電氣綜合控制柜的檢測(cè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

楊 威

(唐山軌道客車有限責(zé)任公司,河北唐山 063000)

電氣綜合控制柜的檢測(cè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

楊 威

(唐山軌道客車有限責(zé)任公司,河北唐山 063000)

電氣綜合控制柜可以對(duì)全車的電氣產(chǎn)品進(jìn)行控制。本文介紹了電器綜合控制柜的主要功能,重點(diǎn)研究了其中的幾項(xiàng)功能試驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算,設(shè)計(jì)合理的試驗(yàn)裝置,實(shí)現(xiàn)各種功能的檢測(cè),使系統(tǒng)的功能滿足要求。

電氣綜合控制柜;PLC;欠壓保護(hù)

目前,鐵路客車已經(jīng)全面使用電氣綜合控制柜,綜合控制柜是集供電電源轉(zhuǎn)換控制、照明控制、空調(diào)機(jī)組控制、應(yīng)急電源控制、全列車網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等功能單元于一體的智能型控制柜。核心采用PLC,能夠自動(dòng)執(zhí)行指令操作,對(duì)電氣系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的各種故障及時(shí)進(jìn)行診斷、顯示和保護(hù),實(shí)時(shí)存儲(chǔ)電流、電壓及各種工況的運(yùn)行記錄,同時(shí)通過(guò)網(wǎng)關(guān)在車輛間進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通訊和互相控制,實(shí)現(xiàn)了客車電氣控制系統(tǒng)的小型化、集成化、智能化和系統(tǒng)化。這一轉(zhuǎn)變是鐵路電氣產(chǎn)品由低端向高端過(guò)度的必然。筆者對(duì)綜合控制柜的主要功能進(jìn)行分析,并設(shè)計(jì)各種試驗(yàn)方法實(shí)現(xiàn)各種功能檢測(cè),滿足使用要求。

1 漏電保護(hù)功能

1.1 漏電保護(hù)功能原理分析

綜合控制柜具有漏電保護(hù)功能,當(dāng)三相交流漏電流高于150m A時(shí),自動(dòng)切斷主電源。

系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。正常工作狀態(tài)下,兩路都有電,轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1選擇自動(dòng),電流分別經(jīng)過(guò)1路、2路再到熔斷器FU1、FU2,此時(shí)熔斷器下口110、114都有電。PLC根據(jù)當(dāng)前車號(hào)(奇數(shù)號(hào)選擇1路,偶數(shù)號(hào)選擇2路,假定車號(hào)為1)選擇1路供電,電流由110至PLC輸出端118,到C16,到KM 2常閉觸點(diǎn),到KM 1線圈,KM 1吸合,此時(shí)比流器BLQ感應(yīng)電流為0,電流互感器JK1輸出A16為0;當(dāng)系統(tǒng)有漏電發(fā)生時(shí),比流器在線檢測(cè), JK1同步輸出,觸摸顯示屏顯示當(dāng)前漏電流值,但是不切斷電源。當(dāng)有漏電流超過(guò)150mA時(shí),PLC保護(hù),切斷當(dāng)前路供電接觸器 KM 1線圈的電, KM 1失電,整個(gè)系統(tǒng)停止供電。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

1.2 檢測(cè)方法分析

如果將一個(gè)220V,100W的電燈一端接于通過(guò)比流器的U/V/W其中一相上,另一端接于PE上,此時(shí)電燈亮,顯示漏電流為450m A左右。而系統(tǒng)的保護(hù)值為150m A,所以控制柜瞬間斷電保護(hù)。考慮到100W的電燈電流大,這個(gè)試驗(yàn)可以用40W電燈試驗(yàn),試驗(yàn)電流在180m A左右,基本能夠滿足要求。但是無(wú)法驗(yàn)證系統(tǒng)是否在150m A保護(hù)。

且由于試驗(yàn)的危險(xiǎn)性較大,需要對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行改進(jìn)。

1.3 檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)改進(jìn)

根據(jù)R=U/I,要求漏電流 I=150m A,則電阻應(yīng)該為:

R=220/0.15=1467Ω

可以使用2000Ω可調(diào)電阻,將可調(diào)電阻打到最大阻值,實(shí)際電流應(yīng)為:

I=220/2000=110m A

緩慢調(diào)節(jié)可調(diào)電阻滑片,電阻由2000Ω逐漸下降,漏電流從110m A逐漸增長(zhǎng),由控制柜觸摸屏上可以顯示漏電流逐漸增長(zhǎng)的過(guò)程,當(dāng)變阻器阻值為1467Ω時(shí),此時(shí)漏電流恰好為150m A,當(dāng)漏電流超過(guò)150mA時(shí),系統(tǒng)保護(hù)。從而達(dá)到精確試驗(yàn)的目的。

1.4 試驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)

注意在接線完畢后,不要急于給電試驗(yàn),檢查可調(diào)電阻阻值是否打到最大,如果操作錯(cuò)誤,將可調(diào)電阻阻值設(shè)置為0,相當(dāng)于電源線對(duì)地短路,瞬間電流很大,非常危險(xiǎn)?？梢栽诳烧{(diào)電阻轉(zhuǎn)盤上設(shè)置檔位,將低電阻位置卡死,防止試驗(yàn)人員誤將阻值調(diào)至0位。

2 蓄電池欠壓保護(hù)功能

2.1 欠壓保護(hù)功能原理分析

PLC可實(shí)時(shí)監(jiān)視整流模塊、充電模塊的電壓和充電電流。當(dāng)系統(tǒng)主電路因故障停止供電或整流模塊出線故障時(shí),列車專用控制器可自動(dòng)切換到由蓄電池向應(yīng)急負(fù)載供電狀態(tài)并記錄[1]。為保護(hù)蓄電池,綜合控制柜設(shè)蓄電池欠壓提示功能,當(dāng)PLC檢測(cè)到本車蓄電池電壓低于欠壓保護(hù)設(shè)定值時(shí),觸摸屏應(yīng)顯示相應(yīng)故障信息,提示用戶[2]。同時(shí)切掉應(yīng)急負(fù)載進(jìn)行欠壓保護(hù)。蓄電池欠壓保護(hù)值為42V±1V。

其工作原理如圖2所示。正常工作狀態(tài)下,應(yīng)急輸出的供電由整流模塊UA-2提供,當(dāng)交流停止供電時(shí),整流模塊不再工作,電壓傳感器JK6測(cè)得整流輸出電壓為零,PLC的I/O擴(kuò)展單元20EDR1的輸出點(diǎn)1403為OFF,KM 3失電,KM 3常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi),常閉觸點(diǎn)閉合,蓄電池通過(guò)空氣開(kāi)關(guān)Q30、KM 3常閉觸點(diǎn)向應(yīng)急負(fù)載供電。綜合控制柜由JK8檢測(cè)到電池電壓,觸摸顯示屏顯示當(dāng)前電池電壓,隨著蓄電池持續(xù)放電,當(dāng)JK8測(cè)得蓄電池電壓降到42V以下時(shí),PLC的I/O擴(kuò)展單元20EDR1的輸出點(diǎn)1403為ON,KM 3得電,其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),切斷蓄電池向應(yīng)急負(fù)載的供電電路。此時(shí),充電模塊UA-1電源的內(nèi)部繼電器也同時(shí)動(dòng)作,輸出端VL為ON,向直流系統(tǒng)的蓄電池欠壓保護(hù)電路提供一個(gè)冗余控制信號(hào)[3]。

圖2 欠壓保護(hù)原理圖

2.2 檢測(cè)試驗(yàn)分析

采用常規(guī)的蓄電池用電,長(zhǎng)期使用電量逐漸減少,減到42V系統(tǒng)保護(hù)。但是這樣做放電時(shí)間太長(zhǎng),無(wú)法滿足生產(chǎn)周期,且浪費(fèi)人力。

試驗(yàn)此功能可以采用模擬電池欠壓的方法。即:將電池電壓降到42V以下,由于車下電池采用DC12V串聯(lián)4節(jié)供電,如果使用3節(jié),電壓輸出端為36V,系統(tǒng)可以保護(hù),但是無(wú)法準(zhǔn)確采到欠壓保護(hù)節(jié)點(diǎn)42V,不可取。而且模擬電池欠壓需要使電壓由48V逐漸降至42V及以下,這樣才能真實(shí)地模擬出欠壓效果。

2.3 檢測(cè)試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

這里采用10A,10Ω滑動(dòng)變阻器,滑動(dòng)變阻器與電池組第一節(jié)電池并聯(lián),具體接線見(jiàn)圖3。

圖3 接線示意圖

正負(fù)線即為車下電池輸出電壓(B+/B-),而經(jīng)過(guò)滑動(dòng)變阻器的實(shí)際電流:

I=12/10=1.2A

在滑動(dòng)變阻器額定電流之內(nèi),滿足使用要求。當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片在左端時(shí),(B+/B-)實(shí)際輸出電壓為DC36V;當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片在右端時(shí), (B+/B-)實(shí)際輸出電壓為DC48V;當(dāng)劃片從左到右滑動(dòng)時(shí),可以實(shí)現(xiàn)電池輸出電壓從36V到48V持續(xù)變化。

試驗(yàn)時(shí),先把滑片打到右端,此時(shí)觸摸顯示屏顯示當(dāng)前電池電壓為48V,將滑片向左端緩慢移動(dòng),顯示電壓逐漸下降,下降到42V時(shí),系統(tǒng)保護(hù),PLC切斷應(yīng)急負(fù)載。

2.4 檢測(cè)試驗(yàn)引申

此試驗(yàn)方法同樣適用于限流充電試驗(yàn)。限流充電原理是:當(dāng)車下蓄電池欠壓時(shí),綜合控制柜由JK8檢測(cè)到電池電壓,通過(guò)充電模塊對(duì)電池進(jìn)行充電,觸摸顯示屏顯示當(dāng)前充電電流,小于8± 0.5A。

此功能的試驗(yàn)與電池欠壓保護(hù)試驗(yàn)類似,唯一的區(qū)別在于需要閉合充電電源開(kāi)關(guān)Q 3。操作相同,滑動(dòng)變阻器劃片移動(dòng),電壓變化,當(dāng)電池電壓低于42V±1V時(shí),開(kāi)始充電。通過(guò)觸摸顯示屏觀察充電電流。

2.5 檢測(cè)試驗(yàn)注意事項(xiàng)

注意電池欠壓是由滑動(dòng)變阻器模擬出來(lái)的,實(shí)際上電池并不欠壓,長(zhǎng)期強(qiáng)制充電會(huì)對(duì)蓄電池造成損壞,所以做此試驗(yàn)時(shí),時(shí)間要盡可能短,實(shí)驗(yàn)結(jié)束及時(shí)斷開(kāi)接線。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用上述試驗(yàn)方法,實(shí)現(xiàn)了電氣綜合控制柜的主要功能試驗(yàn)檢測(cè),其余功能試驗(yàn)相對(duì)簡(jiǎn)單,在此不做討論?？刂乒裢ㄟ^(guò)各種功能測(cè)試,滿足使用要求,實(shí)際運(yùn)行穩(wěn)定,效果良好。

[1] 崔鳳釗.孫國(guó)斌.CPM 2A-CPU 61型列車專用控制器[J].鐵道車輛,2008,46(1):22-23.

[2] 四方車輛研究所.TKDT鐵路客車綜合電氣綜合控制柜使用說(shuō)明書.青島四方.2004.

[3] 龔焱.關(guān)于鐵路客車電器綜合控制柜應(yīng)急電源控制的探討[J].鐵道車輛,2009,47(4):31-32.

The design on electricity integrated con trol cabinet testing experimen t

YANGWei

(Tangshan Railw ay Vehicle Co.,L td.,Tangshan Hebei063000,China)

The electricity integrated control cabinet can carry on the control to the entire electrical vehicles on the train.So,this papermainly introduces the functionsof it,and put focus on the studiesof several tests of its functions.By through calculating,the autho r designs the rational experimental device,and realizes each kind of function’s examination,meets the requirement of the w hole system.

Electricity integrated contro l cabinet;Programmable Logical Controller;Low-vo ltage p rotection

TP273

:A

1001-9383(2010)04-0018-03

2010-09-18

楊 威(1979-),男,河北唐山人,工程師,從事鐵道車輛車電工藝技術(shù)研究工作.