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| 發布者： 發布時間：2025-2-5 閱讀：92次 |
中車大同電力機車有限公司的朱鉀、于保華在2024年第8期《電氣技術》上撰文。通過分析HXD2型機車高壓絕緣檢測裝置的系統組成、工作原理，指出高壓絕緣檢測裝置存在的問題。為了有效延長高壓絕緣檢測裝置的使用壽命、提高機車運用率，本文提出HXD2六軸機車高壓絕緣檢測回路優化方案。
高壓絕緣檢測裝置屬于機車車載安全防護系統（6A系統）的重要組成部分，滿足TJ/JW 001D—2018標準要求。司乘人員行車前須進行車頂高壓絕緣檢測，由于車頂高壓設備長期暴露在車體外，受機車運行環境、線路等因素影響，若車頂高壓設備受損，高壓絕緣檢測裝置未能準確檢測到車頂絕緣狀態，此時司機一旦升起受電弓，就會造成機車車頂設備、接觸網等燒損，致使供電區其余機車無法正常運行，進而導致線路癱瘓，嚴重影響機車運行安全。
目前，國外電力機車均未安裝車頂高壓設備絕緣性能檢測裝置，而國內機車的高壓絕緣檢測裝置基于電壓互感器工作原理，只能判斷機車絕緣裝置是否良好，不能給出具體絕緣電阻值，主要用于受電弓、絕緣子、高壓電壓互感器等設備絕緣等級的檢測。在機車運行過程中，接觸網電壓異常等原因會影響高壓絕緣檢測裝置的正常工作，在日常檢修維護中，該裝置最容易出現問題，影響機車的運行安全。高壓絕緣檢測裝置用于檢測電力機車車頂高壓設備（受電弓、高壓互感器一次側、主斷路器前端、接地開關前端等）的絕緣狀態，并將檢測結果傳送到6A顯示屏顯示。如果檢測結果達到報警值，該裝置就會以蜂鳴器報警、指示燈亮等方式對司乘人員進行提示。高壓絕緣檢測裝置的功率模塊將110V直流電源逆變為50Hz的交流檢測信號，施加在高壓電壓互感器的二次線圈上，通過該互感器進行升壓。對機車車頂高壓回路施加檢測電壓，其內部CPU通過電壓、電流傳感器采集到的實時信號控制功率模塊，使其輸出功率保持恒定。機車車頂高壓設備的絕緣狀態惡化后，車頂高壓回路漏電流增大，互感器二次側的輸出電流也趨于增大，為保持功率恒定，一、二次電壓受控減小。機車上電后，取下車上藍鑰匙插入高壓絕緣檢測裝置面板鑰匙孔，打開電源，高壓絕緣檢測裝置進行自檢，自檢指示燈閃爍，并顯示正在自檢，約10s后自檢完成。若裝置功能正常，此時一次側電路無電且沒有電鑰匙信號輸入，自檢成功，之后方可進行車頂絕緣檢測。此時，司機按下檢測按鈕后，通過監測電壓、電流信號即可掌握當前車頂高壓回路的絕緣狀態。絕緣檢測數據通過控制器局域網（controller area network, CAN）總線被實時傳至6A系統中央處理平臺，由中央處理平臺對數據進行保存，以便后續使用。高壓絕緣檢測裝置原理框圖。1）當電鑰匙開啟、外網有電（8kV以上）時，高壓絕緣檢測裝置處于報警狀態，系統自我保護，蜂鳴器報警，不能進行絕緣檢側。2）當車頂高壓設備（受電弓、高壓電壓互感器、主斷路器前端、接地開關前端等）存在開路情況時，高壓絕緣檢測裝置不會報警，絕緣檢測顯示正常，此時無法利用高壓絕緣檢測裝置進行車頂絕緣性能檢測，但司機室的網壓表無感應網壓。3）當車頂存在異物時，高壓絕緣檢測裝置不能準確判斷出車頂絕緣狀態，存在絕緣檢測正常，但機車升弓后，接觸網放電的情況，車頂高壓設備的絕緣性能低于該裝置絕緣檢測臨界值后才會報警。因此，高壓絕緣檢測裝置存在較大的局限性，無法實現對車頂高壓設備絕緣狀態的全面檢測。2023年，某機車在運行途中由于高壓絕緣檢測裝置內部的電路板電容擊穿，導致機車網壓信號丟失，機車降弓，造成機破，對機車運行造成較大影響。該機車高壓絕緣檢測裝置為2014年前所生產的產品，其內部電路示意圖。結合機車運用情況，對該高壓絕緣檢測裝置內部電路進行優化，優化后電路示意圖如圖3所示。優化后，高壓絕緣箱在非開機狀態時由繼電器觸點斷開絕緣箱與“外網有電檢測”電路器件的電氣連接，減少非工作狀態時電子器件帶電引起的壽命衰減，提高電路穩定性，同時增加二極管VD91，對新增繼電器線圈進行保護。但是，在機車運行中，該裝置依然直接連接在高壓電壓互感器二次側，尤其在機車過分相后，主斷路器閉合瞬間，網壓檢測回路存在較大電流或網壓畸變，導致該裝置擊穿，造成故障。HXD2系列機車高壓絕緣檢測裝置均在高壓電壓互感器二次側之后，無法對車頂避雷器、接地開關后端、穿墻母線電纜、各支撐絕緣子、變壓器等高壓部件進行絕緣檢測。針對HXD2系列機車高壓絕緣檢測電路進行梳理，其中HXD2B、HXD2C機車只有一個高壓電壓互感器，以HXD2C機車為例，HXD2C機車的高壓絕緣檢測回路示意圖。該機車在2010年開始招標，6A系統于2014年開始加裝，在該機車原始設計中，QA-TF1PP選型為3A單極斷路器。該機車的網壓檢測回路為高壓電壓互感器二次側串聯一個電壓互感器斷路器（QA-TF1PP）后并聯4組支路，分別將網壓信號送至高壓絕緣檢測裝置、電能表、變流柜1、變流柜2。優化后的高壓絕緣檢測裝置內部電路仍存在內部電路板電容擊穿造成短路的風險，若該裝置故障，機車QA-TF1PP將自動斷開，電能表、變流柜1、變流柜2無法采集到網壓信號，導致機車斷主斷路器，故仍存在機破風險。為避免上述故障的發生，進一步對HXD2C機車的高壓絕緣檢測回路進行優化，在現有網壓檢測回路的基礎上，增加并聯網壓檢測斷路器CC-6A/1（3A單極斷路器），一路將網壓信號直接送至高壓絕緣檢測裝置，另一路將網壓信號分別送至電能表、變流柜1、變流柜2，將機車控制用網壓檢測信號與6A系統高壓絕緣檢測裝置用網壓檢測信號分離，檢測回路優化后示意圖。根據TJ/JW 001D—2018要求，高壓絕緣檢測裝置輸出容量小于300V∙A，額定電壓為DC 110V，所以輸出電流應小于2.72A。根據單極（3級）斷路器特性：當流過斷路器的電流值小于整定值的1.2倍時，斷路器不脫扣；當電流值為整定值的1.2～12倍時，斷路器具備延時熱脫扣保護；當電流值大于整定值12倍以上時，斷路器具備磁脫扣保護。故選擇3A單極斷路器可滿足要求，單極（3級）斷路器特性曲線。
若高壓絕緣檢測裝置短路，網壓檢測斷路器CC-6A/1會自動斷開，不影響機車電能表、變流柜1、變流柜2網壓信號的使用，機車可不停車正常運行。三種HXD2型八軸機車（技術引進HXD2、深度國產化HXD2、技術提升HXD2）的網壓檢測回路相同，根據網壓檢測回路原理可知：靜態工況下，HXD2型八軸機車A節高壓電壓互感器將感應的網壓信號通過內重聯電纜分別送至B節網壓表、電能表、變流柜1、變流柜2，同理B節亦如此，因此A節網壓表顯示B節高壓電壓互感器的感應網壓，B節網壓表顯示A節高壓電壓互感器的感應網壓。
在正常工況下，八軸機車運行時升非操縱節受電弓，非操縱節受電弓、高壓電壓互感器、主斷路器處于工作狀態。若高壓絕緣檢測裝置內部電路板電容擊穿造成短路，且高壓絕緣檢測裝置未與機車高壓電壓互感器電路進行隔離，則非操縱節高壓電壓互感器無法檢測網壓，機車保護斷主斷路器。司機確認接觸網正常供電后，可降下非操縱節受電弓，并將非操縱節受電弓隔離，對操縱節進行高壓絕緣檢測，若操縱節檢測正常，可升操縱節受電弓維持運行。此時，操縱節受電弓、高壓電壓互感器、主斷路器處于工作狀態，非操縱節主斷路器斷開，因高壓電壓互感器位于主斷路器前端，故發生故障的非操縱節高壓絕緣檢測裝置此時不帶電，不影響機車運行，可回段后再進行故障排查。由于高壓絕緣檢測回路存在故障，因此在設計八軸機車的高壓絕緣檢測電路時進行優化，避免機車潛在電路的影響，如FXD2B機車，其優化方案與HXD2C機車類似。HXD2B與HXD2C機車的高壓絕緣檢測回路優化原理一樣，方案類似。以HXD2C機車為列，高壓絕緣檢測回路優化方案如下：1）在微機柜內加裝網壓檢測單極斷路器CC-6A/1（3A）。斷路器安裝于微機柜柜體中部、行燈插座左側，如圖8所示。2）將機車原高壓絕緣檢測裝置定義為高壓電壓線號+的線纜，從中央端子排3的28點更改為空點（假設為M點）。3）新增線纜從QA-TF1PP的1點經低壓電器柜連接到微機柜XP-CC-07的N1。4）新增線纜從微機柜XS-CC-07的N1到CC-6A/1的2點。5）新增線纜從CC-6A/1的1點到微機柜XS-CC-07的N2。6）新增線纜從微機柜XP-CC-07的N2到中央端子排3的M點。通過步驟3）和步驟4），完成高壓電壓互感器二次側與CC-6A/1斷路器的連接；通過步驟5）和步驟6），完成CC-6A/1斷路器與高壓絕緣檢測裝置的連接。此優化方案中機車高壓絕緣檢測裝置自帶線長度滿足要求，故無需進行更換，降低了改造成本。目前，該方案已通過相關單位審核，并按照要求在HXD2B、HXD2C機車上進行整改。某和諧機車在2023年出廠完成類似整改后，上線運行至今未出現相關故障。高壓絕緣檢測裝置是檢測機車車頂絕緣效果的重要裝置，在機車行車前，司乘人員須確保新增的CC-6A/1斷路器閉合，以便高壓絕緣檢測裝置正常檢測。在車頂絕緣檢測完畢后，可將該斷路器斷開，以免在行車過程中因弓網網壓突變等情況造成高壓絕緣檢測裝置短路，也可將該斷路器一直閉合，即使高壓絕緣檢測裝置出現故障，HXD2型六軸機車電能表、變流柜等設備依然可以采集到網壓信號，機車可正常行駛。同時，高壓絕緣檢測異常時，司乘人員可結合司機室機械網壓表的顯示進一步判斷車頂狀態，從而降低機車機破的風險。本文對高壓絕緣檢測電路進行分析，提出了HXD2系列六軸機車高壓絕緣檢測回路的改造方案，可有效延長機車高壓絕緣檢測裝置的使用壽命，提高機車運用率。
本工作成果發表在2024年第8期《電氣技術》，論文標題為“HXD2型機車高壓絕緣檢測回路優化及改造”，作者為朱鉀、于保華。 |
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