒng)產(chǎn)生2-1 接地故障代碼。2-1 代碼禁止產(chǎn)生直流母線電壓，卡車失去牽引和動(dòng)態(tài)制動(dòng)，直流母線電壓≥1 000 V 時(shí)，接地故障電流報(bào)警閾值為641 ma，超過(guò)閾值會(huì)產(chǎn)生故障代碼2-1?？ㄜ囋谡＿\(yùn)行時(shí)有200 ma 以下的接地電流，為正?，F(xiàn)象。

圖1 接地保護(hù)電路原理圖

1）GRR（ground rekly resister）接地傳送電阻。GRR 安裝在電氣柜后面散熱網(wǎng)孔內(nèi)，由8 個(gè)375 Ω/300 W 電阻分2 組串聯(lián)構(gòu)成，串聯(lián)電阻一端“N2A”接線端由DCP20 電纜連接到直流母線正級(jí)上（DC LINK+）；另一端“N2H”接線端由DCN20 電纜連接到直流母線負(fù)級(jí)（DC LINK-）；中間“N2D”和“N2E”接線端短接。從“N2E”點(diǎn)輸出電壓信號(hào)輸出到GRR9和GRR10 上，起到承載接地電壓和分壓傳送信號(hào)的作用。若RP2 接觸器沒(méi)有閉合，由于GRR 和FDR 跨接在直流母線上，所以起到了釋放電壓的作用。

2）GRR9 和GRR10。GRR9 和GRR10 安裝位置都在ICP（綜合控制盤）電氣柜內(nèi)，分別由50 Ω/100 W 和10 Ω/100 W 的電阻組成，CRR9 電阻的B 點(diǎn)與N2E 端子相連，A 點(diǎn)與CRR10 電阻A 點(diǎn)相連，GRR10 電阻的B 點(diǎn)與卡車車架相連接。起到承載進(jìn)一步降低傳送信號(hào)電壓的作用，給FB173 卡傳輸信號(hào)。例如直流母線電壓為1 000 V，在直流母線上接地，則wPTU GFAULT 為641 mA。

3）FB173 卡。FB173 卡位于ICP 控制盒內(nèi)，位于6 號(hào)卡槽內(nèi)，是PSC（推進(jìn)系統(tǒng)控制器）的模擬輸入輸出卡。FB173 卡的94 針與GRR9 的A 點(diǎn)連接，F(xiàn)B173 卡的96 針與GRR10 的B 點(diǎn)連接，通過(guò)這2個(gè)針腳的電流來(lái)計(jì)算接地電流的大小，傳輸?shù)絇SC CPU 卡內(nèi)，進(jìn)行檢測(cè)和故障報(bào)警。

2 接地故障點(diǎn)位置快速判斷方法

1）通過(guò)wPTU Toolbox 軟件來(lái)判斷接地故障位置。wPTU Toolbox 是GE 系統(tǒng)卡車專用的軟件，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的檢測(cè)和故障的記錄等強(qiáng)大的功能。在卡車運(yùn)行中，通過(guò)檢測(cè)軟件內(nèi)PSC 系統(tǒng)中LINKV（DC Link Voltage）和LINK-POS（DC Link Voltage to Positive Ground）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以判斷接地故障大概范圍[2-3]：①?zèng)]有接地時(shí)LINK-POS 值約為L(zhǎng)INKV 的1/2；②LINKV 約等于0 時(shí)表示接地點(diǎn)發(fā)生在正極直流母線側(cè)，用萬(wàn)用表紅黑表筆測(cè)量CRR10 電阻的A，B 端，萬(wàn)用表讀數(shù)（電壓）為負(fù)，同時(shí)系統(tǒng)高壓指示燈CCL1 和CCL2 的其中1 個(gè)燈珠不亮；③LINKV約等于LINKV-POS 時(shí)表示接地點(diǎn)發(fā)生在負(fù)極直流母線側(cè)，此時(shí)不需要對(duì)發(fā)電機(jī)交流部分進(jìn)行檢查，用萬(wàn)用表紅黑表筆測(cè)量CRR10 電阻的A，B 端，萬(wàn)用表讀數(shù)（電壓）為正，同時(shí)系統(tǒng)高壓指示燈CCL1 和CCL2 的其中1 個(gè)燈珠不亮；④LINKV-POS 信號(hào)不斷變化時(shí)表示接地點(diǎn)發(fā)生在發(fā)電機(jī)交流側(cè)，所以此時(shí)不需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)直流部分進(jìn)行檢查。

2）判斷電動(dòng)輪部分接地的方法?？ㄜ囉? 個(gè)電動(dòng)輪，分左側(cè)和右側(cè)，每一側(cè)電動(dòng)輪部分都包含其對(duì)應(yīng)的變頻器。首先判斷是否變頻器或電動(dòng)輪部分接地，通過(guò)駕駛室DID 操作面板分別切除變頻器1 或變頻器2；在牽引卡車后，檢查是否發(fā)生2-1 接地故障代碼，從而判斷是哪一側(cè)的電動(dòng)輪部分發(fā)生接地。若切除兩側(cè)變頻器后仍然發(fā)生2-1 接地故障代碼，判斷非電動(dòng)輪部分接地。

3）測(cè)試接地故障電路。發(fā)動(dòng)機(jī)熄火且釋放母線電壓后，在GRR9 電阻的B 端施加24 V 電壓；測(cè)量GRR10 電壓；在PSC wPTU 可讀到V（GRR10）×100數(shù)值為接地測(cè)試電流值。對(duì)比wPTU GFAULT 數(shù)值可以測(cè)試FB173 卡的監(jiān)測(cè)功能是否完好。

3 接地故障處理

3.1 交流部分接地故障處理

判斷為交流部分接地故障時(shí)，可斷開(kāi)整流橋A、B、C 連接線，用工具檢查交流部分接地點(diǎn)，檢查是否主發(fā)內(nèi)部接地，三相輸出電纜是否有磨損?？上葘?duì)輸出電纜拿兆歐表進(jìn)行測(cè)量，如果發(fā)現(xiàn)接地再拆主發(fā)動(dòng)機(jī)上的接線盒，判斷連接電纜還是主發(fā)動(dòng)機(jī)本身接地[4]。

測(cè)量前，應(yīng)將兆歐表保持水平位置，左手按住表身，右手搖動(dòng)兆歐表?yè)u柄，轉(zhuǎn)速約120 r/min，指針應(yīng)指向無(wú)窮大，否則說(shuō)明兆歐表有故障，搖動(dòng)兆歐表時(shí)，不能用手接觸兆歐表的接線柱和被測(cè)回路，以防觸電。在測(cè)量前后，都要對(duì)測(cè)量的設(shè)備進(jìn)行放電[5]。主發(fā)電機(jī)與主整流電路圖如圖2。

圖2 主發(fā)電機(jī)與主整流電路圖

3.2 直流接地故障處理

1）判斷變頻器和電動(dòng)輪接地時(shí)處理方法。需要拆開(kāi)以下部分電氣元件，防止高壓損壞電氣元件。拆開(kāi)GND 端子；拆開(kāi)GRR9 端子連接線；拆除BATFU；拆除CNA 至CNF 插頭；拆除GDPC 插頭；拆除PS插頭；拆除AFSE 插頭；拆除VAM1、VAM2、VAM3、VAM4 插頭；拆除CCLR1 和CCLR2 插頭；跳線跳接正極和負(fù)極直流母線，及RP1 和RP2 觸頭兩端。拆開(kāi)上述部位后，對(duì)電器柜內(nèi)部電動(dòng)輪輸出端子進(jìn)行兆歐表測(cè)量，判斷接地的具體位置。然后檢查內(nèi)部電纜和對(duì)應(yīng)的變頻器。

2）判斷電阻柵及電阻柵風(fēng)機(jī)部分接地時(shí)處理方法。通過(guò)拆除和搖表檢查電阻柵箱電纜來(lái)判斷是否電阻柵部分接地。拆除電阻柵風(fēng)機(jī)電纜后測(cè)量風(fēng)機(jī)是否接地。拆除整流橋正極連扳，或依次逐個(gè)拆開(kāi)直流母線連接電阻柵箱內(nèi)各接線端子，以EM136 電阻柵電纜為例，需要拆開(kāi)正極直流母線與RP1、RP2、CM1、CM2 連接端，兆歐表檢查接地[6]。

3）判斷電氣柜內(nèi)部發(fā)生接地時(shí)處理方法。若判斷控制柜部分發(fā)生接地故障，依次拆除電容層壓板，搖表檢查接地，或拆除整流橋正極或負(fù)極母線板VAM3或FDR 連接線，兆歐表判斷接地。電器柜內(nèi)部接地時(shí)很少，排除其他所有步驟時(shí)再進(jìn)行判斷電氣柜內(nèi)部接地。

4 典型接地故障

4.1 電制動(dòng)時(shí)接地故障報(bào)警

卡車工作在電制動(dòng)模式時(shí)，由于慣性的作用帶動(dòng)電動(dòng)輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速高于電動(dòng)輪定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度，此時(shí)轉(zhuǎn)子鼠籠導(dǎo)條切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子吸引（排斥）定子磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子輸出與定子方向相反的扭矩，轉(zhuǎn)子起到制動(dòng)的作用[7]，此時(shí)電動(dòng)輪可以看作是發(fā)電機(jī)，即將卡車在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為三相交流電，通過(guò)逆變器電路將能量逆向整流后消耗在公共直流母線中的制動(dòng)電阻柵上。制動(dòng)能量以熱量的形式通過(guò)風(fēng)機(jī)散熱，從而達(dá)到減速的目的[8]。

這種故障狀態(tài)在車輛運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生，一般是電由阻柵和電阻柵風(fēng)機(jī)接地導(dǎo)致的。電阻柵最容易吸入金屬碎片形成1 個(gè)接地電阻，首先從電阻柵查起，可利用分別斷開(kāi)4 組電阻柵的辦法；水進(jìn)入電阻柵或電阻柵風(fēng)機(jī)里導(dǎo)致接地。電阻柵風(fēng)機(jī)絕緣電阻值降低，在運(yùn)行電流大的時(shí)候，隨之接地電流也會(huì)變大，超過(guò)一定閾值時(shí)會(huì)報(bào)警，或者由于風(fēng)機(jī)內(nèi)部換向器故障導(dǎo)致接地[9]。

4.2 牽引狀態(tài)時(shí)偶爾報(bào)警

連接電動(dòng)輪馬達(dá)電纜有擦破接地現(xiàn)象。這類故障利用分別切除電動(dòng)輪試車的方法，判斷左輪還是右輪，沿著對(duì)應(yīng)線路進(jìn)行排查，檢查是否電纜有破皮部位。如果分別切輪后沒(méi)有接地故障報(bào)警，再進(jìn)行檢查電阻柵的電纜，是否有破損，分別拆除電阻柵片，檢查是否有異物、電阻片脫落等原因造成接地現(xiàn)象。

發(fā)電機(jī)三相繞組及電動(dòng)輪繞組絕緣值不夠，小于1 MΩ，在運(yùn)行電流大的時(shí)候，隨之接地電流也會(huì)變大，超過(guò)一定閾值時(shí)會(huì)報(bào)警。

4.3 在進(jìn)入READY 自檢過(guò)程中直接報(bào)警

直流母線或主發(fā)電機(jī)電纜與接地點(diǎn)徹底接死，接地電流值很大，會(huì)直接報(bào)警。如果在電源電路上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)接地，就要檢查接地故障探測(cè)電路，以確保其正常，接地電流的檢測(cè)是通過(guò)DNB 9 和CNB 23 送進(jìn)ICP 盤FB173 卡。檢查接地故障探測(cè)盤電阻值，如GRR 和GRR9 及GRR10。若經(jīng)檢查接地故障探測(cè)盤及電路都正常，更換FB173 卡。

5 接地保護(hù)環(huán)節(jié)的維護(hù)與檢查

接地保護(hù)作為控制系統(tǒng)的重要一環(huán)，應(yīng)確保其性能可靠，因此在每半年內(nèi)，維修人員都應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢查和測(cè)試。①卡車熄火，打掩，關(guān)閉控制電源；②測(cè)量GRR 和GRR9 及GRR10 電阻值是否正確，確認(rèn)線路之間連接正常有效；③在正極母線與大地之間用測(cè)試線連接好；④啟動(dòng)車輛，卡車進(jìn)入READY 模式；⑤用DID 后屏面板進(jìn)入恒功測(cè)試功能；⑥踩下油門，觀測(cè)接地電流數(shù)值，超過(guò)報(bào)警閾值后，系統(tǒng)自動(dòng)退出恒功測(cè)試程序，并報(bào)警代碼2-1；⑦放電，拆除測(cè)試線，完成測(cè)試。如果不報(bào)警或者接地電流值過(guò)低，進(jìn)行故障排除工作。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)GE 控制系統(tǒng)（AC）接地保護(hù)原理進(jìn)行研究，利用wPTU Toolbox 軟件內(nèi)的數(shù)據(jù)，可以快速判斷接地故障位置。對(duì)卡車的電氣維護(hù)及出動(dòng)率的提高起到了積極的作用，節(jié)約了故障處理時(shí)間，避免了因盲目維修而造成的不必要的損失，為黑岱溝和哈爾烏素露天煤礦創(chuàng)造出了良好的經(jīng)濟(jì)效益。