DC600V供電機(jī)客車(chē)干線漏電分析及供電解決方法

劉保平 上海鐵路局車(chē)輛處

自2004年4月18日鐵道部實(shí)施了第六次大提速以來(lái)，客車(chē)的供電制式開(kāi)始由發(fā)電車(chē)供電轉(zhuǎn)為機(jī)車(chē)供電，并且在新造機(jī)、客車(chē)上安裝漏電保護(hù)裝置。截止至今，機(jī)車(chē)給客車(chē)供電的形式已從機(jī)車(chē)本車(chē)發(fā)電機(jī)供給客車(chē)AC380 V交流電發(fā)展到機(jī)車(chē)由受電弓從接觸網(wǎng)引流經(jīng)車(chē)載變送電裝置供給客車(chē) DC600 V直流用電，用電效率得到進(jìn)一步提升。但是機(jī)、客車(chē)供電漏電保護(hù)不匹配影響客車(chē)全列供電問(wèn)題一直未得到有效解決，機(jī)車(chē)跳漏電保護(hù)影響客車(chē)用電問(wèn)題還時(shí)有發(fā)生，現(xiàn)就機(jī)、客車(chē)漏電問(wèn)題做以下分析。

1 機(jī)車(chē)漏電檢測(cè)原理

目前機(jī)車(chē)采取的二級(jí)接地保護(hù)電路為電阻中點(diǎn)接地保護(hù)電路，其中電路圖為圖1所示。

圖1 機(jī)車(chē)中性點(diǎn)接地保護(hù)電路

圖2 客車(chē)全列干線接地等效電路

以韶山9電力機(jī)車(chē)為例（以下分析均以此為例），R1、R2設(shè)計(jì)電阻為600 Ω，為供電整流器空載電阻；R3電阻為750 Ω，R地為客車(chē)實(shí)際接地電阻，且隨著區(qū)間的不同不斷變化，理想狀態(tài)下我們認(rèn)定為0。系統(tǒng)對(duì)地絕緣為零時(shí)，流過(guò)R3的電流為285 MA。系統(tǒng)接地電阻小于等于900 Ω，設(shè)計(jì)保護(hù)動(dòng)作（流過(guò)R3的電流為153 mA），此時(shí)動(dòng)作電壓為138.5 V，即測(cè)量電壓表兩端電壓與絕緣良好時(shí)比電壓偏移超過(guò)161.5 V時(shí)，設(shè)計(jì)保護(hù)動(dòng)作。在系統(tǒng)接地電阻不同時(shí)，保護(hù)動(dòng)作延時(shí)不同。試驗(yàn)時(shí)，直流正負(fù)線接地保護(hù)值整定為：當(dāng)系統(tǒng)接地電阻小于800 Ω時(shí)，接地保護(hù)可靠動(dòng)作，接地電阻大于2 kΩ時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作。

2 客車(chē)漏電檢測(cè)原理

客車(chē)直流漏電保護(hù)器的原理是根據(jù)進(jìn)出均衡，即零序原理。主要是一個(gè)零序線圈，列車(chē)正負(fù)干線都穿過(guò)去。原則就是流進(jìn)的電流等于流出的。當(dāng)發(fā)生漏電時(shí)，一部分電流流進(jìn)大地而形成互感器外的電流回路，互感器內(nèi)的電流不再平衡，就感應(yīng)出了電流，經(jīng)過(guò)PLC數(shù)據(jù)采集后，判斷漏電流大小。當(dāng)漏電流超過(guò)設(shè)定時(shí)，驅(qū)動(dòng)靈敏繼電器跳閘，進(jìn)行迅速的斷電保證安全。目前車(chē)廂內(nèi)漏電保護(hù)出廠設(shè)定值為100 MA（前期為150 MA）

3 全列漏電電路建模分析

全列客車(chē)由機(jī)車(chē)和18節(jié)車(chē)廂組成，各車(chē)廂干線或多或少不同程度上存在對(duì)地絕緣不良情況。根據(jù)電阻并聯(lián)原理，各車(chē)廂因漏電產(chǎn)生的對(duì)地電阻倒數(shù)和為總電阻倒數(shù)和，即1/R(總漏電)=1/R(漏電1)+1/R(漏電 2)+……+1/R(漏電 18)，所以在客車(chē)漏電的情況下，全列干線電路圖可以等效為圖2。R+漏電為所有車(chē)廂正線對(duì)地電阻的等效電阻，R-漏電為所有車(chē)廂負(fù)線對(duì)地電阻的等效電阻。為方便計(jì)算，我們采用Y-△等效電阻變換，將圖2變換為圖3等效電路。

圖3 客車(chē)接地Y-△等效電阻變換電路

圖4 接地簡(jiǎn)化電路

其中：

在理想狀態(tài)下，即R地=0時(shí)，電路可簡(jiǎn)化為圖4，圖4中：R2=R3=2100Ω=R，R4=R+漏電，R5=R-漏電。由圖 2、圖3可知，對(duì)檢測(cè)電路有影響的僅為R2、R3、R4、R5 的電阻值。R2、R3 為給定常數(shù)，R4、R5電阻大小由接地電阻、正線對(duì)地絕緣電阻、負(fù)線對(duì)地絕緣電阻大小決定的。當(dāng)系統(tǒng)理想接地時(shí)，檢測(cè)電壓表兩端電壓僅由正負(fù)線絕緣電阻值和空載電阻值決定，電勢(shì)公式為

U電壓表=UI*R4（R+R5）/[R4（R+R5）+R5（R+R4）](1)

△U偏移=0.5UI*R(R4-R5)/[R(R4+R5)+2R4R5]

4 分析結(jié)論

由式（1）、（2）我們可以得到以下結(jié)論：

（1）當(dāng)正（負(fù)）線有一相對(duì)地絕緣不良時(shí)，對(duì)應(yīng) R4（R5）為零，R5（R4）為無(wú)窮大（接地良好狀態(tài)下，R地=0）），電壓偏移最大，達(dá)到300 V。

（2）當(dāng)正、負(fù)線均對(duì)地絕緣不良時(shí)，電壓偏移與R4、R5、空載電阻換算出的R有關(guān)系。R4、R5阻值相差較大時(shí)，偏移量由較小的漏電阻值和R的比值決定，即為0.5UI/(1+2R漏電/R)。當(dāng)偏移電壓達(dá)到一定值時(shí)，漏電保護(hù)動(dòng)作。

（3）當(dāng)正、負(fù)線對(duì)地絕緣均良好或當(dāng)正、負(fù)線均對(duì)地絕緣不良時(shí)但漏電量相當(dāng)時(shí)（R4=R5），機(jī)車(chē)漏電保護(hù)不會(huì)發(fā)生動(dòng)作。

綜上所述，全列直供電DC600V客車(chē)影響機(jī)車(chē)漏電保護(hù)動(dòng)作的因素為整修電壓、本車(chē)接地電阻、全列正負(fù)線對(duì)地絕緣、以及空載電阻值等4個(gè)方面的因素。由于機(jī)車(chē)采用中性點(diǎn)接地保護(hù)電路，漏電流為偏移電壓換算值，不能直接精確、直觀的反映干線漏電情況，且存在干線正負(fù)線均絕緣不良，但絕緣電阻相當(dāng)時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作的盲點(diǎn)?？蛙?chē)的漏電檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)比較精確，但無(wú)法判斷漏電發(fā)生所在為正線還是負(fù)線。因此選取適當(dāng)機(jī)、客車(chē)保護(hù)電路并統(tǒng)一規(guī)定是解決機(jī)車(chē)、客車(chē)漏電保護(hù)裝置不匹配的重要條件。

5 減少機(jī)車(chē)跳漏電保護(hù)的幾個(gè)途徑

在目前情況下，有效的解決機(jī)車(chē)漏電保護(hù)誤動(dòng)作，保證客車(chē)持續(xù)供電可以從下面幾方面著手。

（1）提高機(jī)車(chē)供電品質(zhì)，保證機(jī)車(chē)整流供出的DC600 V電壓在保護(hù)裝置的許可范圍之內(nèi)，減少高次諧波影響。

（2）選取合適的空載電阻值，使得R漏電/R比值相對(duì)較小，在中性點(diǎn)發(fā)生偏移的情況下，電勢(shì)的偏移比較平滑，減少保護(hù)裝置誤動(dòng)作概率。

（3）在機(jī)車(chē)發(fā)生漏電保護(hù)裝置動(dòng)作后，切斷客車(chē)電路負(fù)載，機(jī)車(chē)?yán)^續(xù)供電，確認(rèn)全列干線絕緣及客車(chē)負(fù)載電路絕緣良好情況下，切除機(jī)車(chē)保護(hù)，繼續(xù)給客車(chē)供電，維持車(chē)廂內(nèi)用電設(shè)施正常使用。