電力機車防逆電保護系統(tǒng)課題研發(fā)

李思中 武瑞成 劉羽飛 牛 偉 林興鵬 李寶方

（呼和浩特鐵路局包頭西機務(wù)段 內(nèi)蒙古 包頭 014040）

1 研究的背景

機車運行中，如果乘務(wù)員錯誤的將司機控制器換向手柄置于與機車運行方向相反的位置，這種操作稱為逆電操作。對牽引電動機而言，也叫逆電運行。逆電運行對牽引電動機會造成極大的損害，據(jù)有關(guān)資料顯示，每臺逆電機車平均直接損失約40萬元，而且機車平均修復(fù)周期長達10天?？梢娫摴收虾蠊容^嚴重，影響巨大。

為了確保我局電力機車的運行安全，杜絕“逆電”故障的發(fā)生，減少可避免的經(jīng)濟損失。加裝“逆電保護器”可以從根本上解決問題。

2 電力機車“逆電”運行產(chǎn)生的原理

機車運行中斷電后牽引電機鐵心存有剩磁，正常情況下（司機控制器換向手柄位置與機車運行方向一致時），機車高速惰行時牽引電機電樞繞組與主級繞組產(chǎn)生方向相反的電動勢而相互抵消。如果此時將司機控制器換向手柄置于與運行方向相反的位置時，轉(zhuǎn)換開關(guān)自動轉(zhuǎn)換至相反位置，使?fàn)恳姍C工作在串勵發(fā)電機工況下，牽引電機電樞繞組與主級繞組產(chǎn)生方向相同的電動勢，從而造成電樞繞組與主級繞組產(chǎn)生的電動勢疊加，機車速度低時,疊加的較強電動勢導(dǎo)致牽引電機發(fā)生環(huán)火現(xiàn)象，在機車速度高時,會導(dǎo)致輪對出現(xiàn)滑行狀態(tài)，牽引電機嚴重環(huán)火、燒損機車轉(zhuǎn)換開關(guān)、機車劇烈沖動而無法運行。

3 機車逆電保護器的作用原理

3.1 逆電保護器的作用

在裝有“逆電保護器”的機車上，當(dāng)機車運行時，乘務(wù)員進行錯誤的逆電操作，由于“逆電保護器”在機車運行時斷開換向轉(zhuǎn)換開關(guān)電空閥的控制電路，使換向轉(zhuǎn)換開關(guān)不能轉(zhuǎn)換，有效防止了機車在運行時換向造成的牽引電機產(chǎn)生逆電，杜絕了機車在運行時換向而造成牽引電機和轉(zhuǎn)換開關(guān)等部件燒損，確保機車安全運行。

3.2 逆電保護器的控制原理

機車在運行時，機車上光電速度傳感器發(fā)出方波脈沖。本逆電保護器采集速度傳感器的脈沖信號，經(jīng)過控制模塊的判斷、處理，逆電保護器內(nèi)繼電器的接點斷開，切斷了換向轉(zhuǎn)換開關(guān)電空閥的控制電路，由于逆電保護器斷開換向轉(zhuǎn)換開關(guān)電空閥的控制電路，因此機車在運行時不能進行換向（圖1）。

圖1

機車在靜止?fàn)顟B(tài)或機車運行速度低于1-2km/h時，逆電保護器經(jīng)過控制模塊的判斷、處理，保護器內(nèi)繼電器的接點閉合，接通了換向轉(zhuǎn)換開關(guān)電空閥的控制電路。由于逆電保護器接通換向轉(zhuǎn)換開關(guān)電空閥的控制電路，因此機車在靜止?fàn)顟B(tài)或機車運行速度低于1-2km/h時可以進行換向。

為了確保機車安全運行，逆電保護器采集兩路機車光電速度傳感器的信號。逆電保護器內(nèi)有兩路電源模塊和控制模塊，而且兩路裝置同時工作，互不干擾。因此在機車運行時，即使一路速度傳感器或電源模塊、控制模塊發(fā)生故障，另一路裝置仍能起到換向保護功能。當(dāng)兩路的速度傳感器或電源模塊、控制模塊均發(fā)生故障時，可以將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換至故障位置，此時機車仍能正常換向（注：機車在無換向保護狀態(tài)時換向）。

4 防逆電關(guān)鍵技術(shù)研究

逆電保護器的的工作原理（圖2）如下：

圖2

逆電保護器將光電速度傳感器接收到到的車速信號轉(zhuǎn)換成電信號由插座CT1的2腳和7腳輸入到光電耦合器U1和光電耦合器U4，光電耦合器U1將輸入的光信號轉(zhuǎn)換成電信號由集成電路U2的11腳輸入，光電耦合器U4將輸入的信號轉(zhuǎn)換成電信號由集成電路U3的11腳輸入，集成電路U2將輸入的頻率信號轉(zhuǎn)換成電壓信號由5腳輸出到場效應(yīng)管T1的柵極，集成電路U3將輸入的頻率信號轉(zhuǎn)換成電壓信號由5腳輸出到場效應(yīng)管T2的柵極，場效應(yīng)管T1和場效應(yīng)管T2產(chǎn)生通斷電流，控制繼電器JI的常閉觸點接通或斷開由插座CT2輸出通斷信號。逆電保護器斷開換向轉(zhuǎn)換開關(guān)電控閥的控制電路時，即司機進行換向誤操作換向轉(zhuǎn)換開關(guān)也不能換向，只有在逆電保護器接通換向轉(zhuǎn)換開關(guān)電控閥的控制電路后，換向轉(zhuǎn)換開關(guān)才可以進行換向。

5 系統(tǒng)安裝方案

圖3

該保護器外部連接采用航空插頭連接外部線路，非?？煽亢捅阌谘b卸。引出線用1平方的機車電纜線和0.5平方屏蔽阻燃線，接頭均用線環(huán)壓接并焊接的方式；本裝置安裝于2#低壓柜左壁外的左上方，安裝尺寸為：170mm、2-φ5.5（圖3）。保護器內(nèi)部電源模塊和控制模塊與主板的連接均用接插件方式，便于安裝、維修。繼電器具有鎖扣機構(gòu)，抗震動能力較強。

6 應(yīng)用前景

通過加裝“電力機車防逆電保護系統(tǒng)”可以從根本上避免機車發(fā)生逆電故障，其社會效益和經(jīng)濟效益非常顯著，應(yīng)用前景廣闊。

7 結(jié)束語

電力機車防逆電保護系統(tǒng)在包西機務(wù)段SS3型0043機車裝車試驗運行，自裝車使用后，機車運行正常，試驗效果良好，有效的防止了逆電故障的發(fā)生，為運用安全提供了保障。