6A 系统高压绝缘检测箱典型故障与处理

2022-03-16胡建功师君恕王铮赫王立成

科技创新与应用 2022年5期

胡建功，师君恕，王铮赫，王立成

（兰州局集团公司兰州西机务段，甘肃兰州 730000）

和谐系列机车车顶高压绝缘检测子系统，是机车车载安全防护系统（6A 系统）的一个重要组成部分，用于检测车顶高压设备的绝缘状态，工作时主要由机车高压绝缘检测箱（以下简称检测箱）、高压电压互感器以及连接的线缆组成[1]，在日常的维护中最容易出问题的部分就是检测箱。目前我段承修的检测箱大约有6 种，它们的工作原理大同小异，本篇文章将对HXD1C 机车上安装的xxxx 牌的检测箱进行讲解，主要内容有检测箱的工作原理、安全保护电路的实现过程、内部继电器电子电路的逻辑控制，以及典型故障的维修流程图，以此达到快速检修检测箱的目的。

1 高压绝缘检测箱工作原理简述

高压绝缘检测箱主要部分就是一个逆变电源，将机车蓄电池的直流电，通过闭环开关电源技术和直流逆变交流技术，转化为工频0～100 V 的正弦交流电（不同车型对应的电压不同），提供给机车高压电压互感器的二次侧，在一次侧感应出约25 kV 的高压电，来检测车顶高压设备绝缘状态，逆变电源为两级逆变器，前级为DC/DC变换电路，后级为DC/AC 的逆变电路，整个电路由辅助开关电源，中央处理单元及显示电路、TL494 脉宽调制（PWM）、高频升压电路、整流滤波电路、正弦波驱动（SPWM）、H 桥电路、输入输出接口电路8 大部分组成。通过K1-K6 继电器的逻辑控制，将这8 部分根据操作顺序和实现功能串接到一起，同时根据电路的运行状况，用指示灯、显示屏、蜂鸣器来进行工作指示和报警指示（图1）。

图1 高压绝缘检测箱原理框图

在DC/DC 变换电路中，通过蓝钥匙旋转开关将机车蓄电池110 V 直流电输入到辅助开关电源，降压后输出3 路相互独立的12 V 低压直流电，1 路电压送往CPU 及继电器的供电，2 路送往前级驱动电路、保护电路，3 路送往后级驱动电路，同时110 V 的CPU 供电指示灯点亮，表明各路供电正常。控制箱自动进入自检状态，TL494 对脉冲的宽度进行调制，得到等效含有形状和幅值的PWM波形[2]，输入到推挽升压电路的2 个开关管的栅极上，交替驱动2 个MOS 管，经高频变压器耦合输出矩形波交变电流，经整流滤波变为需要的直流电压和电流，为后面的逆变提供足够的功率。

在DC/AC 的逆变环节中，正弦波脉宽调制（SWPM）采用的是单相纯正弦波逆变器驱动板，专门用于单相正弦波逆变器的驱动，控制芯片为EG8010，驱动芯片采用的是IR2110S，专用于MOSFET 的驱动，驱动板上集成了电压、电流、温度保护、LED 告警显示等功能[3]，在进行出库检查或运行检测时，驱动板输出4 路共地的正弦波调制信号提供给H 桥来驱动4 颗MOS 管，将桥式整流滤波后的直流电转换成50 Hz、0～100 V 的正弦交流电。

2 保护电路的实现

2.1 外网有电保护

当受电弓未降下时高压互感器的次边会感应出正弦交流电，送入检测盒的JP2 接口插座1-5、7-11 针脚上，通过K6 继电器的常闭触点（1-5）和（2-6）进入检测电路，经D31 整流和C73 的滤波后，流过光耦U18 的发光二极管侧，光耦获得导通电流，三极管侧导通将JP01-12脚电平拉低，并通知CPU 点亮面板上“外网有电”红色故障指示灯，液晶显示屏显示“外网有电”字符，蜂鸣器发出“滴滴”报警声。R104 为分压电阻，R103 为限流电阻，以防电流过大烧损光耦。当进入到出库检测和运行检测环节时，K6 继电器吸合常开触点（3-5）、（4-6）接通，逆变电源产生的正弦波电压输出到高压互感器的二次侧，同时常闭触点断开切除外网有电保护电路（图2）。

图2 外网有电检测电路

2.2 电钥匙开的保护

机车电钥匙打开时接口插座JP2 的14 针脚就会有110 V 电压送到D38 上，点亮D39 发光二极管，光耦U23 二极管侧有电流过，三级管侧导通将JP01 的7 脚电位拉低，CPU 点亮面板上“电钥匙开”红色故障指示灯，液晶显示屏显示“电钥匙开”字符，蜂鸣器发出“滴滴”报警声，同时110 V 击穿D40 稳压管给三极管Q7的基级提供偏置，Q7 导通短路Q8 的基级供电，K5 继电器不能吸合，逆变电源前级驱动无法工作，不能进入自检环节（图3）。

图3 电钥匙开和K5、K6 继电器的工作电路

3 检测箱继电器的逻辑控制

3.1 K1 继电器线圈的供电电路

3.1.1 K1 继电器的吸合过程

110 V+电源经R106 的降压和D29 稳压后，再经K1继电器的线圈加到三极管Q15 的集电极上，另一路电在通电的一瞬间经电容C181 电阻R107 加到Q15 的基极上，使Q15 饱和导通，过K2-J2 常闭触点到110-端，K1继电器吸合，同时触点K1-J1 闭合短接Q15 使K1 继电器自锁（图4）。

图4 K1 继电器的工作电路

上电的瞬间C181 充电，Q15 导通K1 继电器吸合，辅助开关电源得电，检测箱可以进行自检，如遇异常想重复上述操作，由于电容C181 已充满电处于阻断状态，无法为Q15 的基级提供电压偏置，所以必须断蓝钥匙等待5 s 以上，使C181 的电荷释放后可进行下一次操作。

3.1.2 K1 继电器吸合的作用

当K1 继电器吸合时K2 继电器处于释放状态，K1-J1 闭合自锁K1，K1-J2 触点闭合接通110 V 到辅助开关电源的供电，辅助开关电源降压输出三路低压直流电，为全电路提供能源（图1）。

3.2 K2、K3、K4 继电器线圈的供电电路

辅助开关电源工作后变压器T1 的a5-x5 绕组输出的交流电，经D28 整流和C36、C37 滤波后加到U16-LM7812 的输入端，在输出端通过L5 和C38 组成的LC滤波器滤波后输出稳定的12 V 直流电，加到K2、K3、K4继电器的线圈上，同时D49 指示灯点亮表明1 路12 V输出正常（图5）。

3.2.1 K2 继电器的吸合过程

当自检和出库检测、运行检测完成后在120 s 内没有操作时，CPU 通过JP01 接口的8 脚输出高电平加到Q16 的基级上，Q16 导通K2 继电器吸合（图5）。

3.2.2 K2 继电器吸合的作用

K2 继电器吸合后常闭触点K2-J2 断开，切断K1 继电器负端回路迫使K1 继电器释放，K1-J2 触点切断辅助开关电源的供电，造成整个装置处于断电状态（图1）。

3.2.3 K3 继电器的吸合过程

当得到自检或检测命令时，CPU 通过JP01 接口的11 脚输出高电平加到Q17 的基级上，Q17 导通K3 继电器吸合（图5）。