电力机车天窗开启防护装置现状及其防护对策

电力机车天窗开启防护装置现状及其防护对策

刘国联，毛远斌，蒋逢灵

（湖南铁路科技职业技术学院，湖南株洲，412006）

摘要：针对工作人员要到机车车顶进行检修维护，牵引母线可能存在高电压或感应电等问题。本文设计一种电力机车天窗开启防护装置，其具有预警、闭锁及接地等三重防护功能。

关键词：天窗，闭锁，接地

Current situation and protective countermeasures of sunroof opening protective device for electric locomotive

Liu Guolian,Mao Yuanbin,Jiang Fengling

Hunan Vocational College of Railway Technology, Zhuzhou,412006

abstract ：For staff who need to go to the locomotive roof for maintenance, there may be issues with high voltage or induced current in the traction busbar.This paper designs a sunroof opening protection device for electric locomotive, which has triple protection functions of early warning, locking and grounding.

keyword ：skylight ，lock ，grounding

1 引言

    随着人类的节能环保意识不断增强，在轨道交通领域中，电气化铁路覆盖率正逐步提高。安全可靠的牵引网对电力机车稳定运行发挥了重要作用，我国牵引网采用工频27.5kV单相交流电，电压等级高。因此，机车车顶是一个强电磁场空间，但在生产实践中工作人员经常需要到车顶进行检修维护，这无疑给工作人员高效施工带来了巨大挑战，同时也对其人身安全构成了威胁[1]。电力机车天窗开启防护系统是一套具有预警、闭锁及接地等三重防护功能的装置，该套系统对解决施工安全隐患、防止工作人员麻痹大意具有十分重要的实现意义。

2 研究现状

目前对电力机车天窗开启防护装置的研制主要是从了解作业人员的工作工况、提前安全预警、接地等一系列措施方面入手。文献[1]提出了两种预警装置方案，利用激光或红外线检测人员动态，但激光存在寿命短、抗震性能较差等一系列缺陷，因此采用了红外线进行检测，提高了检测系统的可靠性[1]。文献[2]研制了一套报警和和联动接地装置，其系统包括了高压检测、预警、控制及机械等部分，该系统具有检测准确、可靠性高、操作简单等一系列优点[2]。在机车天窗高压安全防护方面，通过采用先进的控制技术解决天窗电控锁上锁故障、传感器接触风险高等相关难题。

3防护对策

3.1 防护要求

首先须确保高压强电场环境检测的准确性，这对于防误判至关重要，直接威胁到工作人员的人身安全，需选择可靠性高的传感器，满足电力机车复杂环境的需求。其次控制部分的硬件电路设计合理，工作可靠，特别是电机的驱动环节要能正确驱动，要实现“快”、“稳”、“准”等控制要求。最后整个系统装置要能够适应电力机车恶劣工作环境，各电气部分能够在强电场、强磁场下稳定可靠工作，提升系统的反应速度及判断的准确性。

3.2 防护方案

作业人员在登上电力机车车顶前，需要进行车顶状态确认，此时电力机车天窗处于闭锁状态，天窗无法开启。当系统检测牵引网母线不存在强电场环境时，系统自动发出解除风险信号，并以声音进行提示，此时电力机车天窗解除闭锁，可以开启，开启后通过升降装置，进行接地处理，进一步保护作业人员安全。当系统检测牵引网母线存在强电场环境时，此时系统闭锁，天窗无法开启，所有联动装置不动作，并发出预警声音信号和视觉信号。系统工作逻辑图如图3-1所示。

图3-1系统工作逻辑图

3.3 系统设计

3.3.1 硬件系统

检测模块作为检测牵引母线是否存在强电场的关键部分，对系统可靠稳定工作至关重要。应用球型感应式传感器制作电场检测模块[3]，检测牵引母线附近的电场强度，将检测到的信号进行处理，如A/D转换、滤波放大等。同时还需考虑到感应电压的存在，牵引母线一般是27.5kV的50Hz单相交流电，在复线上可能存在未停电的牵引母线产生交变磁场而耦合到临近母线上产生感应电[4]。因此，天窗开启时需要有可靠的接地装置，其机械结构一般采用连杆装置，当检测系统检测不到存在强电场环境时，天窗系统解锁同时连杆装置随着天窗的开启上升到牵引母线处，从而设置一道防线。该机械装置具有结构简单，容易安装，成本低等优点，采用直流电机作为驱动，功率不大，考虑到机车车顶环境的特殊性，需安装电机保护罩。

3.3.2 控制系统

对直流电机的控制一般采用改变电压进行控制，其优点是控制平滑，线性度好，调速范围较宽，此外在调节的过程中直流电机的机械特性软硬程度变化不大，电能损耗较小，其特性曲线如图3-2所示。此外，控制系统还需具备处理特殊情况的能力，如电机堵转、不能正常工作等，这些因素给系统可靠接地带来隐患。设置直流电机电流检测环节，可解决这一问题。当直流电机负载过大可认为堵转，根据直流电机特性，其异常情况可反映到电流上来，通过检测直流电机电流变化，如异常增大，系统发出预警，此时机械装置没有可靠接地，系统进行闭锁，天窗不能正常开启。

图3-2 直流电机特性曲线图

4 结束语

本文从轨道交通生产实践工作中出发，工作人员经常需要到机车车顶进行检修维护，牵引母线可能存在高电压或者临近正常通电线路经过电磁耦合感应出电压等危险因素，这无疑给工作人员人身安全构成了威胁。本文阐述了电力机车天窗开启防护装置现状，了解到目前对该问题研究较少。为此，本文设计了一种电力机车天窗开启防护装置，其具有预警、闭锁及接地等三重防护功能。该系统优点是可以对强电场进行检测，当存在强电场或者感应电压时，系统能够发出预警进并行闭锁，对工作人员安全进行防护。

基金项目：湖南省教育厅科学研究项目(项目编号：20C1220)

参考文献

[1]谢凯华,蒙君优.电力机车天窗红外线保护报警装置[J].机车电传动,2004(06):60-61.DOI:10.13890/j.issn.1000-128x.2004.06.019.

[2]黄继雄,孔勇.机车天窗开启作业安全报警及联动接地装置的研制[J].机电工程技术,2007(09):64-66+123.

[3]张凌浩,王胜,唐超等.高压输电线电场检测与距离估计方法设计[J].传感器与微系统,2020,

39(01):75-77+81.DOI:10.13873/J.1000-9787(2020)01-0075-03.

[4]张慎.接触网“V”形天窗作业触电危险因素分析与防范[J].上海铁道科技,2014,No.146(02):78-79+104.

基金项目：湖南省教育厅科学研究项目(项目编号：20C1220)