一种列车辅助系统接地保护装置及接地保护方法
【专利摘要】本发明的列车辅助系统接地保护装置及接地保护方法，该接地保护装置包括零序电流传感器和剩余电流监控继电器，连接负载的主导线和中性线均穿过所述零序电流传感器的环形铁芯的开口，所述剩余电流监控继电器连接到位于所述环形铁芯的二次绕组上。该接地保护方法为基于上述接地保护装置的方法。本发明具有结构简单紧凑、灵敏度、可靠性高等优点。
【专利说明】
一种列车辅助系统接地保护装置及接地保护方法
技术领域
[0001]本发明主要涉及到轨道交通车辆领域，特指一种列车辅助系统接地保护装置及接地保护方法。
【背景技术】
[0002]列车辅助系统是列车车辆的重要组成部分，主要由辅助变压器、辅助逆变器、滤波器、交流负载、充电机、直流负载等组成，为列车的牵引控制、网络控制、制动控制、照明、空气压缩机、通信信号等设备提供电源。因此，列车辅助系统的安全性和稳定性对于列车安全运行和正常工作具有极其重要的作用。在所有影响辅助系统正常工作的因素里面，出现接地情形是最严重也是影响最大的状况之一，它会影响辅助系统正常工作，使列车不能正常运行，严重的时候还会造成线路绝缘破坏危害设备和人身安全。因此对列车辅助系统进行可靠的接地保护显得尤为重要。
[0003]目前在轨道领域常用的辅助系统接地检测方式为:通过接地检测装置测量线路绝缘阻值和电阻网络检测某点电位来判断是否出现接地。辅助系统的接地故障主要是由于电气设备或者导线的绝缘造成的，与车体钢结构直接接触的为“死接地”，裸露导线部分通过空气对钢结构放电或者绝缘物表面对钢结构爬电的为“活接地”，无论“死接地”或“活接地”，都会产生泄漏电流，腐蚀设备并破坏绝缘。若出现两点以上接地，将可能导致短路故障而烧毁设备或导线，所以必须在列车辅助系统上安装灵敏度可靠地接地检测装置，否则列车辅助系统的安全性和稳定性将难以保证。
[0004]在现有轨道交通领域，常用的列车辅助系统接地保护方法主要有以下几种:
(I)通过接地检测装置测量线路绝缘阻值，以判断是否接地。该方案要求辅助变压器中性点通过电容形成高阻抗接地，从其中性点接入接地检测装置，通过发出直流脉冲来计算线路的绝缘阻值，以判断绝缘状态。当检测到的绝缘阻值低于整定值时，保护装置动作，对故障线路进行隔离。由于辅助变压器中性点高阻抗接地，在实际运行过程中辅助变压器二次侧中性点电位容易出现浮动，造成相电压抬升，对负载供电稳定性造成影响，同时在发生单相接地时，容易使负载设备承受过压风险。
[0005](2)在三相线路与地之间接入电阻网络，通过检测某点电位来判断是否出现接地故障。如果出现某一相接地，通过接地检测电压传感器检测电阻网络中性点对地电压，作为辅助系统接地检测信号。当检测到的电压信号超过整定值时，保护装置动作，对故障线路进行隔离。在实际运用中发现该接地检测装置由于接地电阻大，漏电流小，电压传感器的信号闭环比较平缓从而存在控制精度不高的问题，导致接地保护过于灵敏，不利于整定接地判断的门槛值。同时因为电压传感器易受列车浮电位干扰，容易出现接地检测装置误动作。
[0006]综上所述，现有的列车辅助系统接地保护方法具有如下不足:
(I)常需要辅助变压器中性点通过高阻抗接地，在实际运行过程中辅助变压器二次测中性点电位容易出现浮动，造成相电压抬升，对负载供电稳定性造成影响。
[0007](2)在发生单相接地时，容易使负载设备承受过压风险。
[0008](3)存在控制精度不高的问题。
[0009](4)整定值不易调校，接地检测装置容易误动作。
【发明内容】
[0010]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、灵敏度、可靠性高的列车辅助系统接地保护装置及接地保护方法。
[0011]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种列车辅助系统接地保护装置，包括零序电流传感器和剩余电流监控继电器，连接负载的主导线和中性线均穿过所述零序电流传感器的环形铁芯的开口，所述剩余电流监控继电器连接到位于所述环形铁芯的二次绕组上。
[0012]—种列车辅助系统接地保护方法，将连接负载的主导线和中性线均穿过零序电流传感器的环形铁芯的开口，将剩余电流监控继电器连接到位于所述环形铁芯的二次绕组上;如果设备正常运行，无故障发生，则流入和流出的电流总和等于零;如果发生绝缘故障剩余电流降低，则流入电流的总和大于流出电流的总和;剩余电流在二次绕组中感应出一个二次电流。
[0013]作为本发明方法的进一步改进:在所述剩余电流监控继电器中对剩余电流进行计算，当超过设定的脱扣阈值时，剩余电流监控继电器发生动作。
[0014]作为本发明方法的进一步改进:如果所测得的剩余电流超过设定的脱扣值，则启动设定的延迟时间，继电器的符号进行闪烁。
[0015]作为本发明方法的进一步改进:与负载漏电保护开关配合，即在负载单相接地情况下，如果单相接地发生在支路漏电保护开关的前级，则辅助系统漏电保护装置报送辅助系统接地故障至控制单元，控制单元对辅助变压器中性点接地接触器K进行跳接触器保护；列车维持正常运行，待入库之后检修时排除接地故障。
[0016]作为本发明方法的进一步改进:如果单相接地发生在支路漏电保护开关的后级，对应支路的漏电保护开关立即跳断，在对应支路负载不影响牵引的情况下，其漏电保护开关跳断后动车继续维持运行，同时辅助系统接地保护装置不动作。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点在于:
本发明的列车辅助系统接地保护装置及接地保护方法，包括零序电流传感器和剩余电流监控继电器，零序电流传感器负责漏电检测，并通过剩余电流监控继电器来进行漏电保护。通过零序电流传感器来检测线路零序电流，装置简单、灵敏度和可靠性高。当三相线路出现接地故障时，零序电流传感器检测到零序电流，剩余电流监控继电器相应开关动作，列车控制系统检测到开关电位的变化，对故障线路进行保护。
【附图说明】
[0018]图1是本发明接地保护装置的结构原理示意图。
[0019]图2是本发明应用于独立式辅助供电系统的示意图。
[0020]图3是本发明应用于并联式辅助供电系统的示意图。
[0021]图4是本发明在具体应用实例中进行接地保护的原理示意图。
[0022]图5是本发明在具体应用实例中与负载漏电保护开关配合实现分级保护的示意图。
【具体实施方式】
[0023]以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0024]如图1所示，本发明的列车辅助系统接地保护装置，包括零序电流传感器和剩余电流监控继电器，连接负载的主导线和中性线均穿过零序电流传感器的环形铁芯的开口，剩余电流监控继电器连接到位于所述环形铁芯的二次绕组上。
[0025]如果设备正常运行，无故障发生，则流入和流出的电流总和等于零。在这种情况下，在零序电流传感器的二次绕组中没有感应电压。然而，如果发生绝缘故障导致流出电流降低，则流入电流的总和大于流出电流的总和。剩余电流(差动电流)在二次绕组中感应出一个二次电流。在剩余电流监控继电器中，对该电流进行计算，一方面用于显示实际的剩余电流，另一方面，当超过设定的脱扣阈值时，剩余电流监控继电器发生动作。
[0026]如果所测得的剩余电流超过设定的脱扣值，则启动设定的延迟时间，相关继电器的符号进行闪烁。延迟时间过后，相关的转换接点则改变其开关状态(图1中14点开关状态)，列车控制系统通过14点检测到开关状态的转换即辅助系统出现接地故障，控制系统会对辅助系统进行跳接触器保护。
[0027]在实际运行过程中，考虑到列车辅助系统有分离式供电和并联式供电两种供电方式，下面就分离式独立供电系统和并联式供电系统(以两组辅助系统并联到一组母线为例，实际两组以上辅助系统并联仍可使用本发明提出的保护方案)，分别对本发明的技术方案进行介绍。
[0028]如图2所示，当列车辅助系统为独立式供电系统，即一台辅助变流器独立为若干组负载进行供电。正常运行时要求辅助变压器中性点接地接触器K保持闭合状态，当三相系统出现某一相接地时，故障相通过辅助变压器中性点构成一个完整的漏电流回路，零序电流传感器检测到漏电流，若漏电流超过剩余电流监控继电器脱扣阈值，剩余电流监控继电器相关的转换接点则改变其开关状态，列车控制系统通过14点检测到开关状态的转换即报辅助系统接地故障，系统会对辅助变压器中性点接地接触器K进行跳接触器保护，以避免出现持续较大的漏电流。
[0029]如图3所示，当列车辅助系统为并联式供电系统时，即多台辅助变流器输出并联在同一组母线上为若干组负载进行供电。正常运行时，要求各辅助变压器中性点接地接触器K有且只有一个闭合，其余均断开，以保证整车的N线只有一个接地点，不会形成车体回流影响剩余电流检测。下面以两台辅助变流器输出并联供电为例，对并联式供电辅助系统接地保护方案进行介绍。如图3所示，预先设置Kll接地接触器闭合，K12接地接触器断开，该接触器的设置可通过列车网络控制，以保证整车的N线只有一个接地点。当三相系统出现某一相接地时，故障相通过辅助变压器中性点闭合接触器KU构成一个完整的漏电流回路，零序电流传感器LHl检测到漏电流，若漏电流超过剩余电流监控继电器脱扣阈值，剩余电流监控继电器相关的转换接点则改变其开关状态，列车控制系统通过14点检测到开关状态的转换即报辅助系统接地故障，系统会对辅助变压器中性点接地接触器KlI进行跳接触器保护，以避免出现持续较大的漏电流。每台辅变均在接触器Kl后端加漏电保护装置，两套漏电保护装置同时监控系统漏电流，可提高系统接地保护的可靠性和冗余度。
[0030]在具体应用时，本发明辅助系统接地保护的基本框图如图4所示:
在三相供电线路、母线或者负载出现接地故障时，接地故障点通过辅助变压器中性点接地接触器，形成故障回路。此时，零序电流传感器检测到漏电流，若漏电流超过剩余电流监控继电器脱扣阈值，剩余电流监控继电器相关的转换接点则改变其开关状态，控制单元检测到相关开关状态的转换，报送辅助系统接地故障并在显示单元予以显示。同时控制单元会对辅助变压器中性点接地接触器K进行跳接触器保护，以避免出现持续较大的漏电流。列车维持正常运行，待入库之后检修时排除接地故障。
[0031]同时，本发明辅助系统接地保护还可以与负载漏电保护开关配合使用，如图5所示，在某负载单相接地情况下，如果单相接地发生在支路漏电保护开关的前级，则辅助系统漏电保护装置会报送辅助系统接地故障至控制单元，控制单元会对辅助变压器中性点接地接触器K进行跳接触器保护，以避免出现持续较大的漏电流。列车维持正常运行，待入库之后检修时排除接地故障。
[0032]如果单相接地发生在支路漏电保护开关的后级，对应支路的漏电保护开关会立即跳断，在对应支路负载不影响牵引的情况下，其漏电保护开关跳断后动车可以继续维持运行。同时辅助系统接地保护装置不动作。
[0033]以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种列车辅助系统接地保护装置，其特征在于，包括零序电流传感器和剩余电流监控继电器，连接负载的主导线和中性线均穿过所述零序电流传感器的环形铁芯的开口，所述剩余电流监控继电器连接到位于所述环形铁芯的二次绕组上。2.—种列车辅助系统接地保护方法，其特征在于，将连接负载的主导线和中性线均穿过零序电流传感器的环形铁芯的开口，将剩余电流监控继电器连接到位于所述环形铁芯的二次绕组上；如果设备正常运行，无故障发生，则流入和流出的电流总和等于零;如果发生绝缘故障剩余电流降低，则流入电流的总和大于流出电流的总和;剩余电流在二次绕组中感应出一个二次电流。3.根据权利要求2所述的列车辅助系统接地保护方法，其特征在于，在所述剩余电流监控继电器中对剩余电流进行计算，当超过设定的脱扣阈值时，剩余电流监控继电器发生动作。4.根据权利要求3所述的列车辅助系统接地保护方法，其特征在于，如果所测得的剩余电流超过设定的脱扣值，则启动设定的延迟时间，继电器的符号进行闪烁。5.根据权利要求2或3或4所述的列车辅助系统接地保护方法，其特征在于，与负载漏电保护开关配合，即在负载单相接地情况下，如果单相接地发生在支路漏电保护开关的前级，则辅助系统漏电保护装置报送辅助系统接地故障至控制单元，控制单元对辅助变压器中性点接地接触器K进行跳接触器保护;列车维持正常运行，待入库之后检修时排除接地故障。6.根据权利要求5所述的列车辅助系统接地保护方法，其特征在于，如果单相接地发生在支路漏电保护开关的后级，对应支路的漏电保护开关立即跳断，在对应支路负载不影响牵引的情况下，其漏电保护开关跳断后动车继续维持运行，同时辅助系统接地保护装置不动作。
【文档编号】H02H7/26GK105896466SQ201610366477
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】刘永江, 李华, 左鹏, 程俊, 唐雄辉, 彭程, 陈斌, 龚昱
【申请人】株洲中车时代电气股份有限公司