潛在電路的概念最早由美國波音公司在完成阿波羅登月計劃期間針對電子電氣系統提出，是指系統或設備中存在的異常電路通路，它是引起電子裝備系統故障的重要原因，是一種沒有識別的固有電路狀態，是系統內部在受到某種激勵后產生的響應，其直接后果是觸發電路不期望存在的功能或使需要的功能受到意外抑制，并不同程度地傳遞某種能量流、信息流或控制信號流。其一般表現為潛在路徑、潛在時序、潛在指示、潛在標志。

HXD2技術提升電力機車在整車上電后控制系統報出控制電源接地故障，經過排查發現并未真正發生接地，該故障屬于接地檢測斷路器在一定條件下誤動作導致的系統誤報情況，因此，分析電路結構中存在的潛在電路，查出故障誤報原因，對保證機車的無故障正常運行十分必要。

1 蓄電池上電及接地檢測原理

HXD2技術提升電力機車蓄電池上電及接地檢測電路如圖1所示。

圖1 蓄電池上電及接地檢測電路

蓄電池刀開關QS-BA一般處于常閉狀態，閉合兩節機車蓄電池斷路器DJ-BA，按下任一節機車的上電按鈕BP-BA，通過內重聯控制，兩節機車的上電接觸器C-BA閉合，整車完成上電。當其中某一節機車蓄電池故障隔離后，另一節機車蓄電池也可通過110V內重聯實現整車上電。

接地檢測斷路器CC-BA（0.5A）、接地電阻R1（15Ω）與R2（100Ω）共同構成控制接地檢測電路。CC-BA正常工作時閉合，當110V負載出現正極接地情況時，通過檢測電路與蓄電池負極形成回路，CC-BA過電流斷開，其常閉觸頭恢復閉合狀態，遠程輸入輸出模塊（remote input output module, RIOM）收到110V信號，列車控制和管理系統（train control and management system, TCMS）判斷出現控制電路正極接地并在司機顯示單元（driver displayunit, DDU）報出相應故障。

2 潛在電路分析

由接地檢測原理可知，正常情況下只有110V負載出現正極接地時，控制系統才報出接地故障。HXD2技術提升電力機車在整車上電出現接地故障后，對所有110V負載進行故障排查，并未發現有正極接地情況且測量接地電阻R2兩端電壓為70V左右，說明在機車上電后存在潛在電路，有較大的電流流過接地檢測斷路器，使斷路器斷開而誤報接地故障。

通過對司乘人員的習慣操作流程與電路結構進行分析，當機械間照明（或司機室照明、底架照明）電路處于導通狀態，他節機車蓄電池斷路器DJ-BA處于斷開狀態而通過本節機車上電時將出現接地故障誤報情況，存在的潛在電路如圖2所示。

圖2 潛在電路

圖2中，B節DJ-BA處于斷開狀態，在A節閉合DJ-BA并通過BP-BA上電后，A、B兩節的C-BA全部閉合。若A節機械間照明電路處于導通狀態，則電流通過線路①傳遞至B節照明電路；若B節機械間照明電路處于導通狀態，則電流通過線路②傳遞至B節。再通過A、B兩節接地檢測電路的接“地”通路，最終電流流回蓄電池負極，形成完整的回路，使0.5A的CC-BA過電流脫扣，報出接地故障。

通過上述分析可知，機械間照明（或司機室照明、底架照明）電路的“110V+”為二級供電，而“110V◆”為一級供電，當司乘人員下車未關閉所有照明電路、上車后未按正確操作流程進行上電時，將使潛在電路導通出現故障誤報。

3 電路結構設計改進及測試

在電路設計時為防止潛在電路，一般遵循幾種原則：①“線或”供電電路“斷電”的分支不要設置在每個“或”分支上，要盡可能設置在相加點之后；②輸入、輸出接口電路應盡量避免使用“雙向電路”；③多用戶的公共信號源到各用戶之間，或多個信號線或控制一個用戶時，都要加隔離二極管，以消除各信號源到用戶之間的雙向通路。

通過第2節分析可知，由于潛在電路的存在使CC-BA動作而誤報接地故障，CC-BA位于控制蓄電池負極一級供電QS-BA之后、二級供電DJ-BA之前，而照明電路的負極也為該供電級別，其正極為二級供電，供電級別的不統一導致潛在電路的存在。結合HXD2技術提升電力機車蓄電池供電結構與功能要求，采用統一照明電路正負極供電級別、使用蓄電池斷路器DJ-BA進行隔離的方式消除潛在電路。改進后的電路如圖3所示。

圖3 改進后電路

改進后將機械間照明（司機室照明、底架照明）電路的“110V◆”連接點從DJ-BA之前（圖3中A點）改接至DJ-BA之后（圖3中B點），即照明電路的“110V◆”從一級供電改為二級供電。經過多次組合測試，電路改進前、后的測試結果見表1。

表1 電路改進前、后測試結果

測試結果分析：

1）從序號1～4可以看出，當照明電路處于斷開狀態時，無論是否進行電路改進，都不會出現接地故障誤報情況，其原因為照明電路斷開時圖2中的線路①或②都將斷開，無法形成完整的潛在電路，CC-BA無電流流過，仍保持閉合狀態，無接地故障報出。

2）從序號7、8可以看出，當兩節機車的蓄電池斷路器DJ-BA均處于閉合狀態時，無論是否進行電路改進，都不會出現接地故障誤報情況，其原因為兩節DJ-BA閉合時，圖2中電路通過各自的蓄電池正負極之間形成了完整的回路，潛在電路①或②不存在。

3）從序號5、6可以看出，當照明電路處于導通狀態，他節機車蓄電池斷路器DJ-BA處于斷開狀態而通過本節機車上電時，電路改進前會出現接地故障誤報情況，其原因如第2節所述；而電路改進后無接地故障，其原因如圖3所示，照明電路的負極（圖3中B點）通過DJ-BA的斷開狀態與CC-BA（圖3中A點）形成隔離，圖2中的潛在電路①或②無法形成。

通過統一照明電路供電級別，消除了潛在電路，接地故障誤報情況不再出現，并且單節蓄電池完成整車上電的功能依然正常。

4 結論

機車運用中出現控制電路接地故障時需要及時進行排查，以防止重要控制電路（如受電弓、主斷、牽引變流等控制電路）正負極同時發生接地故障而導致機破造成較大的運用事故和經濟損失。由于重聯機車控制電路較為復雜，接地故障的排查需要耗費較多的人力和時間成本，而潛在電路引起的故障誤報將造成成本的極大浪費，對司乘人員也會有一定的心理負擔。

本文通過對HXD2技術提升電力機車典型的潛在電路進行分析與設計改進，解決了機車上電后誤報控制接地的故障，司乘人員可準確掌握機車狀態，增加了機車控制電路及運用的可靠性與安全性，對機車供電電路的設計，尤其是重聯機車的控制電路設計具有一定的參考意義。

本文編自2022年第5期《電氣技術》，論文標題為“HXD2技術提升電力機車潛在電路分析及設計改進”，作者為李斌、白晶。