[发明专利]机车推进系统的自动接地故障保护

说明书

本发明一般涉及经可控电源施加给电气负荷电路以不同电量的供电系统，特别涉及到在该系统产生不正常的大量接地漏泄电流时，保护该系统用的改进装置。

在介绍本发明的过程中，将牵涉到用于火车头之类的大型自推进牵引机车的推进系统，这种机车采用热力发动机（一般为16缸涡轮增压柴油发动机）驱动电力传动装置，该装置包括供电给多台直流牵引电动机的发电设备，而直流牵引电动机的转子转动时通过减速齿轮装置联接到机车的各轮轴组上。发电设备一般包括三相主牵引交流发电机。牵引发电机的转子机械联接到发动机的输出轴。激磁电流通入转动着的转子的磁场绕组时，交流发电机的三相定子绕组上就产生交流电压。这些电压经整流，加到牵引电动机的电枢和/或磁场绕组上。

机车柴油发动机处于“电动回转”或推进工作状态时，必然会传送恒定的功率，这与油门调节情况及环境条件有关，与机车速率无关。从历史上看，历来机车控制系统的设计使机车司机可以从零到最大功率之间非连续分级地任意选择所希望的牵引功率，从而使发动机产生牵引和辅助载荷所要求的任何功率级。

发动机功率与曲轴转动的角速度及相对这个运动的转矩两者的乘积成正比。为改变和调节可利用的功率，一般的作法是在机车发动机上配备调速器，调节注入各发动机油缸中高压柴油（即燃油）的量，使曲轴的实际转速（转/分）对应于某一要求转速。所要求的转速是在容许极限范围内用油门的手动操纵杆即手柄来设定的，油门手柄有八个位置或“挡”可供选择，对应于最小（N1）和最大（N8）之间的功率位置，调速时，即将油门手柄在此八个位置上移动。油门手柄是位于机车司机室中操纵台的一部分。油门手柄的位置确定调速器的发动机转速设定值。

在八个不同转速设定值下，发动机能发出相应的恒定功率（假定为最大输出转矩）。选用第8挡油门时，即可得到最高转速（例如，1，050转/分）和最高额定总功率（例如，4，000马力）。在正常情况下，各挡的发动机功率等于电力牵引系统所需的功率加上某些电力传动和机械传动辅助设备所消耗的功率;电力牵引系统则由发动机驱动的主交流发电机供电。

主交流发电机的输出功率（千伏安）与发电电压有效值和负荷电流的乘积成正比。此电压值随发动机的转速而变化，同时也分别是交流发电机电枢绕组和磁场绕组中电流值的函数。为了精确控制和调节发电机的功率输出，通常的作法是调节牵引发电机的磁场强度，以补偿负荷变化并将实际千伏安（KVA）与所要求的千伏安（KVA）之间的误差减至最少。所要求的功率与发动机的具体转速调定值有关。这种励磁控制为油门手柄杆各位置大体上恒定的最佳电力输出创造了平衡稳定的条件。交流发电机输出的调节功能由有关控制器进行，该控制器对油门的位置及分别表示电力牵引系统的某些参数或参量（例如，交流发电机的输出电压值和电流值）的若干反馈信号起反应。

在电力牵引系统中，所有电力设备（交流发电机、整流器、牵引电动机及其互接的接触器和电缆）需要良好绝缘，以防这些电力设备带电部分与地之间造成有害的短路。绝缘部分应能经受机车上极端恶劣的环境，包括持续的振动、经常的机械震动、非经常性的维修、偶然的电气过载、较大范围的环境温度，以及极端潮湿和/或肮脏的大气环境。如果某一设备的绝缘破损，或其介电强度下降，或潮气或累积的脏物使通向或处在绝缘表面的电阻降低时，电气设备与处于地电位的机车车身之 间就会产生不希望有的高漏泄电流，这种绝缘击穿会伴随着电离放电或飞弧现象。放电会在电压达到极限击穿值之前开始。绝缘部分越脏、越潮湿，则相对于实际击穿值的放电起始电压值就越低。如果无适当检测或不及时予以保护，其确实的危险是使原先无害的放电现象会很快变成或扩大到使绝缘系统严重损坏或无法修理，甚至使设备本身严重损坏或无法修理的程度。