專利名稱：機(jī)車控制回路的接地檢測(cè)電路及接地檢測(cè)法和斷線檢測(cè)法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)車控制回路的接地檢測(cè)和斷線檢測(cè)。
技術(shù)背景機(jī)車110V直流電源是機(jī)車控制單元、信號(hào)通訊系統(tǒng)、繼電器保護(hù)回路及其他自動(dòng)裝置的工作電源。由于機(jī)車運(yùn)行環(huán)境惡劣，iiov電氣設(shè)備或?qū)Ь€的絕緣損壞常常會(huì)造成電路的接地故障，雖然單點(diǎn)接地故障對(duì)機(jī)車的運(yùn)行不會(huì) 產(chǎn)生影響，但是若出現(xiàn)兩處或兩處以上的多點(diǎn)接地故障時(shí)，電路可能會(huì)產(chǎn)生 短路而燒損設(shè)備和導(dǎo)線，從而嚴(yán)重影響機(jī)車正常運(yùn)行的安全性和可靠性。因 此對(duì)機(jī)車直流絕緣監(jiān)測(cè)方法的研究顯得十分重要。目前，在機(jī)車上應(yīng)用的控制回路接地保護(hù)方法主要有兩種 l.直流機(jī)車上的控制回路接地保護(hù)方法直流機(jī)車控制回路接地保護(hù)原理如圖1所示，L+和L-為控制回路的正負(fù) 極，RL為控制回路的負(fù)載電阻，Q為接地自動(dòng)開(kāi)關(guān)，R為接地限流電阻，K 為接地繼電器，控制回路L-極通過(guò)Q、 R和K的并聯(lián)電路接地。當(dāng)L+極接地 時(shí)，控制回路正負(fù)極通過(guò)Q短路，因Q的動(dòng)作電流值很小，所以自動(dòng)開(kāi)關(guān)Q 立即動(dòng)作斷開(kāi)，控制回路電源直接作用在RL、 R和K上，K吸和動(dòng)作，并連 鎖輸出接地故障信號(hào)到機(jī)車控制系統(tǒng)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。R限制短路電流，維 持機(jī)車帶故障運(yùn)行。目前這種接地保護(hù)方式在SS4改、SS4B等直流機(jī)車上廣 泛應(yīng)用。這種方法簡(jiǎn)單，不需要太多的元器件，但這種方法存在明顯的缺陷如 果L-負(fù)極上某點(diǎn)也發(fā)生了接地，這種接地保護(hù)方式失效，L+和L-直接短路，導(dǎo)致機(jī)車直流控制系統(tǒng)無(wú)法工作，嚴(yán)重者可能燒損控制回路上的電氣設(shè)備。2.電橋法用電橋法檢測(cè)機(jī)車控制回路接地故障的原理是用直流正負(fù)極對(duì)地絕緣 電阻和任意設(shè)置的兩個(gè)電阻組成電橋，其中絕緣電阻是衡量介質(zhì)絕緣性能好 壞的物理量，用于此處，即指正負(fù)極對(duì)地的絕緣程度，它在數(shù)值上等于介質(zhì) 所具有的電阻值。系統(tǒng)正常時(shí)，電橋平衡。當(dāng)控制回路某一點(diǎn)發(fā)生接地時(shí)， 電橋失去平衡，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。目前中華之星、奧星、哈車和藍(lán)箭等機(jī)車上 應(yīng)用了這種接地保護(hù)方法。這種方法簡(jiǎn)單，但存在明顯的缺陷① 當(dāng)正負(fù)極絕緣電阻均等下降或數(shù)值接近時(shí)，即使己經(jīng)超過(guò)報(bào)警極限， 這種方法無(wú)法檢測(cè)出接地故障；② 當(dāng)正負(fù)極對(duì)地絕緣電阻數(shù)值都在正常范圍內(nèi)，但相差很大時(shí)，這種方 法會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種基于不平衡電橋法 的機(jī)車控制回路接地檢測(cè)法，能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)直流電源系統(tǒng)正負(fù)母線對(duì)地 的絕緣電阻，消除接地故障給機(jī)車運(yùn)行帶來(lái)的安全隱患。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是， 一種機(jī)車控制回路接 地檢測(cè)電路，包括正母線、負(fù)母線、負(fù)載電阻及正、負(fù)母線對(duì)地的絕緣電阻， 所述正、負(fù)母線與地之間均連接有兩條檢測(cè)支路， 一條由已知電阻構(gòu)成，另 一條由已知電阻和切換開(kāi)關(guān)串聯(lián)構(gòu)成。進(jìn)一步，本發(fā)明提供了用于上述機(jī)車控制回路接地檢測(cè)電路的接地檢測(cè) 法，首先求解出正、負(fù)母線對(duì)地連接的絕緣電阻值，再將其分別與相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)所得的絕緣電阻值小于設(shè)定值時(shí)，即判定該絕緣電阻 對(duì)應(yīng)的電極存在接地故障，其中絕緣電阻值的求解的過(guò)程是首先通過(guò)兩個(gè) 切換開(kāi)關(guān)來(lái)控制正、負(fù)母線對(duì)地連接的開(kāi)關(guān)所在支路的通斷，實(shí)現(xiàn)三種不同 的電路結(jié)構(gòu)，再分別測(cè)量出其中任意兩種電路中的正、負(fù)母線對(duì)地的電壓值， 利用正、負(fù)極電流相等列出兩個(gè)等式，最后結(jié)合相應(yīng)電路中的己知電阻，求 解方程組得出正、負(fù)母線對(duì)地連接的絕緣電阻。另外，基于上述機(jī)車控制回路接地檢測(cè)電路，還可提供一種斷線故障檢 測(cè)法，分別測(cè)量負(fù)載兩端電壓(電網(wǎng)電壓)Ul和負(fù)母線對(duì)地的電壓U2，將 兩電壓進(jìn)行比較，判斷得出正、負(fù)母線和接地線的通斷，其判斷步驟如下① 當(dāng)U1-0V時(shí)，則L-斷開(kāi)；② 當(dāng)U1X)V，且U1〉U2時(shí)，系統(tǒng)正常；當(dāng)U2〉U1，則判斷出L+斷開(kāi)；③ 當(dāng)U1>0V，通過(guò)正母線和負(fù)母線所連接的切換開(kāi)關(guān)的輪流通斷實(shí)現(xiàn) 正、負(fù)母線對(duì)地連接的電阻值發(fā)生變化，檢測(cè)所述兩種情形時(shí)U2的兩次電壓， 如果兩次檢測(cè)電壓不同，則正常；如果U2在兩種情況下檢測(cè)電壓相同，則接 地線斷開(kāi)。綜上所述，本發(fā)明提供的基于不平衡電橋法的機(jī)車控制回路接地檢測(cè)電 路及基于該電路所應(yīng)用的接地檢測(cè)和斷線檢測(cè)法，不僅可以通過(guò)檢測(cè)正負(fù)母 線對(duì)地的絕緣電阻大小判定機(jī)車控制回路存在的接地故障，還可以檢測(cè)到斷 線的故障。這種方法克服了傳統(tǒng)方法的不足，對(duì)接地故障預(yù)先報(bào)警，消除接 地故障給機(jī)車正常運(yùn)行帶來(lái)的安全隱患，提高機(jī)車的正常使用效率。


圖1是現(xiàn)有直流機(jī)車控制回路接地保護(hù)電路原理圖； 圖2是本發(fā)明所采用的接地檢測(cè)電路原理圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D2， L+和L-為機(jī)車控制回路的正負(fù)母線，+為接地端子，RP和 RN分別為待測(cè)的正負(fù)母線對(duì)地的絕緣電阻，RC1、 RC2、 RC3禾nRC4為觀U量 用的已知阻值的精密電阻，RC5為負(fù)載，S1和S2為切換開(kāi)關(guān)。設(shè)控制回路的電網(wǎng)電壓為U， RP//RC3為Rcp， RN//RC4為Rcn ("〃"表 示兩電阻并聯(lián))，Rcp、 Rcn對(duì)地電壓分別為Ucp、 Ucn。其中Ucp和Ucn的大 小可以分別通過(guò)采集Rc3和Rc4兩端的電壓得之。當(dāng)開(kāi)關(guān)Sl ， S2全部斷開(kāi)時(shí)，測(cè)量RC3和RC4兩端電壓為Ucp0和UcnO, 由圖可知，所測(cè)的UcpO和UcnO分別為此時(shí)正負(fù)母線與地之間的電壓，由此 可得Ucp0 — Ucn0 ( i )Rcp Rcn當(dāng)開(kāi)關(guān)Sl閉合，S2斷開(kāi)時(shí)，則在正母線與地之間加入了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻 RC1，測(cè)量此時(shí)RC3和RC4兩端的電壓，得到正負(fù)母線與地之間的電壓分別 為Ucp 1和Ucnl ，由此可得Ucpl + Ucpl _ Ucnl ( ^ )Rcp Rcl Rcn由(1)式和(2)式聯(lián)合可以得到Rcp=RClRcn=RCl^UcpO-Ucnl 。 、Ucpl.UcnO yUcpO. Ucnl—UcnO Ucp。乂UcpO'Ucpl由上兩式計(jì)算出Rcp和Rcn的值，由于RC3和RC4的電阻值已知，因此 可以通過(guò)電阻并聯(lián)原理計(jì)算得到控制回路正負(fù)母線對(duì)地的絕緣電阻Rp和Rn。 當(dāng)計(jì)算所得的Rp值小于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)判定機(jī)車控制回路正極存在接地故障；當(dāng)計(jì)算所得的Rn值小于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)判定機(jī)車控制回路負(fù)極存在接地 故障。由原理圖可知，在下面兩種情況中，也可以通過(guò)上述推斷方法得到控制回 路正負(fù)母線對(duì)地的絕緣電阻① Sl和S2全部斷開(kāi)；Sl斷開(kāi)和S2閉合；② Sl閉合和S2斷開(kāi)；Sl斷開(kāi)和S2閉合?；谏鲜鲭娐?，進(jìn)行斷線判斷的步驟為設(shè)定圖中負(fù)載RC5上采集的電壓是U1 (電網(wǎng)電壓)；RC4上采集的電壓 是U2。將U1和U2進(jìn)行比較① 如果Ul為0，則首先判斷L-斷開(kāi)；② 當(dāng)U1X)V時(shí)，正常情況下，由圖可知，U1肯定大于U2;如果L+斷 開(kāi)，RC4相當(dāng)于和RC3 、 RC5串聯(lián)電路并聯(lián)，將出現(xiàn)U2>U1 ，所以當(dāng)U2>U1>0V 時(shí)，可判斷L+斷開(kāi)；③ 當(dāng)U1X)V時(shí)，正常情況下，Sl閉合S2斷開(kāi)；Sl斷開(kāi)S2閉合，這兩 種情況下由于阻值的變化導(dǎo)致U2的兩次檢測(cè)電壓不同，但當(dāng)l斷開(kāi)時(shí)，則會(huì) 造成U2在兩種阻值不同的情況下電壓相同，所以當(dāng)U2的兩次檢測(cè)電壓不同 時(shí)，則判斷"^斷開(kāi)。
權(quán)利要求
1、一種機(jī)車控制回路接地檢測(cè)電路，包括正母線、負(fù)母線、負(fù)載電阻及正、負(fù)母線對(duì)地的絕緣電阻，其特征是，所述正、負(fù)母線與地之間均連接有兩條檢測(cè)支路，一條由已知電阻構(gòu)成；另一條由已知電阻和切換開(kāi)關(guān)串聯(lián)構(gòu)成。
2、 一種基于權(quán)利要求1所述機(jī)車控制回路接地檢測(cè)電路的接地檢測(cè)方法， 首先求解出正、負(fù)母線對(duì)地連接的絕緣電阻值，再將其分別與相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè) 定值進(jìn)行比較，當(dāng)所得的絕緣電阻值小于設(shè)定值時(shí)，即判定該絕緣電阻對(duì)應(yīng) 的電極存在接地故障，其特征是，所述絕緣電阻值的求解的過(guò)程是首先通 過(guò)兩個(gè)切換開(kāi)關(guān)來(lái)控制正、負(fù)母線對(duì)地連接的開(kāi)關(guān)所在支路的通斷，實(shí)現(xiàn)三 種阻值下的三種不同電路，再分別測(cè)量出其中任意兩種電路中的正、負(fù)母線 對(duì)地的電壓值，利用正、負(fù)極電流相等列出兩個(gè)等式，并結(jié)合相應(yīng)電路中的 已知電阻，求解方程組得出正、負(fù)母線對(duì)地連接的絕緣電阻。
3、 一種基于權(quán)利要求1所述機(jī)車控制回路接地檢測(cè)電路的斷線檢測(cè)方法， 其特征是，分別測(cè)量負(fù)載兩端電壓U1和負(fù)母線對(duì)地的電壓U2，將兩電壓進(jìn) 行比較，從而判斷出正、負(fù)母線和接地線的通斷，其判斷步驟如下① 當(dāng)UhOV時(shí)，則L-斷開(kāi)；② 當(dāng)U1X)V，且U^U2時(shí)，系統(tǒng)正常；當(dāng)U2〉U1，則判斷出L+斷開(kāi)；③ 當(dāng)U1>0V，通過(guò)正母線和負(fù)母線所連接的切換開(kāi)關(guān)的輪流通斷實(shí)現(xiàn) 正、負(fù)母線對(duì)地連接的電阻值發(fā)生變化，檢測(cè)所述兩種情形時(shí)U2的兩次電壓， 如果兩次檢測(cè)電壓不同，則正常；如果U2在兩種情況下檢測(cè)電壓相同，則接 地線斷開(kāi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種機(jī)車控制回路接地檢測(cè)電路，包括正母線、負(fù)母線、負(fù)載電阻及正、負(fù)母線對(duì)地的絕緣電阻，所述正、負(fù)母線與地之間均連接有兩條檢測(cè)支路，一條由已知電阻構(gòu)成，另一條由已知電阻和切換開(kāi)關(guān)串聯(lián)構(gòu)成。同時(shí)，還進(jìn)一步提供了用于上述機(jī)車控制回路接地檢測(cè)電路的接地檢測(cè)法和斷線故障檢測(cè)法。本發(fā)明不僅可以通過(guò)檢測(cè)正負(fù)母線對(duì)地的絕緣電阻大小判定機(jī)車控制回路存在的接地故障，還可以檢測(cè)到斷線的故障，克服了傳統(tǒng)方法的不足，對(duì)接地故障預(yù)先報(bào)警，消除接地故障給機(jī)車正常運(yùn)行帶來(lái)的安全隱患，提高機(jī)車的正常使用效率。
文檔編號(hào)B60L3/00GK101261301SQ200810031100
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日
發(fā)明者毛業(yè)軍, 陳愛(ài)軍 申請(qǐng)人:南車株洲電力機(jī)車有限公司