关键词：高速动车组；电流互感器；差电流保护

Abstract: This paper first introduces the high-voltage system and its composition of high-speed EMU， and expounds the mechanism of current transformer monitoring the main circuit current of train， introduces the working principle of differential current protection of high-speed EMU in detail， and analyzes the causes of differential current protection action on the basis of in-depth analysis of data.

Key words: High speed EMU; Current transformer; Differential current protection

1  引言

高速动车组高压系统由两组对称的牵引单元组成，它们通过车顶电缆连接，如图1所示。列车通过受电弓从接触网上将25kV、50Hz的高电压引到变压器车，通过真空主断路器将受电弓接受的25kV AC供电与车顶电缆连接。主断路器中集成了接地绝缘和电流互感器用于测量动车组的电流，从电流互感器出来的信号通过中央控制单元CCU进行评估，而从变压器出来的信号通过中央控制单元CCU和牵引控制单元TCU进行评估。

图1  高压系统示意图

2  电流互感器

一个电流互感器同时被接到每一个主断路器中，用于测量动车组的电流。电流互感器为直通式互感器。另外两个互感器（电流互感器和回流互感器）用于监测主变压器，牵引变压器在输入端及接地回流分别装有电流互感器10-T04、10-T05监控线路电流，这两个互感器用来测量牵引单元的线电流以及回流电流。电流互感器位于主变压器的上段车顶，回流电流互感器位于主变压器下段安装在主变压器中。如图2所示。

图2 电流互感器

理论上输入端与接地回流端电流值相同，动态运行时输入与输出差值应小于20A。当变压器出现故障或车组检测设备（包括电流互感器、匹配电阻、CCU板卡）出现故障时，检查静态电流差大于1A，运行时电流差大于20A时，延时400ms，CCU将报出故障：差动电流响应监控。

3  差电流保护原理

变压器原边电流检测情况如下：

CRH380型动车组10-T04用于检测牵引变压器原电流，并将检测值分别反馈至本单元两个中央控制单元CCU及本单元两个牵引控制单元TCU，其功能原理图如图3所示。

图3 牵引变压器原边电流互感器检测功能图

牵引变压器接地回流检测情况如下：

CRH380型动车组10-T05用于检测牵引变压器接地回流电流，并将检测值反馈至本单元两个中央控制单元CCU，其功能原理图如图4所示。

图4  牵引变压器接地回流检测功能图

4  车辆总线（MVB）

列车本单元间的通信通过车辆总线MVB（多功能车辆总线）组成的通信网络予以实现；车辆总线（MVB）有一个固定拓扑结构，两根冗余的屏蔽双绞线作为传输介质。所有连接到车辆总线（MVB）的控制装置都可以传送过程数据，因此可通过下载MVB数据来对列车的状态进行实时分析，图5为列车故障时刻所产生的MVB数据信息截图。

图5  MVB数据信息截图

通过解析故障时刻MVB数据分析，可以得出主变压器接地回流与主变压器原边电流值相差20A，持续400ms，检查车辆的网压监控设备均显示正常，排除设备本身故障导致网压检测异常，导致主变压器接地回流与主变压器原边电流值相差20A的原因为：

轨道中既有信号电流，也有牵引电流，为了避免相互干扰，扼流变压器即是该方面的关键设备，扼流变压器的电路如图6所示。

图6  扼流变压器的电路

A与B之间，C与D之间设置有绝缘节。前后形成各自的闭塞分区。对于信号电流部分的电，只能通过A流向C，因为信号电流的驱动电压作用在两根钢轨之间而不是绝缘节左右两侧，绝缘节两边的电路没有信号电流的驱动电压，所以电流不会通过中心连线越过绝缘节，这样便形成封闭区段，上下两根钢轨形成环路。而牵引电流沿着两根钢轨平行流动，但绝缘节在阻断信号电流的同时把牵引电流也阻断了。电压驱动电流从左往右流，两根钢轨的电流大小基本相等且同向，所以从A点往下流以及C点往上流的电流流过扼流变压器AC线圈产生的磁场大小基本相等，方向相反，叠加后可以互相抵消，所以牵引电流沿着I牵引所示方向几乎没有阻碍地从中间这个连接线通过，这样就越过了钢轨上的绝缘节。这样牵引电流总要经过扼流变压器、钢轨及大地流回变电所。理论上，由于扼流变压器的两个线圈匝数相等(阻抗相等)，两根钢轨的长度相等(钢轨阻抗相等)，所以两根钢轨上通过的牵引电流应是相等的。在实际中，由于雨雪电气的影响钢轨两侧会形成不平衡电流，从而产生感应电压，这个感应电压就会通过传导方式直接侵入车体回路并干扰其敏感设备，会使得接地回流互感器电流值出现异常。结合数据及外部环境分析为雨雪天气导致钢轨两侧形成不平衡电流，从而产生感应电压，使得接地回流互感器电流值出现异常，达到报出故障的逻辑触发条件，产生差电流保护响应。

5  总结

本文通过对高速动车组差电流保护的工作原理进行介绍，并对MVB数据进行分析，同时结合外部环境确定为雨雪天气导致钢轨两侧形成不平衡电流，从而产生感应电压，使得接地回流互感器电流值出现异常。

参考文献：

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[2] 孔育琴,王语园. 轨道电路抗不平衡牵引回流干扰的方法研究[J]. 电子质量，2014

[3] 崔磊. 基于列车控制网络的高速动车空调控制系统的研究[D]. 河北工业大学，2014

[4] 王俊杰. 动车组牵引系统介绍[J]. 产业与科技论坛，2013

[5] 杨文娇. 哈大高铁西四牵引供电区段谐波机理与抑制策略研究[D]. 大连交通大学，2017

作者简介：

关云鹏（1993-）男 中车长春轨道客车股份有限公司