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(jì)劃期間針對電子電氣系統(tǒng)提出，是指系統(tǒng)或設(shè)備中存在的異常電路通路，它是引起電子裝備系統(tǒng)故障的重要原因，是一種沒有識(shí)別的固有電路狀態(tài)，是系統(tǒng)內(nèi)部在受到某種激勵(lì)后產(chǎn)生的響應(yīng)，其直接后果是觸發(fā)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(xiàn)為潛在路徑、潛在時(shí)序、潛在指示、潛在標(biāo)志。

HXD2技術(shù)提升電力機(jī)車在整車上電后控制系統(tǒng)報(bào)出控制電源接地故障，經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)并未真正發(fā)生接地，該故障屬于接地檢測斷路器在一定條件下誤動(dòng)作導(dǎo)致的系統(tǒng)誤報(bào)情況，因此，分析電路結(jié)構(gòu)中存在的潛在電路，查出故障誤報(bào)原因，對保證機(jī)車的無故障正常運(yùn)行十分必要。

1 蓄電池上電及接地檢測原理

HXD2技術(shù)提升電力機(jī)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(guān)QS-BA一般處于常閉狀態(tài)，閉合兩節(jié)機(jī)車蓄電池?cái)嗦菲鱀J-BA，按下任一節(jié)機(jī)車的上電按鈕BP-BA，通過內(nèi)重聯(lián)控制，兩節(jié)機(jī)車的上電接觸器C-BA閉合，整車完成上電。當(dāng)其中某一節(jié)機(jī)車蓄電池故障隔離后，另一節(jié)機(jī)車蓄電池也可通過110V內(nèi)重聯(lián)實(shí)現(xiàn)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(gòu)成控制接地檢測電路。CC-BA正常工作時(shí)閉合，當(dāng)110V負(fù)載出現(xiàn)正極接地情況時(shí)，通過檢測電路與蓄電池負(fù)極形成回路，CC-BA過電流斷開，其常閉觸頭恢復(fù)閉合狀態(tài)，遠(yuǎn)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(tǒng)（train control and management system, TCMS）判斷出現(xiàn)控制電路正極接地并在司機(jī)顯示單元（driver displayunit, DDU）報(bào)出相應(yīng)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(fù)載出現(xiàn)正極接地時(shí)，控制系統(tǒng)才報(bào)出接地故障。HXD2技術(shù)提升電力機(jī)車在整車上電出現(xiàn)接地故障后，對所有110V負(fù)載進(jìn)行故障排查，并未發(fā)現(xiàn)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(jī)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(bào)接地故障。

通過對司乘人員的習(xí)慣操作流程與電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，當(dāng)機(jī)械間照明（或司機(jī)室照明、底架照明）電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，他節(jié)機(jī)車蓄電池?cái)嗦菲鱀J-BA處于斷開狀態(tài)而通過本節(jié)機(jī)車上電時(shí)將出現(xiàn)接地故障誤報(bào)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(jié)DJ-BA處于斷開狀態(tài)，在A節(jié)閉合DJ-BA并通過BP-BA上電后，A、B兩節(jié)的C-BA全部閉合。若A節(jié)機(jī)械間照明電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，則電流通過線路①傳遞至B節(jié)照明電路；若B節(jié)機(jī)械間照明電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，則電流通過線路②傳遞至B節(jié)。再通過A、B兩節(jié)接地檢測電路的接“地”通路，最終電流流回蓄電池負(fù)極，形成完整的回路，使0.5A的CC-BA過電流脫扣，報(bào)出接地故障。

通過上述分析可知，機(jī)械間照明（或司機(jī)室照明、底架照明）電路的“110V+”為二級供電，而“110V◆”為一級供電，當(dāng)司乘人員下車未關(guān)閉所有照明電路、上車后未按正確操作流程進(jìn)行上電時(shí)，將使?jié)撛陔娐穼?dǎo)通出現(xiàn)故障誤報(bào)。

3 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)及測試

在電路設(shè)計(jì)時(shí)為防止?jié)撛陔娐罚话阕裱瓗追N原則：①“線或”供電電路“斷電”的分支不要設(shè)置在每個(gè)“或”分支上，要盡可能設(shè)置在相加點(diǎn)之后；②輸入、輸出接口電路應(yīng)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(gè)信號線或控制一個(gè)用戶時(shí)，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(jié)分析可知，由于潛在電路的存在使CC-BA動(dòng)作而誤報(bào)接地故障，CC-BA位于控制蓄電池負(fù)極一級供電QS-BA之后、二級供電DJ-BA之前，而照明電路的負(fù)極也為該供電級別，其正極為二級供電，供電級別的不統(tǒng)一導(dǎo)致潛在電路的存在。結(jié)合HXD2技術(shù)提升電力機(jī)車蓄電池供電結(jié)構(gòu)與功能要求，采用統(tǒng)一照明電路正負(fù)極供電級別、使用蓄電池?cái)嗦菲鱀J-BA進(jìn)行隔離的方式消除潛在電路。改進(jìn)后的電路如圖3所示。

圖3 改進(jìn)后電路

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

表1 電路改進(jìn)前、后測試結(jié)果

測試結(jié)果分析：

1）從序號1～4可以看出，當(dāng)照明電路處于斷開狀態(tài)時(shí)，無論是否進(jìn)行電路改進(jìn)，都不會(huì)出現(xiàn)接地故障誤報(bào)情況，其原因?yàn)檎彰麟娐窋嚅_時(shí)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(tài)，無接地故障報(bào)出。

2）從序號7、8可以看出，當(dāng)兩節(jié)機(jī)車的蓄電池?cái)嗦菲鱀J-BA均處于閉合狀態(tài)時(shí)，無論是否進(jìn)行電路改進(jìn)，都不會(huì)出現(xiàn)接地故障誤報(bào)情況，其原因?yàn)閮晒?jié)DJ-BA閉合時(shí)，圖2中電路通過各自的蓄電池正負(fù)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(dāng)照明電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，他節(jié)機(jī)車蓄電池?cái)嗦菲鱀J-BA處于斷開狀態(tài)而通過本節(jié)機(jī)車上電時(shí)，電路改進(jìn)前會(huì)出現(xiàn)接地故障誤報(bào)情況，其原因如第2節(jié)所述；而電路改進(jìn)后無接地故障，其原因如圖3所示，照明電路的負(fù)極（圖3中B點(diǎn)）通過DJ-BA的斷開狀態(tài)與CC-BA（圖3中A點(diǎn)）形成隔離，圖2中的潛在電路①或②無法形成。

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

4 結(jié)論

機(jī)車運(yùn)用中出現(xiàn)控制電路接地故障時(shí)需要及時(shí)進(jìn)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(fù)極同時(shí)發(fā)生接地故障而導(dǎo)致機(jī)破造成較大的運(yùn)用事故和經(jīng)濟(jì)損失。由于重聯(lián)機(jī)車控制電路較為復(fù)雜，接地故障的排查需要耗費(fèi)較多的人力和時(shí)間成本，而潛在電路引起的故障誤報(bào)將造成成本的極大浪費(fèi)，對司乘人員也會(huì)有一定的心理負(fù)擔(dān)。

本文通過對HXD2技術(shù)提升電力機(jī)車典型的潛在電路進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)改進(jìn)，解決了機(jī)車上電后誤報(bào)控制接地的故障，司乘人員可準(zhǔn)確掌握機(jī)車狀態(tài)，增加了機(jī)車控制電路及運(yùn)用的可靠性與安全性，對機(jī)車供電電路的設(shè)計(jì)，尤其是重聯(lián)機(jī)車的控制電路設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

本文編自2022年第5期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“HXD2技術(shù)提升電力機(jī)車潛在電路分析及設(shè)計(jì)改進(jìn)”，作者為李斌、白晶。