淺析電力機(jī)車主電路的保護(hù)

摘要：根據(jù)機(jī)車故障現(xiàn)象的不同性質(zhì)，對(duì)電力機(jī)車主電路的保護(hù)裝置進(jìn)行分類和工作原理闡述，使司乘人員了解保護(hù)原理，保證機(jī)車正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車；保護(hù)裝置；過(guò)電流；接地；過(guò)欠電壓；空轉(zhuǎn)

為了保證電力機(jī)車可靠的運(yùn)行，在機(jī)車的電氣線路中必須設(shè)置一系列的保護(hù)裝置，它們?cè)跈C(jī)車線路發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)動(dòng)作，迅速切斷相應(yīng)電路，以避免機(jī)車中電氣設(shè)備遭到損壞、防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。而在機(jī)車故障不能即刻排除時(shí)，還應(yīng)能夠很方便地組成故障線路，以便機(jī)車能在故障情況下維持運(yùn)行，保證鐵路運(yùn)輸?shù)臅惩ā?/p>

根據(jù)機(jī)車故障現(xiàn)象的不同性質(zhì)，線路中的保護(hù)一般分為過(guò)電流保護(hù)（包括短路和過(guò)載保護(hù)），接地保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)以及其它一些特殊的保護(hù)。而保護(hù)的方式則根據(jù)該故障時(shí)機(jī)車線路、電氣設(shè)備及對(duì)列車運(yùn)行的影響而不同，有的須切斷整臺(tái)機(jī)車的電源，有的只須切斷故障處所或該系統(tǒng)的電源，有的僅須給司乘人員以某種信號(hào)，引起注意即可，還有的在故障發(fā)生后自動(dòng)予以調(diào)整。

一、過(guò)電流保護(hù) '

當(dāng)電路中發(fā)生過(guò)電流（短路或過(guò)載）時(shí)，必須用保護(hù)裝置來(lái)阻止其繼續(xù)下去，否則，會(huì)引起電路中電氣設(shè)備的損壞，并使事故蔓延擴(kuò)大。

在直流電力機(jī)車上一般采用高速開關(guān)、過(guò)電流繼電器或熔斷器來(lái)作為過(guò)載與短路保護(hù)、當(dāng)主線路電壓較低，牽引電機(jī)的功率不大時(shí)，可以用熔斷器來(lái)保護(hù)主線路。熔斷器能短時(shí)間通過(guò)較大的電流，但若過(guò)載時(shí)間較長(zhǎng)，則熔體即會(huì)熔斷。因此熔斷器較適用于輔助回路的過(guò)載保護(hù)。以熔斷器作為主線路的保護(hù)，其缺點(diǎn)是熔斷時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)電壓高，電流較大時(shí)熔斷器的滅弧作用不夠可靠，且每次熔斷后，必須更換熔件，運(yùn)用上很不方便。

在直流電力機(jī)車上廣泛使用電磁式過(guò)電流繼電器作為牽引電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。牽引電動(dòng)機(jī)的電流經(jīng)過(guò)繼電器的繼電器線圈當(dāng)電流超過(guò)繼電器的整定值時(shí)，銜鐵被吸引，繼電器的觸頭將主線路內(nèi)接觸器或高速開關(guān)的低壓控制線圈切斷而使之?dāng)嚅_，從而切斷主線路。在過(guò)電流繼電器動(dòng)作切斷主線路之后，必須保證在故障已消除。司機(jī)準(zhǔn)備重新起動(dòng)機(jī)車時(shí)才允許讓主線路接通。為此，在過(guò)電流繼電器的復(fù)原線圈中串聯(lián)一個(gè)控制器在零位接通的接點(diǎn)，保證只有當(dāng)控制器退回零位之后。繼電器才能復(fù)原，重新接通電路。

采用這種形式的保護(hù)其優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)生過(guò)載故障后，保護(hù)裝置動(dòng)作迅速、例如：高速開關(guān)能在0.02-0.03秒的時(shí)間內(nèi)切斷主線路，因而故障不易擴(kuò)大。它的缺點(diǎn)在于切斷了機(jī)車的總電源，即便是一臺(tái)電機(jī)回路過(guò)載，也便機(jī)車的牽引力全部喪失，這樣在運(yùn)行中，特別是在長(zhǎng)大上坡道的運(yùn)行中，如處理不及時(shí)，則容易造成中途停車的事故。

二，接地保護(hù)

在電力機(jī)車的主線路和輔助線路中，必須設(shè)有接地保護(hù)，當(dāng)某一電氣設(shè)備或?qū)Ь€接地時(shí)能起到保護(hù)作用。

直流電力機(jī)車的主線路本身是直接接地的，那么在線路中某處發(fā)生接地故障時(shí)，即將接地點(diǎn)以后的部分線路短接。造成線路中的電流沖擊，因而可以利用線路中的過(guò)載保護(hù)裝置來(lái)起到保護(hù)作用。但這時(shí)需要正確構(gòu)成電機(jī)的組合線路。

三、過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)

過(guò)電壓對(duì)電力機(jī)車電氣設(shè)備會(huì)造成嚴(yán)重的損害，如使絕緣擊穿、電機(jī)環(huán)火等，所以在線路申必須設(shè)有過(guò)電壓保護(hù)裝置。

過(guò)電壓主要有兩種，一種是大氣過(guò)電壓，另一種是內(nèi)部操作過(guò)電壓。產(chǎn)生大氣過(guò)電壓的原因是由接觸網(wǎng)傳來(lái)的直接雷擊和感應(yīng)雷擊；生產(chǎn)內(nèi)部操作過(guò)電壓的原因則是由于線路本身的變化，如感性回路被切斷、線路中發(fā)生短路等。這兩種過(guò)電壓產(chǎn)生時(shí)，電壓增長(zhǎng)速度很快，以沖擊波形式出現(xiàn)，因而，對(duì)其保護(hù)就不能用一般帶有傳動(dòng)部分的電器。

為防止大氣過(guò)電壓的危害，在直流電力機(jī)車上一般安設(shè)了閥型避雷器，避雷器內(nèi)裝有火花間隙和工作電阻（非線性電阻），當(dāng)加在避雷器上的電壓過(guò)高時(shí)，工作電阻值即迅速減小，致使火花間隙被擊穿，以通過(guò)較大的電流，將過(guò)電壓的能量消耗在工作電阻上，消除了過(guò)電壓對(duì)其它電氣設(shè)備影響。同時(shí)避雷器對(duì)線路中的操作過(guò)電壓也具有一定的保護(hù)作用。

除了大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓外，運(yùn)行中也會(huì)出現(xiàn)緩慢增加的過(guò)電壓，如由于接觸網(wǎng)電壓的波動(dòng)，有時(shí)可使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)的電壓超過(guò)其額定電壓。再如機(jī)車電氣制動(dòng)時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，若運(yùn)行速度較高，激磁電流較大，發(fā)電機(jī)的端電壓也會(huì)超過(guò)其額定電壓。但是這種過(guò)電壓由于增長(zhǎng)得較緩慢，所以可以用電磁式過(guò)壓繼電器來(lái)保護(hù)。過(guò)壓繼電器的線圈跨接在牽引電動(dòng)機(jī)的電樞上，當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)，繼電器動(dòng)作使電阻制動(dòng)停止，此時(shí)最好代之以機(jī)械制動(dòng)。電阻制動(dòng)時(shí)，如因電機(jī)電壓過(guò)高而突然將主線路切斷停止制動(dòng)，由于回路內(nèi)電感的作用反而會(huì)造成過(guò)電壓。因此在電力機(jī)車上，過(guò)壓繼電器動(dòng)作時(shí)，不是立即將制動(dòng)回路切斷，而是自動(dòng)地在制動(dòng)電阻上再加上一段附加電阻，這時(shí)因制動(dòng)電阻已超過(guò)串激發(fā)電機(jī)的臨界電阻值，電阻制動(dòng)即被迫停止，再切斷制動(dòng)電路。

四、空轉(zhuǎn)保護(hù)

大功率的貨運(yùn)電力機(jī)車在牽引運(yùn)行中容易發(fā)生空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生空轉(zhuǎn)后，粘著條件被破壞，造成牽引力喪失，牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速劇增，易造成轉(zhuǎn)子綁線甩開，絕緣損壞等，同時(shí)空轉(zhuǎn)也會(huì)增加機(jī)車輪箍的磨耗，因而在機(jī)車上應(yīng)設(shè)有防空轉(zhuǎn)保護(hù)。防空轉(zhuǎn)保護(hù)的方法有多種，一般取牽引電動(dòng)機(jī)的電流或電壓作為信號(hào)，將各臺(tái)電機(jī)的信號(hào)進(jìn)行比較，規(guī)定一差別的限度，當(dāng)電機(jī)之間的差別超過(guò)這一限度時(shí)，即視為牽引電動(dòng)機(jī)發(fā)生了空轉(zhuǎn)，這時(shí)可通過(guò)電子裝置自動(dòng)降低牽引電動(dòng)機(jī)電壓，以減小電機(jī)牽引力，使之恢復(fù)到粘著條件之內(nèi)。也有的機(jī)車在發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)保護(hù)裝置使機(jī)車動(dòng)輪自動(dòng)地小量上閘來(lái)制止空轉(zhuǎn)。對(duì)于防空轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)，目前大量的保護(hù)裝置都是在機(jī)車發(fā)生了空轉(zhuǎn)現(xiàn)象后，采取措施迅速地阻止其發(fā)展而恢復(fù)粘著狀態(tài)。理想的保護(hù)方法應(yīng)該是空轉(zhuǎn)即將發(fā)生時(shí)，將其滑動(dòng)過(guò)程測(cè)出，從而防止空轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生。有些國(guó)家已試驗(yàn)用儀器來(lái)對(duì)車軸的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，由于一個(gè)輪對(duì)的兩個(gè)輪子的粘著情況是不相同的，在將發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)，必然是一個(gè)輪子首先失去粘著力，這樣就在車軸內(nèi)形成一種特有的振動(dòng)，用一種儀器將此時(shí)的振動(dòng)情況測(cè)出后，以此為控制信號(hào)來(lái)對(duì)機(jī)車進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，這樣就可較有效地防止空轉(zhuǎn)發(fā)生。

對(duì)于沒(méi)有裝設(shè)有防空轉(zhuǎn)保護(hù)的機(jī)車，則要求司機(jī)熟悉線路情況，在易發(fā)生空轉(zhuǎn)的坡道，彎道處，提前采取措施，例如撒砂降壓或進(jìn)行闖坡等，而當(dāng)發(fā)生了空轉(zhuǎn)時(shí)，則應(yīng)立即降低牽引力，便粘著狀態(tài)得到恢復(fù)。