龐松華

（國能集團準能公司哈爾烏素露天礦 設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

GE 控制系統(tǒng)（GE320AC，GE240AC）是美國通用電氣公司開發(fā)的用于礦用電動輪卡車的控制系統(tǒng)。黑岱溝露天煤礦、哈爾烏素露天煤礦、平朔露天煤礦等都大量使用此電控系統(tǒng)的卡車，承擔(dān)著礦山開采中主要的運輸任務(wù)，例如MT4400 卡車、小松930E-4、湘電SF33900 卡車。采用交-直-交電傳動系統(tǒng)，交流發(fā)電機發(fā)出三相交流電，經(jīng)過硅整流器通過三相橋式整流后變成直流電，再經(jīng)過逆變器，將直流電變成可變頻率的三相交流電，以供給各個牽引電機使用。逆變后的三相交流電的頻率根據(jù)需要是可控制的，這就是目前AC 型礦用車的傳動方式[1]。其中直流母線的最高電壓可達l 500 V。為防止卡車發(fā)電機部分、整流橋、直流母線、電阻柵、電動輪、變頻器和電纜由于絕緣損壞導(dǎo)致的短路故障的發(fā)生，GE 設(shè)計了接地故障檢測電路。主要由GRR、GRR9、GRR10、FB173 卡部分組成。

1 主要部件的作用及接地保護電路工作原理

接地保護電路原理圖如圖1。GRR 和GRR9、GRR10、FB173 卡組成接地故障監(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)主回路發(fā)生接地故障時，有接地電流流過GRR9 和GRR10電阻，輸入到FB173 卡。接地電流足夠大時GE 控制系統(tǒng)產(chǎn)生2-1 接地故障代碼。2-1 代碼禁止產(chǎn)生直流母線電壓，卡車失去牽引和動態(tài)制動，直流母線電壓≥1 000 V 時，接地故障電流報警閾值為641 ma，超過閾值會產(chǎn)生故障代碼2-1?？ㄜ囋谡＿\行時有200 ma 以下的接地電流，為正?，F(xiàn)象。

圖1 接地保護電路原理圖

1）GRR（ground rekly resister）接地傳送電阻。GRR 安裝在電氣柜后面散熱網(wǎng)孔內(nèi)，由8 個375 Ω/300 W 電阻分2 組串聯(lián)構(gòu)成，串聯(lián)電阻一端“N2A”接線端由DCP20 電纜連接到直流母線正級上（DC LINK+）；另一端“N2H”接線端由DCN20 電纜連接到直流母線負級（DC LINK-）；中間“N2D”和“N2E”接線端短接。從“N2E”點輸出電壓信號輸出到GRR9和GRR10 上，起到承載接地電壓和分壓傳送信號的作用。若RP2 接觸器沒有閉合，由于GRR 和FDR 跨接在直流母線上，所以起到了釋放電壓的作用。

2）GRR9 和GRR10。GRR9 和GRR10 安裝位置都在ICP（綜合控制盤）電氣柜內(nèi)，分別由50 Ω/100 W 和10 Ω/100 W 的電阻組成，CRR9 電阻的B 點與N2E 端子相連，A 點與CRR10 電阻A 點相連，GRR10 電阻的B 點與卡車車架相連接。起到承載進一步降低傳送信號電壓的作用，給FB173 卡傳輸信號。例如直流母線電壓為1 000 V，在直流母線上接地，則wPTU GFAULT 為641 mA。

3）FB173 卡。FB173 卡位于ICP 控制盒內(nèi)，位于6 號卡槽內(nèi)，是PSC（推進系統(tǒng)控制器）的模擬輸入輸出卡。FB173 卡的94 針與GRR9 的A 點連接，F(xiàn)B173 卡的96 針與GRR10 的B 點連接，通過這2個針腳的電流來計算接地電流的大小，傳輸?shù)絇SC CPU 卡內(nèi)，進行檢測和故障報警。

2 接地故障點位置快速判斷方法

1）通過wPTU Toolbox 軟件來判斷接地故障位置。wPTU Toolbox 是GE 系統(tǒng)卡車專用的軟件，可以進行實時數(shù)據(jù)的檢測和故障的記錄等強大的功能。在卡車運行中，通過檢測軟件內(nèi)PSC 系統(tǒng)中LINKV（DC Link Voltage）和LINK-POS（DC Link Voltage to Positive Ground）的實時數(shù)據(jù)可以判斷接地故障大概范圍[2-3]：①沒有接地時LINK-POS 值約為LINKV 的1/2；②LINKV 約等于0 時表示接地點發(fā)生在正極直流母線側(cè)，用萬用表紅黑表筆測量CRR10 電阻的A，B 端，萬用表讀數(shù)（電壓）為負，同時系統(tǒng)高壓指示燈CCL1 和CCL2 的其中1 個燈珠不亮；③LINKV約等于LINKV-POS 時表示接地點發(fā)生在負極直流母線側(cè)，此時不需要對發(fā)電機交流部分進行檢查，用萬用表紅黑表筆測量CRR10 電阻的A，B 端，萬用表讀數(shù)（電壓）為正，同時系統(tǒng)高壓指示燈CCL1 和CCL2 的其中1 個燈珠不亮；④LINKV-POS 信號不斷變化時表示接地點發(fā)生在發(fā)電機交流側(cè)，所以此時不需要對系統(tǒng)內(nèi)直流部分進行檢查。

2）判斷電動輪部分接地的方法。卡車有2 個電動輪，分左側(cè)和右側(cè)，每一側(cè)電動輪部分都包含其對應(yīng)的變頻器。首先判斷是否變頻器或電動輪部分接地，通過駕駛室DID 操作面板分別切除變頻器1 或變頻器2；在牽引卡車后，檢查是否發(fā)生2-1 接地故障代碼，從而判斷是哪一側(cè)的電動輪部分發(fā)生接地。若切除兩側(cè)變頻器后仍然發(fā)生2-1 接地故障代碼，判斷非電動輪部分接地。

3）測試接地故障電路。發(fā)動機熄火且釋放母線電壓后，在GRR9 電阻的B 端施加24 V 電壓；測量GRR10 電壓；在PSC wPTU 可讀到V（GRR10）×100數(shù)值為接地測試電流值。對比wPTU GFAULT 數(shù)值可以測試FB173 卡的監(jiān)測功能是否完好。

3 接地故障處理

3.1 交流部分接地故障處理

判斷為交流部分接地故障時，可斷開整流橋A、B、C 連接線，用工具檢查交流部分接地點，檢查是否主發(fā)內(nèi)部接地，三相輸出電纜是否有磨損。可先對輸出電纜拿兆歐表進行測量，如果發(fā)現(xiàn)接地再拆主發(fā)動機上的接線盒，判斷連接電纜還是主發(fā)動機本身接地[4]。

測量前，應(yīng)將兆歐表保持水平位置，左手按住表身，右手搖動兆歐表搖柄，轉(zhuǎn)速約120 r/min，指針應(yīng)指向無窮大，否則說明兆歐表有故障，搖動兆歐表時，不能用手接觸兆歐表的接線柱和被測回路，以防觸電。在測量前后，都要對測量的設(shè)備進行放電[5]。主發(fā)電機與主整流電路圖如圖2。

圖2 主發(fā)電機與主整流電路圖

3.2 直流接地故障處理

1）判斷變頻器和電動輪接地時處理方法。需要拆開以下部分電氣元件，防止高壓損壞電氣元件。拆開GND 端子；拆開GRR9 端子連接線；拆除BATFU；拆除CNA 至CNF 插頭；拆除GDPC 插頭；拆除PS插頭；拆除AFSE 插頭；拆除VAM1、VAM2、VAM3、VAM4 插頭；拆除CCLR1 和CCLR2 插頭；跳線跳接正極和負極直流母線，及RP1 和RP2 觸頭兩端。拆開上述部位后，對電器柜內(nèi)部電動輪輸出端子進行兆歐表測量，判斷接地的具體位置。然后檢查內(nèi)部電纜和對應(yīng)的變頻器。

2）判斷電阻柵及電阻柵風(fēng)機部分接地時處理方法。通過拆除和搖表檢查電阻柵箱電纜來判斷是否電阻柵部分接地。拆除電阻柵風(fēng)機電纜后測量風(fēng)機是否接地。拆除整流橋正極連扳，或依次逐個拆開直流母線連接電阻柵箱內(nèi)各接線端子，以EM136 電阻柵電纜為例，需要拆開正極直流母線與RP1、RP2、CM1、CM2 連接端，兆歐表檢查接地[6]。

3）判斷電氣柜內(nèi)部發(fā)生接地時處理方法。若判斷控制柜部分發(fā)生接地故障，依次拆除電容層壓板，搖表檢查接地，或拆除整流橋正極或負極母線板VAM3或FDR 連接線，兆歐表判斷接地。電器柜內(nèi)部接地時很少，排除其他所有步驟時再進行判斷電氣柜內(nèi)部接地。

4 典型接地故障

4.1 電制動時接地故障報警

卡車工作在電制動模式時，由于慣性的作用帶動電動輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速高于電動輪定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度，此時轉(zhuǎn)子鼠籠導(dǎo)條切割定子旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)線，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子吸引（排斥）定子磁場，轉(zhuǎn)子輸出與定子方向相反的扭矩，轉(zhuǎn)子起到制動的作用[7]，此時電動輪可以看作是發(fā)電機，即將卡車在行駛過程中產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)換為三相交流電，通過逆變器電路將能量逆向整流后消耗在公共直流母線中的制動電阻柵上。制動能量以熱量的形式通過風(fēng)機散熱，從而達到減速的目的[8]。

這種故障狀態(tài)在車輛運行中經(jīng)常發(fā)生，一般是電由阻柵和電阻柵風(fēng)機接地導(dǎo)致的。電阻柵最容易吸入金屬碎片形成1 個接地電阻，首先從電阻柵查起，可利用分別斷開4 組電阻柵的辦法；水進入電阻柵或電阻柵風(fēng)機里導(dǎo)致接地。電阻柵風(fēng)機絕緣電阻值降低，在運行電流大的時候，隨之接地電流也會變大，超過一定閾值時會報警，或者由于風(fēng)機內(nèi)部換向器故障導(dǎo)致接地[9]。

4.2 牽引狀態(tài)時偶爾報警

連接電動輪馬達電纜有擦破接地現(xiàn)象。這類故障利用分別切除電動輪試車的方法，判斷左輪還是右輪，沿著對應(yīng)線路進行排查，檢查是否電纜有破皮部位。如果分別切輪后沒有接地故障報警，再進行檢查電阻柵的電纜，是否有破損，分別拆除電阻柵片，檢查是否有異物、電阻片脫落等原因造成接地現(xiàn)象。

發(fā)電機三相繞組及電動輪繞組絕緣值不夠，小于1 MΩ，在運行電流大的時候，隨之接地電流也會變大，超過一定閾值時會報警。

4.3 在進入READY 自檢過程中直接報警

直流母線或主發(fā)電機電纜與接地點徹底接死，接地電流值很大，會直接報警。如果在電源電路上沒有發(fā)現(xiàn)接地，就要檢查接地故障探測電路，以確保其正常，接地電流的檢測是通過DNB 9 和CNB 23 送進ICP 盤FB173 卡。檢查接地故障探測盤電阻值，如GRR 和GRR9 及GRR10。若經(jīng)檢查接地故障探測盤及電路都正常，更換FB173 卡。

5 接地保護環(huán)節(jié)的維護與檢查

接地保護作為控制系統(tǒng)的重要一環(huán)，應(yīng)確保其性能可靠，因此在每半年內(nèi)，維修人員都應(yīng)對其進行檢查和測試。①卡車熄火，打掩，關(guān)閉控制電源；②測量GRR 和GRR9 及GRR10 電阻值是否正確，確認線路之間連接正常有效；③在正極母線與大地之間用測試線連接好；④啟動車輛，卡車進入READY 模式；⑤用DID 后屏面板進入恒功測試功能；⑥踩下油門，觀測接地電流數(shù)值，超過報警閾值后，系統(tǒng)自動退出恒功測試程序，并報警代碼2-1；⑦放電，拆除測試線，完成測試。如果不報警或者接地電流值過低，進行故障排除工作。

6 結(jié)語

通過對GE 控制系統(tǒng)（AC）接地保護原理進行研究，利用wPTU Toolbox 軟件內(nèi)的數(shù)據(jù)，可以快速判斷接地故障位置。對卡車的電氣維護及出動率的提高起到了積極的作用，節(jié)約了故障處理時間，避免了因盲目維修而造成的不必要的損失，為黑岱溝和哈爾烏素露天煤礦創(chuàng)造出了良好的經(jīng)濟效益。