交流传动电力机车主回路接地故障检测方法与流程

本发明涉及交流传动电力机车接地故障检测，具体为交流传动电力机车主回路接地故障检测方法。

背景技术：

近年来，随着我国铁路不断发展，电力机车已经成为铁路运输的主力车型，这就对其安全可靠运行提出了更高的要求，主回路接地故障的检测与保护是电力机车功率电路保护的一项重要内容。机车在运输过程中由于振动、摩擦、污染、电缆老化等，会造成某一电路环节发生接地故障，如果不及时进行故障排查处理，可能造成短路的严重后果。

图1中给出了交流传动电力机车主回路拓扑，图中包含四大板块，预充电模块、四象限整流模块、斩波模块、逆变模块，其中预充电模块包括预充电接触器k11、预充电电阻r0、主接触器k1，四象限整流模块包括输入电流监测装置a1、g1、g2、g3、g4开关管组成的单相全桥电路，斩波模块包括斩波开关管g5、斩波电阻r4、反向二极管d1、斩波电流监测装置a2，逆变模块包括g6、g7、g8、g9、g10、g11开关管组成的三相逆变电路，m为三相异步电动机，c1和c3为直流侧支撑电容，r1为慢放电阻，u为直流母线电压监测装置，电阻r2阻值等于r3，电阻r2和r3串联在直流回路的两端组成了接地电阻监测回路，c2并在r2两端用来吸收杂散电感，用接地电压检测装置u1检测的r2两端的电压信号作为故障判断的信号源。

现有技术依靠高速硬件采样电路或者利用硬件搭建模拟电路进行主回路接地故障判断，其存在如下缺陷或不足：首先，增加了检测电路的设计成本；其次，只判断区分直流侧接地和交流侧接地，不能区分具体是输入侧还是输出侧的哪一相接地。

技术实现要素：

本发明解决依靠高速硬件采样电路或者利用硬件搭建模拟电路进行主回路接地故障判断存在的缺陷和不足，提供一种交流传动电力机车主回路接地故障检测方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：交流传动电力机车主回路接地故障检测方法，主回路包括由开关管g1-g4构成的四象限整流模块，由开关管g6-g11构成的逆变模块，四象限整流模块的交流输入端为火线端a和零线端x；将电阻r2、电阻r3串联后作为一个整体并联在四象限整流模块的直流侧两端，其中电阻r2和电阻r3的阻值相等，电阻r2和电阻r3之间的节点接地，并且在电阻r2的两侧并联一个电压传感器u1，在四象限整流模块的直流侧两端并联电压传感器u；实时检测四象限整流模块的直流侧两端电压信号u及四象限整流模块的直流侧正极端与电阻r2和电阻r3之间的节点之间的电压信号u1，并计算0.5*u与u1之间的电压差值信号0.5*u-u1；

差值信号0.5*u-u1在一定时间内一直大于等于-0.1*u并且小于等于0.1*u，判定主回路未发生接地故障；

差值信号0.5*u-u1在一定时间内一直大于0.4*u，判定四象限整流模块的直流侧正极端接地故障；

差值信号0.5*u-u1在一定时间内一直小于-0.4*u，判定四象限整流模块的直流侧负极端接地故障；

差值信号0.5*u-u1在一定时间内以脉冲形式在小于-0.4*u和大于0.4*u之间交替变化，则判定为交流侧接地故障；

进一步检测（四象限整流模块的上左）开关管g1的控制脉冲信号，并用开关管g1的控制脉冲信号的相位与差值信号0.5*u-u1的相位进行比较，若相位重合，则判定四象限整流模块的火线端a接地故障；

进一步检测（四象限整流模块的上右）开关管g3的控制脉冲信号，并用开关管g3的控制脉冲信号的相位与差值信号0.5*u-u1的相位进行比较，若相位重合，则判定四象限整流模块的零线端x接地故障；

进一步检测（逆变模块的上左）开关管g6的控制脉冲信号，并用开关管g6的控制脉冲信号的相位与差值信号0.5*u-u1的相位进行比较，若相位重合，则判定逆变侧u相接地故障；

进一步检测（逆变模块的上中）开关管g8的控制脉冲信号，并用开关管g8的脉冲信号相位与差值信号0.5*u-u1的相位进行比较，若相位重合，则判定逆变侧v相接地故障；

进一步检测（逆变模块的上右）开关管g10的控制脉冲信号，并用开关管g10的脉冲信号的相位与差值信号0.5*u-u1的相位进行比较，若相位重合，则判定逆变侧w相接地故障。

本发明实时检测四象限整流模块的直流侧两端电压信号u及四象限整流模块的直流侧正极端与电阻r2和电阻r3之间的节点之间的电压信号u1，并根据信号差值0.5*u-u1在一定时间内的变化情况，实现交流传动电力机车牵引变流器主回路接地检测，能够实现中间直流侧正负接地和交流侧接地故障的判定。并且在判定为交流侧接地故障后，进一步检测四象限侧和逆变侧的脉冲信号，用四象限侧和逆变侧的控制脉冲信号与信号差值0.5*u-u1的相位进行比较，可以在四象限侧a相端子、四象限侧x相端子、逆变侧u相、逆变侧v相和逆变侧w相中判断出哪一相接地。本发明实现简单，有效解决了现有技术依靠高速硬件采样电路或者利用硬件搭建模拟电路进行接地判断的不足，可应用于工程实践当中。

附图说明

图1为本发明所述交流传动电力机车主回路的电路原理图。

具体实施方式

交流传动电力机车主回路接地故障检测方法，主回路包括由开关管g1-g4构成的四象限整流模块，由开关管g6-g11构成的逆变模块，四象限整流模块的交流输入端为火线端a和零线端x；将电阻r2、电阻r3串联后作为一个整体并联在四象限整流模块的直流侧两端，其中电阻r2和电阻r3的阻值相等，电阻r2和电阻r3之间的节点接地，并且在电阻r2的两侧并联一个电压传感器u1，在四象限整流模块的直流侧两端并联电压传感器u；实时检测四象限整流模块的直流侧两端电压信号u及四象限整流模块的直流侧正极端与电阻r2和电阻r3之间的节点之间的电压信号u1，并计算0.5*u与u1之间的电压差值信号0.5*u-u1；

差值信号0.5*u-u1在一定时间内一直大于等于-0.1*u并且小于等于0.1*u，判定主回路未发生接地故障；

差值信号0.5*u-u1在一定时间内一直大于0.4*u，判定四象限整流模块的直流侧正极端接地故障；

差值信号0.5*u-u1在一定时间内一直小于-0.4*u，判定四象限整流模块的直流侧负极端接地故障；

差值信号0.5*u-u1在一定时间内以脉冲形式在小于-0.4*u和大于0.4*u之间交替变化，则判定为交流侧接地故障；

进一步检测（四象限整流模块的上左）开关管g1的控制脉冲信号，并用开关管g1的控制脉冲信号的相位与差值信号0.5*u-u1的相位进行比较，若相位重合，则判定四象限整流模块的火线端a接地故障；

进一步检测（四象限整流模块的上右）开关管g3的控制脉冲信号，并用开关管g3的控制脉冲信号的相位与差值信号0.5*u-u1的相位进行比较，若相位重合，则判定四象限整流模块的零线端x接地故障；

进一步检测（逆变模块的上左）开关管g6的控制脉冲信号，并用开关管g6的控制脉冲信号的相位与差值信号0.5*u-u1的相位进行比较，若相位重合，则判定逆变侧u相接地故障；

进一步检测（逆变模块的上中）开关管g8的控制脉冲信号，并用开关管g8的脉冲信号相位与差值信号0.5*u-u1的相位进行比较，若相位重合，则判定逆变侧v相接地故障；

进一步检测（逆变模块的上右）开关管g10的控制脉冲信号，并用开关管g10的脉冲信号的相位与差值信号0.5*u-u1的相位进行比较，若相位重合，则判定逆变侧w相接地故障。

具体实施时，差值信号0.5*u-u1在一定时间内进行判断，是指在200毫秒以内，具体实施例中，检测开关管的控制脉冲周期为50微秒。