CN106080207A - 交直交电路接地保护方法及柴油发电机组、机车 - Google Patents

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Abstract

本发明的交直交电路接地保护方法，设定电流阀值ΔI、电压阀值ΔU1、ΔU2、ΔU3，当矢量和I的幅值高于电流阀值ΔI时，若输出逆变器输出的一相电压幅值低于电压阀值ΔU1且其它两相电压相位差为60°时，则判定该相有一点接地，切断输出逆变器与主电路中间直流环节的连接；若输出逆变器输出的相电压幅值U1、U2、U3全部高于电压阀值ΔU2，且对地电压全为负或正，则判定中间直流环节的正或负母线P或N接地，断开接触器开关BKR，切断整流器与交流电源的连接；若逆变器输出有两相电压全部高于电压阀值ΔU3，则判定交流输入侧另外一相接地,关断交流电源。可降低成本，实现快速接地诊断和定位，提前发现问题，有效保护设备。

Description

交直交电路接地保护方法及柴油发电机组、机车
技术领域
本发明涉及一种交直交电路接地保护方法及柴油发电机组、机车,属于机车技术领域。
背景技术
交直交电传动机车主电路的特点是高电压、大电流。在运用过程中，主电路可能由于电缆老化、振动摩擦等而发生接地。接地故障有可能影响主电路的正常工作，甚至产生很大的短路电流，使机车传动***部件烧损，严重时甚至会导致机破事故。因此，及时、准确、迅速地对接地点进行判断和定位非常重要。
现有技术为交直交电路的接地检测装置提供了不少的技术方案，大致分为有源检测和无源检测两种方式。然而现有技术的有源接地检测装置一般体积比较大，结构较为复杂，维护成本高。不仅其继电器触点会因机车运行的振动而产生误动作报警，而且其直流控制回路接地还可能给机车的其他控制电路产生电磁干扰。而现有技术中的无源接地检测装置虽然不需要外部输入信号，仅通过交流侧电路及主电路正负母线对地电压波形的变化来判断是否存在接地故障，提高了抗干扰性，但是却存在保护“死区”，并且必须在高压状态下才能检测接地故障。
为克服上述缺点，201210405663.2号中国专利申请《机车牵引和辅助***一体化接地保护装置》给出了一个不同的方案：将至少两个串联电阻接在直流环节的正极和负极之间，电压传感器与一个一端接正极或负极的电阻并联，该电阻的另一端接地，通过检测该电阻上的电压来判断接地点。然而在该方案中，串联电阻的数量和阻值的选择将决定辅助负载尤其是辅助电动机的对地绝缘电压，若串联电阻出现故障，将会严重影响辅助负载的工作电压，降低机车运行的可靠性。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种结构简单、安全可靠、快速准确诊断定位的交直交电路接地保护方法及柴油发电机组、机车。
本发明的目的是这样实现的：一种交直交电路接地保护方法，其特征在于采取如下步骤：
A.设定电流阀值ΔI、电压阀值ΔU1、ΔU2、ΔU3；
B.采集交流输入侧的相电流Ia、Ib、Ic及输出逆变器输出的相电压Ua1、Ub1、Uc1；
C.计算相电流Ia、Ib、Ic的矢量和I、输出逆变器输出的相电压幅值U1、U2、U3及电压相位差Δθab、Δθbc、Δθca；
D.当矢量和I的幅值小于电流阀值ΔI时，若输出逆变器输出的相电压幅值U1、U2、U3都大于电压阀值ΔU1且电压相位差Δθab、Δθbc、Δθca都为120°，则电路的交流输入侧、中间直流环节及交流输出侧均无接地；
E.当矢量和I的幅值高于电流阀值ΔI时，若输出逆变器输出的A相电压幅值低于电压阀值ΔU1且电压相位差Δθbc为60°时，则判定A相有一点接地，切断输出逆变器与主电路中间直流环节的连接；输出的B相电压幅值低于电压阀值ΔU1且C、A相电压的相位差Δθca为60°时，则判定B相有一点接地，切断输出逆变器与主电路中间直流环节的连接；输出的C相电压幅值低于电压阀值ΔU1且A、B相电压的相位差Δθab为60°时，则判定C相有一点接地，切断输出逆变器与主电路中间直流环节的连接；
F.当矢量和I的幅值高于电流阀值ΔI时，若输出逆变器输出的相电压幅值U1、U2、U3全部高于电压阀值ΔU2，且对地电压全为负，则判定中间直流环节的正母线P接地，断开接触器开关BKR，切断整流器与交流电源的连接；
G.当矢量和I的幅值高于电流阀值ΔI时，若输出逆变器输出的A、B、C相电压全部高于电压阀值ΔU2，且对地电压全为正，则判定中间直流环节的负母线N接地，断开接触器开关BKR，切断整流器与交流电源的连接；
H.当矢量和I的幅值高于电流阀值ΔI时，若逆变器输出的B、C相电压全部高于电压阀值ΔU3，则判定交流输入侧A相接地,关断交流电源；若逆变器输出的A、C相电压全部高于电压阀值ΔU3，则判定交流输入侧B相接地，关断交流电源；若逆变器输出的A、B相电压全部高于电压阀值ΔU3，则判定交流输入侧C相接地，关断交流电源。
一种柴油发电机组，其特征在于采用上述交直交电路接地检测方法。
一种铁路机车，其特征在于采用上述交直交电路接地检测方法。
本发明的技术方案无须专用接地检测装置，利用主电路整流器输入侧电流互感器、输出逆变器输出侧电压互感器即可对机车交直交主电路接地进行定向检测。可节省检测设备、减少检修工作量、降低成本，实现主电路接地时的快速诊断和定位，提高机车的可靠性，提前发现问题，防止问题扩大，有效保护设备。
附图说明
图1为本发明实施例的交直交电传动内燃机车主电路原理示意图。
图2为本发明实施例的交直交电路接地保护方法的程序流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的交直交电传动内燃机车主电路原理示意图如附图1所示。使用电路仿真软件MATLAB建立交直交电传动内燃机车主电路模型，分别运行各种一点接地故障状况：在所有接地状况下，发电机输出的三相电流矢量和的幅值均为IJD，考虑到检测传感器精度及抗干扰能力，确定电流阀值ΔI≤IJD；在输出逆变器输出侧有一相接地时，接地相的相电压幅值均为USCJD，考虑到检测传感器精度及抗干扰能力，确定电压阀值ΔU1≥USCJD；在中间直流环节的正母线或负母线接地时，输出逆变器输出侧的三相电压幅值均为UZLJD，考虑到检测传感器精度及抗干扰能力，确定电压阀值ΔU2≤UZJD；在整流器交流输入侧有一相接地时，输出逆变器输出的B、C相电压或C、A相电压或A、B相电压均等于USRJD，考虑到检测传感器精度及抗干扰能力，确定电压阀值ΔU3≤USRJD。
参看附图2所示的本发明实施例的交直交电路接地检测方法程序流程图。程序进入框2.1开始检测。进入框2.2采集整流器输入侧三相电流Ia、Ib、Ic。进入框2.3采集输出逆变器1输出的三相电压Ua1、Ub1、Uc1。进入框2.4计算三相电流Ia、Ib、Ic的矢量和I。进入框2.5计算三相电压Ua1、Ub1、Uc1的幅值U1、U2、U3。进入框2.6计算Ua1和Ub1的相位差Δθab。进入框2.7计算Ub1和Uc1的相位差Δθbc。进入框2.8计算Uc1和Ua1的相位差Δθca。进入框2.9判断矢量和I的幅值是否小于电流阀值ΔI。若框2.9条件满足，进入框2.19判断U1、U2、U3是否大于电压阀值ΔU1且相位差Δθab、Δθbc、Δθca都为120°。若框2.19条件满足，则判定内燃机车主电路均无接地，然后返回主程序；若框2.19条件不满足，返回主程序。若框2.9条件不满足，进入框2.10判断U1是否小于电压阀值ΔU1且Ub1和Uc1的相位差Δθbc为60°。若框2.10条件满足，则进入框2.21，判定主电路逆变器输出侧A相有一点接地，断开接触器开关BKI，切断输出逆变器与主电路中间直流环节的连接，然后返回主程序；若框2.10条件不满足，进入框2.11判断U2是否小于电压阀值ΔU1且Uc1和Ua1的相位差Δθca为60°。若框2.11条件满足，则进入框2.22，判定主电路逆变器输出侧B相有一点接地，断开接触器开关BKI，切断输出逆变器与主电路中间直流环节的连接，然后返回主程序；若框2.11条件不满足，进入框2.12判断U3是否小于电压阀值ΔU1且Ua1和Ub1的相位差Δθab为60°。若框2.12条件满足，则进入框2.23，判定主电路逆变器输出侧C相有一点接地，断开接触器开关BKI，切断输出逆变器与主电路中间直流环节的连接，然后返回主程序；若框2.12条件不满足，进入框2.13判断U1、U2、U3是否大于ΔU2且全为负值。若框2.13条件满足，则进入框2.24，判定主电路直流环节的正母线P接地，断开接触器开关BKR，切断整流器与主发电机G的连接，然后返回主程序；若框2.13条件不满足，进入框2.14判断U1、U2、U3是否大于ΔU2且全为正值。若框2.14条件满足，则进入框2.25，判定主电路直流环节的负母线N接地，断开接触器开关BKR，切断整流器与主发电机G的连接，然后返回主程序；若框2.14条件不满足，返回主程序。进入框2.15判断逆变器输出的B、C相电压是否全部高于电压阀值ΔU3，若框2.15条件满足，则进入框2.26，判定交流输入侧A相接地,柴油发电机组停机，然后返回主程序；若框2.15条件不满足，则进入框2.16。在框2.16，判断逆变器输出的A、C相电压是否全部高于电压阀值ΔU3，若框2.16条件满足，则进入框2.27，判定交流输入侧B相接地，柴油发电机组停机，然后返加主程序；若框2.16条件不满足，则进入框2.17。在框2.17，判断逆变器输出的A、B相电压是否全部高于电压阀值ΔU3，若框2.17条件满足，则进入框2.28，判定交流输入侧C相接地，柴油发电机组停机，然后返回主程序；若框2.17条件不满足，则返回主程序。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种交直交电路接地保护方法，其特征在于采取如下步骤：
A.设定电流阀值ΔI、电压阀值ΔU1、ΔU2、ΔU3；
B.采集交流输入侧的相电流Ia、Ib、Ic及输出逆变器输出的相电压Ua1、Ub1、Uc1；
C.计算相电流Ia、Ib、Ic的矢量和I、输出逆变器输出的相电压幅值U1、U2、U3及电压相位差Δθab、Δθbc、Δθca；
D.当矢量和I的幅值小于电流阀值ΔI时，若输出逆变器输出的相电压幅值U1、U2、U3都大于电压阀值ΔU1且电压相位差Δθab、Δθbc、Δθca都为120°，则电路的交流输入侧、中间直流环节及交流输出侧均无接地；
E.当矢量和I的幅值高于电流阀值ΔI时，若输出逆变器输出的A相电压幅值低于电压阀值ΔU1且电压相位差Δθbc为60°时，则判定A相有一点接地，切断输出逆变器与主电路中间直流环节的连接；输出的B相电压幅值低于电压阀值ΔU1且C、A相电压的相位差Δθca为60°时，则判定B相有一点接地，切断输出逆变器与主电路中间直流环节的连接；输出的C相电压幅值低于电压阀值ΔU1且A、B相电压的相位差Δθab为60°时，则判定C相有一点接地，切断输出逆变器与主电路中间直流环节的连接；
F.当矢量和I的幅值高于电流阀值ΔI时，若输出逆变器输出的相电压幅值U1、U2、U3全部高于电压阀值ΔU2，且对地电压全为负，则判定中间直流环节的正母线P接地，断开接触器开关BKR，切断整流器与交流电源的连接；
G.当矢量和I的幅值高于电流阀值ΔI时，若输出逆变器输出的A、B、C相电压全部高于电压阀值ΔU2，且对地电压全为正，则判定中间直流环节的负母线N接地，断开接触器开关BKR，切断整流器与交流电源的连接；
H.当矢量和I的幅值高于电流阀值ΔI时，若逆变器输出的B、C相电压全部高于电压阀值ΔU3，则判定交流输入侧A相接地,关断交流电源；若逆变器输出的A、C相电压全部高于电压阀值ΔU3，则判定交流输入侧B相接地，关断交流电源；若逆变器输出的A、B相电压全部高于电压阀值ΔU3，则判定交流输入侧C相接地，关断交流电源。
2.一种柴油发电机组，其特征在于采用权利要求1所述交直交电路接地检测方法。
3.一种铁路机车，其特征在于采用权利要求1所述交直交电路接地检测方法。
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