电气综合控制柜的检测试验设计

杨 威

(唐山轨道客车有限责任公司,河北唐山 063000)

电气综合控制柜的检测试验设计

杨 威

(唐山轨道客车有限责任公司,河北唐山 063000)

电气综合控制柜可以对全车的电气产品进行控制。本文介绍了电器综合控制柜的主要功能,重点研究了其中的几项功能试验。通过计算,设计合理的试验装置,实现各种功能的检测,使系统的功能满足要求。

电气综合控制柜;PLC;欠压保护

目前,铁路客车已经全面使用电气综合控制柜,综合控制柜是集供电电源转换控制、照明控制、空调机组控制、应急电源控制、全列车网络监控等功能单元于一体的智能型控制柜。核心采用PLC,能够自动执行指令操作,对电气系统运行中出现的各种故障及时进行诊断、显示和保护,实时存储电流、电压及各种工况的运行记录,同时通过网关在车辆间进行联网通讯和互相控制,实现了客车电气控制系统的小型化、集成化、智能化和系统化。这一转变是铁路电气产品由低端向高端过度的必然。笔者对综合控制柜的主要功能进行分析,并设计各种试验方法实现各种功能检测,满足使用要求。

1 漏电保护功能

1.1 漏电保护功能原理分析

综合控制柜具有漏电保护功能,当三相交流漏电流高于150m A时,自动切断主电源。

系统的工作原理如图1所示。正常工作状态下,两路都有电,转换开关SA1选择自动,电流分别经过1路、2路再到熔断器FU1、FU2,此时熔断器下口110、114都有电。PLC根据当前车号(奇数号选择1路,偶数号选择2路,假定车号为1)选择1路供电,电流由110至PLC输出端118,到C16,到KM 2常闭触点,到KM 1线圈,KM 1吸合,此时比流器BLQ感应电流为0,电流互感器JK1输出A16为0;当系统有漏电发生时,比流器在线检测, JK1同步输出,触摸显示屏显示当前漏电流值,但是不切断电源。当有漏电流超过150mA时,PLC保护,切断当前路供电接触器 KM 1线圈的电, KM 1失电,整个系统停止供电。

图1 系统工作原理图

1.2 检测方法分析

如果将一个220V,100W的电灯一端接于通过比流器的U/V/W其中一相上,另一端接于PE上,此时电灯亮,显示漏电流为450m A左右。而系统的保护值为150m A,所以控制柜瞬间断电保护。考虑到100W的电灯电流大,这个试验可以用40W电灯试验,试验电流在180m A左右,基本能够满足要求。但是无法验证系统是否在150m A保护。

且由于试验的危险性较大,需要对试验方法进行改进。

1.3 检测方法的设计改进

根据R=U/I,要求漏电流 I=150m A,则电阻应该为:

R=220/0.15=1467Ω

可以使用2000Ω可调电阻,将可调电阻打到最大阻值,实际电流应为:

I=220/2000=110m A

缓慢调节可调电阻滑片,电阻由2000Ω逐渐下降,漏电流从110m A逐渐增长,由控制柜触摸屏上可以显示漏电流逐渐增长的过程,当变阻器阻值为1467Ω时,此时漏电流恰好为150m A,当漏电流超过150mA时,系统保护。从而达到精确试验的目的。

1.4 试验时的注意事项

注意在接线完毕后,不要急于给电试验,检查可调电阻阻值是否打到最大,如果操作错误,将可调电阻阻值设置为0,相当于电源线对地短路,瞬间电流很大,非常危险。可以在可调电阻转盘上设置档位,将低电阻位置卡死,防止试验人员误将阻值调至0位。

2 蓄电池欠压保护功能

2.1 欠压保护功能原理分析

PLC可实时监视整流模块、充电模块的电压和充电电流。当系统主电路因故障停止供电或整流模块出线故障时,列车专用控制器可自动切换到由蓄电池向应急负载供电状态并记录[1]。为保护蓄电池,综合控制柜设蓄电池欠压提示功能,当PLC检测到本车蓄电池电压低于欠压保护设定值时,触摸屏应显示相应故障信息,提示用户[2]。同时切掉应急负载进行欠压保护。蓄电池欠压保护值为42V±1V。

其工作原理如图2所示。正常工作状态下,应急输出的供电由整流模块UA-2提供,当交流停止供电时,整流模块不再工作,电压传感器JK6测得整流输出电压为零,PLC的I/O扩展单元20EDR1的输出点1403为OFF,KM 3失电,KM 3常开触点断开,常闭触点闭合,蓄电池通过空气开关Q30、KM 3常闭触点向应急负载供电。综合控制柜由JK8检测到电池电压,触摸显示屏显示当前电池电压,随着蓄电池持续放电,当JK8测得蓄电池电压降到42V以下时,PLC的I/O扩展单元20EDR1的输出点1403为ON,KM 3得电,其常闭触点断开,切断蓄电池向应急负载的供电电路。此时,充电模块UA-1电源的内部继电器也同时动作,输出端VL为ON,向直流系统的蓄电池欠压保护电路提供一个冗余控制信号[3]。

图2 欠压保护原理图

2.2 检测试验分析

采用常规的蓄电池用电,长期使用电量逐渐减少,减到42V系统保护。但是这样做放电时间太长,无法满足生产周期,且浪费人力。

试验此功能可以采用模拟电池欠压的方法。即:将电池电压降到42V以下,由于车下电池采用DC12V串联4节供电,如果使用3节,电压输出端为36V,系统可以保护,但是无法准确采到欠压保护节点42V,不可取。而且模拟电池欠压需要使电压由48V逐渐降至42V及以下,这样才能真实地模拟出欠压效果。

2.3 检测试验装置的设计

这里采用10A,10Ω滑动变阻器,滑动变阻器与电池组第一节电池并联,具体接线见图3。

图3 接线示意图

正负线即为车下电池输出电压(B+/B-),而经过滑动变阻器的实际电流:

I=12/10=1.2A

在滑动变阻器额定电流之内,满足使用要求。当滑动变阻器滑片在左端时,(B+/B-)实际输出电压为DC36V;当滑动变阻器滑片在右端时, (B+/B-)实际输出电压为DC48V;当划片从左到右滑动时,可以实现电池输出电压从36V到48V持续变化。

试验时,先把滑片打到右端,此时触摸显示屏显示当前电池电压为48V,将滑片向左端缓慢移动,显示电压逐渐下降,下降到42V时,系统保护,PLC切断应急负载。

2.4 检测试验引申

此试验方法同样适用于限流充电试验。限流充电原理是:当车下蓄电池欠压时,综合控制柜由JK8检测到电池电压,通过充电模块对电池进行充电,触摸显示屏显示当前充电电流,小于8± 0.5A。

此功能的试验与电池欠压保护试验类似,唯一的区别在于需要闭合充电电源开关Q 3。操作相同,滑动变阻器划片移动,电压变化,当电池电压低于42V±1V时,开始充电。通过触摸显示屏观察充电电流。

2.5 检测试验注意事项

注意电池欠压是由滑动变阻器模拟出来的,实际上电池并不欠压,长期强制充电会对蓄电池造成损坏,所以做此试验时,时间要尽可能短,实验结束及时断开接线。

3 结束语

采用上述试验方法,实现了电气综合控制柜的主要功能试验检测,其余功能试验相对简单,在此不做讨论。控制柜通过各种功能测试,满足使用要求,实际运行稳定,效果良好。

[1] 崔凤钊.孙国斌.CPM 2A-CPU 61型列车专用控制器[J].铁道车辆,2008,46(1):22-23.

[2] 四方车辆研究所.TKDT铁路客车综合电气综合控制柜使用说明书.青岛四方.2004.

[3] 龚焱.关于铁路客车电器综合控制柜应急电源控制的探讨[J].铁道车辆,2009,47(4):31-32.

The design on electricity integrated con trol cabinet testing experimen t

YANGWei

(Tangshan Railw ay Vehicle Co.,L td.,Tangshan Hebei063000,China)

The electricity integrated control cabinet can carry on the control to the entire electrical vehicles on the train.So,this papermainly introduces the functionsof it,and put focus on the studiesof several tests of its functions.By through calculating,the autho r designs the rational experimental device,and realizes each kind of function’s examination,meets the requirement of the w hole system.

Electricity integrated contro l cabinet;Programmable Logical Controller;Low-vo ltage p rotection

TP273

:A

1001-9383(2010)04-0018-03

2010-09-18

杨 威(1979-),男,河北唐山人,工程师,从事铁道车辆车电工艺技术研究工作.