电力机车整备作业接触网高压防护系统的研究

论文摘要

随着我国铁路电气化建设的发展及列车运行速度的提高,电力机车逐渐成为列车的主要牵引动力和运输工具。电力机车整备作业过程中,由于管理上的疏忽和工作人员的大意,未能认真执行机车登顶作业安全规程,在接触网带电的情况下容易造成工作人员被电击身亡的重大事故。因此,如何确保工作人员人身安全和设备安全,已成为铁路部门必须考虑解决的问题。但传统的整备作业操作方法效率低,劳动强度大,且存在不安全因素,急需改进。本文根据铁路机务段对电力机车整备作业的要求,采用多冗余多重安全保护的设计思想,设计各种接触网是否带电的检测装置,主要包括了采集接触网下导体静电感应电压、霍尔电流传感器检测、隔离开关运动状态的检测三个检测装置。通过对各种检测信号的综合处理,来判断接触网的带电状态,克服了单一检测装置易受干扰和检测度不高的不足。同时,结合《电气化铁路有关人员电气安全规则》,设计隔离开关自动接地装置,保证隔离开关断开后机械接地的必要性,并设计隔离开关操作过程的联锁保护装置,实现隔离开关闭合时不能挂接地杆,挂接地杆时不能闭合隔离开关的联锁保护。在电气控制环节中,系统分别采用了PLC控制单元和单片机控制单元。由于检测装置分为机车上和机车外部两部分,另设计无线通信模块,传递检测信息,实现信息综合判断,最终控制告警装置与天窗盖电控锁的开启与闭合,完成高压检测与登顶安全保护。最后,由于整备作业环境恶劣,易受干扰等因素,对整个系统的可靠度及稳定性做了分析评价和优化,采用双冗余配置控制系统,以及对电源干扰、电磁干扰等也采取了相应的防止措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 课题来源
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 总体方案设计
• 2.1 系统方案一
• 2.2 系统方案二
• 2.2.1 检测系统设计
• 2.2.2 机械联锁部分设计
• 2.2.3 控制部分设计
• 第3章 系统检测部分设计
• 3.1 接触网高压有无的检测
• 3.1.1 接触网下导体的静电感应电压
• 3.1.2 结型场效应管电压传感器
• 3.1.3 专用的霍尔电流传感器
• 3.1.4 方案选择
• 3.2 隔离开关状态的的检测
• 3.2.1 开关状态变量在系统中的运用
• 3.2.2 开关变量采集接口
• 3.3 信息的检测与处理
• 3.3.1 电压比较器
• 3.3.2 信号采集电路
• 3.3.3 检测信号的处理
• 第4章 系统机械联锁部分设计
• 4.1 方案1 车顶盖随动升降装置
• 4.2 方案2 隔离开关自动接地装置
• 4.2.1 设计方案
• 4.2.2 接地状态检测
• 4.3 方案3 隔离开关操作过程联锁保护装置
• 4.3.1 设计方案
• 4.3.2 结构设计
• 4.3.3 作用原理
• 4.3.4 功能特点
• 第5章 系统控制部分设计
• 5.1 控制系统模块分析
• 5.2 PLC控制单元
• 5.2.1 可编程序控制器概述
• 5.2.2 PLC在系统中的应用
• 5.3 单片机控制电路
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 单片机在系统中的应用
• 5.4 无线通信
• 5.5 控制工作流程设计
• 第6章 可靠性设计
• 6.1 硬件可靠性设计
• 6.1.1 电源抗干扰
• 6.1.2 地线抗干扰
• 6.1.3 PCB抗干扰
• 6.2 软件可靠性设计
• 6.2.1 看门狗技术
• 6.2.2 MCU口线刷新
• 6.2.3 对开关量输入、输出的抗干扰
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录一 攻读硕士期间发表的论文
• 附录二 攻读硕士期间参与的项目与成果