机客车DC 600 V供电系统绝缘保护功能优化

耿继晗，滕振海，赵长波，郭志刚

（1 济南铁路局 济南车辆段，山东济南250000；2 中国铁路总公司 运输局车辆部，北京100844；3 中车青岛四方车辆研究所有限公司，山东青岛266031）

铁路供电技术

机客车DC 600 V供电系统绝缘保护功能优化

耿继晗1，滕振海1，赵长波2，郭志刚3

（1 济南铁路局 济南车辆段，山东济南250000；2 中国铁路总公司 运输局车辆部，北京100844；3 中车青岛四方车辆研究所有限公司，山东青岛266031）

介绍了机客车DC 600 V供电客车绝缘保护的设置依据、设计原理，据此对原有规范进行优化改进，提出了当前绝缘保护数值的设置要求，便于各铁路局工作人员深入了解、学习和掌握。

DC 600 V供电；中点接地；干线电压；漏电流；检测装置

一般地，当漏电电流达到300 m A时就有发生火灾的危险。电气火灾发生的主要原因是电气设备、电缆单极或单相漏电，没有及时发现处理造成短路导致；为保证旅客列车安全运行，机客车DC 600 V供电系统必须设置绝缘保护，以实现故障预警和故障电路自动切除。

1 既有规范

直供电普速旅客列车在电气化区段，采用由电力机车集中供电、客车分散变流供电方式；在非电气化区段，则由机车向客车提供DC 600 V电源。铁道行业标准TB／T 3063—2002《旅客列车DC 600 V供电系统技术条件》的第4.1.5条规定列车DC 600 V供电系统应设置两级接地保护电路。机车则推荐采用中点接地保护电路，如图1、图2所示。

图1 电力机车

机车采用中点接地模式的优点是：正负线对地电压对称（正常均为300 V）可以充分保证线路绝缘利用，抗电磁干扰（EMI）效果好。其中R的选取以DC 600 V对地绝缘为零时的接地电流不大于300 m A为限，考虑的是保证旅客列车供电系统安全性和稳定性，最大限度地满足旅客列车用电的需求。根据这一条件，机车上的R大多选为2 000Ω，假设DC 600 V负线对地为零的极端情况时，保护漏电流动作值为600 V／2 000Ω＝300 mA。

图2 内燃动车组

客车采用的是电流法，在电气综合控制柜内设置绝缘检测装置。漏电电流小于300 m A是防火要求，但对于承运旅客的列车而言，若单车设置为300 m A则出库质量标准较低、安全冗余不足；单车限值设置为50 m A又可能存在误动作、影响正常使用；综合以上因素，设置客车单车漏电动作电流为150 m A，达到该值时2 s内切断本车供电回路，此限值可通过客车触摸屏修改。

对于常用的1辆机车、18辆客车编组实际运用，不能简单地认为：要求全列漏电流不超过300 m A时，客车单车漏电流就不能超过300 m A／18＝16 m A。因为全列漏电流不仅仅是简单的代数叠加，还有矢量叠加、正负漏叠加。单车漏电流数值设置的过低，不利于装置躲过高次谐波通过滤波器或其他负载电容产生的虚漏电流，不利于客车的稳定运行。

2 改进设计原理

2.1 机车供电保护回路

2007年4月原铁道部运输局装备部组织召开了DC 600 V列车供电系统研讨会，提出了进一步完善机车DC 600 V供电装置接地保护系统的要求和具体措施。要求实施统一的中点接地保护电路，如图3。

图3 DC 600 V电源中点接地正线R地计算原理图

因R地＋和R3都为接地，分析时可认为接地端短接在一起，即I地＝I3，对应的等效电路如图4。

图4 DC 600 V对地R地计算等效电路原理图

其中R1、R2为600Ω电阻，为供电整流器的空载电阻；R3为750Ω电阻，为中点接地电阻。系统接地电阻R地小于等于900Ω时，应进行接地保护动作（检测的动作电压U地为138.4 V，流过R地的漏电流为153 m A，计算方法见式（3）和式（4）；检测试验时，系统接地电阻小于800Ω时，机车接地保护可靠动作，接地电阻大于2 000Ω时，保护不动作。系统接地电阻不同时，保护动作的延时也不同。

图4中各电阻阻值的选取，仍然以DC 600 V对地绝缘为零时接地电流不大于300 m A（GB 14287.2—2005《电气火灾监控系统》）为限。在TB／T 3063—2011《旅客列车DC 600 V供电系统技术要求和试验》的第4.1.5条中，参照图3对图1、图2进行了相应修改。

对图4所示电路，采用方法①依据电压传感器测得的电阻R地＋的端电压U地的大小，或方法②依据电压传感器测得的电阻R3的端电压U3的大小，或方法③依据电流传感器测得的电阻R3的电流，后均能通过计算得出系统的绝缘电阻。因电阻R3安装于机车上，所以若在客车上进行机车供电保护回路设计只能采用方法①。

现以第1种方法测量U地为例说明。设DC 600 V干线线间电压为UDC＝600 V，由图4分析得知：

R3和R地＋串联后与R1并联，电阻为：

根据欧姆定律，并联后的电阻两端电压UB为：

UB／RB＝UDC／（RB＋R2），则

流过绝缘电阻两端的电流I地为：

R地两端的电压U地为：

当R地＋＝800Ω时，由式（1）～式（4）得出：

同理，可计算出R地＋为不同数值时，对应的I地和U地，作为相应保护装置的取值。见表1

表1 R地＋不同数值时刻对应的I地和U地

由以上分析得出，DC 600 V干线线间电压为UDC＝600 V时，因R1＝R2，所以理想状态时U地为300 V。随着绝缘电阻的降低，检测到的电压U地也降低。因此原机车绝缘保护设计要求：

（1）参考取值A：检测试验时，当U地≤130 V，IR3≥160 m A时，绝缘监测保护保证动作；

（2）参考取值B：当U地≤138 V，I地≥154 m A时，绝缘监测保护动作；

（3）参考取值D：R地端电压U地≥200 V，R地电流I地≤100 m A时，绝缘监测保护保证不动作。

实际运用时，机车绝缘保护动作值按以上规定设置。

当DC 600 V干线线间电压在DC 560 V～DC 660 V范围变化时，以上对应数值也相应变化。根据上述计算方法得出的绝缘监测保护部分保证不动作与保证动作时R地＋电压U地和电流I地的数值如表2所示。

表2 机车绝缘监测保护正线对地电压对照表

2014年在机车的车载安全防护系统（6A系统）上也基于此原理设置了机车列车供电监测子系统，用于对机车供电电压和绝缘数据的监测和记录。

2.2 客车供电保护回路

客车单车绝缘保护设置取值过程见表1序号B，计算结果为154 m A，技术要求将漏电保护值确定为150 m A，便于记忆。

为解决供电故障时机车和客车均没有数据记录的问题，于2011年7月按照前述的检测方法①，研制了安装于首尾车上的DC 600 V干线绝缘检测装置。利用的是机车的中点接地电路，检测数据能够存储分析。客车全列绝缘保护设置取值过程见序号A，确定为800Ω或160 m A。

图5为模拟I路供电绝缘报警时的画面。

图5 模拟I路绝缘监测报警画面

以上保护设置方案，在运用中发现存在缺陷。机车设置的参考取值B：大于154 m A动作和单辆客车150 m A设置值相差较小。发生单辆漏电保护时，机车也可能跳闸，造成全列断电，不利于判断查找具体故障车辆。

3 设置持续改进

2015年7月中国铁路总公司运输局组织，中车青岛四方车辆研究所有限公司牵头，中国铁道科学研究院机车车辆研究所、株洲中车时代电气股份有限公司及中车株洲电力机车有限公司等相关单位参加对机车客车漏电保护值和报警时间进行了共同研究。经过现车模拟绝缘故障测试和讨论分析提出了相应的技术要求：

（1）对于机车

干线电压为DC 600 V时，绝缘检测装置动作值的数值取值过程见表1的序号A。更改为：SV电压（图3）小于130 V（正线接地）或大于470 V（负线接地），此时干线正线（或负线）对地等效绝缘电阻约为800Ω，对应漏电流约为160 m A。随着干线电压变化，等效动作电阻值不变，动作电压或动作电流应相应变化。

机车绝缘检测装置在监测达到动作值且持续30 s后，发出相应报警控制信号，并予以保持，直至手动复位。

新技术要求与原机车绝缘保护设计值相比，漏电流由154 m A提高为160 m A，最主要是增加了报警值延时判断时间要求。目的是增加机车与客车报警绝对值差，以利于客车报警时提前动作，努力达到不影响机车供电。

（2）对于客车

列车首尾车电气综合控制柜内设置DC 600 V干线绝缘检测装置，绝缘保护取值过程见表1的序号C计算结果。当监测电压传感器对地电压小于176 V时，延时约5 s，进行报警提示，此时等效干线对地绝缘小于1 500Ω，全列漏电流大于115 m A。随着干线电压变化，等效动作电阻值不变，监测对地电压相应变化。

客车每节车厢电气综合控制柜内设本车DC 600 V在线绝缘检测装置，绝缘保护取值过程见表1的序号D的计算结果。在本车直流漏电电流超过保护设定值100 m A时，等效干线对地绝缘电阻为2 000Ω，延时不超过2 s，可切除本车DC 600 V供电。

通过客车这次参数设置的改变有两个主要优点：

（1）客车绝缘标准提高：单车由150 m A提高为100 m A，列车由160 m A提高为115 m A，能够更好的保证出库质量。

（2）机车绝缘保护动作时间延长至30 s，客车绝缘保护动作时间不大于5 s，时间差异增加能够便于发挥两级保护的作用，客车可以先动作切除故障负载并查找故障回路而不影响机车。

4 结束语

机客车DC 600 V供电系统绝缘保护是一个值得深入研究的课题。随着大量客车的陆续应用，还需要继续积累案例和数据，具体问题具体分析，这样DC 600 V供电系统才能不断发展完善。

［1］ 郭志刚，李国平，王晓东.DC 600 V供电客车干线在线绝缘监测装置［J］.铁道车辆，2013，51（9）：27-29.

Insulation Protection Function Optimization for DC 600 V Power Supply System of Locomotive and Passenger Rolling Stock

GENG Jihan1，TENG Zhenhai1，ZHAO Changbo2，GUO Zhigang3
（1 Jinan Car Depot，Jinan Railway Bureau，Jinan 250000 Shandong，China；2 Vehicle Department，Transportation Bureau of China Railway，Beijing 100844，China；3 CRRC Sifang Co.，Ltd.，Qingdao 266031 Shandong，China）

This paper briefly introduces the insulation protection setting basis，design principle and improvement process for DC 600 V power supply system of locomotive and passenger trains，and proposes the insulation protection numerical setting requirements suitable for the railway staff in-depth understanding，learning and mastering.

DC 600 V power supply；neutral grounding；trunk voltage；leakage current；detecting device

U223.6＋1

A

10.3969／j.issn.1008－7842.2016.06.14

1008－7842（2016）06－0054－03

6—）男，工程师（

2016－05－05）