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【摘 要】 架线电机车使用范围比较广，在我国煤矿、金属矿山井上下大量应用。在低瓦斯矿井应用更是普遍。由于在井下狭窄地区运行，井下的特殊条件决定了在电机车的使用上提出了一系列的要求和使用规则。根据这些要求和规则我们采取了种种措施，在电机车上安装各种保护系统，保证电机车的安全运行，与司机的人身安全。由于电机车架空线裸露在外，根据国家安监总局统计的数据，每年都有因为直流架线触电死亡的事故发生。我们设计出了基于附加直流脉冲电源的直流架空线漏电保护系统。经过实际使用证明了该系统的稳定性和安全可靠性。
【关键词】 电机车；综合保护；漏电保护、安全
一、井下电机车综合保护系统
电机车综合保护系统包含超速报警、车门电闭锁、座椅闭锁、综合监控系统等。这些方面有些是电机车出厂时厂家就给设计安装好的。但有些需要我们自己设计安装。即使厂家安装好的系统，也因各矿井自身特点又不适应各自的条件，也需要进行改装。
1、KHT-300电机车超速报警装置：KHT-300电机车超速报警装置是根据《煤矿安全规程》第三百五十九条第三款规定：列车行驶速度不得超过4m/S。报警装置通过安装在电机车轮轴上的磁铁，和传感器将电机车的速度信号检测出来，通过内部计算、比较，显示出电机车的当前速度值和累计里程。在正常开车时，报警装置不报警，当显示的速度值大于设定的超速报警值时，保护装置发出语音报警信号：“超速，请注意”同时报警灯亮；提醒开车人员减速，当速度低于报警值时，装置自动解除报警，报警灯灭；当速度超过超速保护值时，装置发出语音：“超速保护”，同时保护灯亮，保护输出触点断开，速度降下后自动恢复原来状态.利用现代微电脑技术设计的电子仪器。主要实现里程指示，速度显示，超速语音报警，超速保护和自动切断电机电源功能。
2、车门电闭锁装置：按照电机车门不关闭不能开车，电机车灯不亮不能开车原则。我们设计了如图1所示电路。
其工作原理是：D1、D2二极管分别接电机车前后灯，取得24V直流电源为直流继电器J供电，直流继电器的一组常开触点串在调速盒上，直流继电器的线圈通过干簧管接地，电机车门上装一块磁铁，当门关严时，干簧管导通，继电器吸合，共常开触点闭合接通调速盒，此时电机车启动运行。反之，当门打开时，干簧管不能启动。同时，当电机车照明装置损坏或照明线断路。无法给该电路供电，直流继电器无法吸合同样不能启动电动车。从而实现了电机车门灯电闭锁保护。提高了电机车司机的安全系数。
3、座椅闭锁装置：为实现电机车司机离开座位后电机车不能运行的特点。取得24V直流电源为直流继电器供电，直流继电器的一组常开触点串在调速盒上，直流继电器的线圈通过干簧管接地，当电机车司机离开座位时，座椅在重力作用下自动弹起，干簧管不能启动。从而实现了电机座位与行驶时电气闭锁保护。提高了电机车运行的安全系数。
4、电机监控系统：为实现电机车行车安全，可以在电机车上安装一套具备车载高清DV摄像、拍照、录音，外接SD/TF卡存儲器于一身的多功能高科技新产品，主要用于车载拍摄，实现对电机车各个方位进行实时监控，确保电机车行车过程中安全。
二、直流架空线漏电保护系统
1.设计原理
针对当前国内外煤矿直流架线系统漏电保护现状，以及当前电力电子技术、计算机控制技术、检测技术1的飞速发展，我们提出研制高可靠性的具有实时系统绝缘状况检测功能的直流架线机车整流器及其漏电保护系统-附加直流脉冲电源漏电保护系统2，其原理图如图2所示。
图3为基于附加直流脉冲电源的装置的总体构成框图，该原理图主要由主电路和控制电路两部分组成，主电路的构成由输入开关DK1，接触器JC，三相全控可控硅整流桥，附加直流电源、输出开关DK2、阻止二极管D1和续流二极管D2构成。从图3可看出微处理器控制电路主要通过微处理器及相关硬件电路完成定时控制可控硅的导通关断及附加直流脉冲电源的输出、相关模拟量和开关量的检测、绝缘电阻的计算、漏电保护及过流保护、键盘与显示等功能。微处理器电路定时控制三相可控硅整流电源和附加直流电源交替工作：当控制三相可控硅整流电源接通且附加直流电源断开时，三相可控硅全控桥向直流架线提供正向脉动直流电源；当控制附加直流电源接通且三相全控桥关断时，系统向直流架线提供附加直流脉冲测试电源，通过检测测试电流的大小来获得架线的绝缘电阻值。若出现绝缘严重下降，则停止开通直流工作电源，并切断主电路中的三相接触器，从而实现漏电保护3。如果直流架线系统绝缘电阻在合理范围内，则微处理器仅将测试电流显示到液晶屏上，同时继续下一个周期的工作。针对图3的整流电路和附加直流脉冲电源电路，架线输出电压波形见图4。
为了证明所提出理论的正确性和装置的可靠性，期间进行了重载启动试验、重载全速试验、重载附加模拟人体电阻和动物活体触电保护试验。
重载启动试验的目的是考察附加直流脉冲电源后与原电源系统相比启动时间上是否存在明显差异。在相同条件下，分别采用两种电源平坡牵引MGC1.1-6型矿车25台，原整流器和附加直流脉冲电源的整流器测得运行时间分别为10s和10.4s，试验证明新电源能够满足牵引要求。
重载附加模拟人体电阻试验的目的是考察电源在重载情况下，将相当于人体电阻阻值的电阻接触架线两端，检验系统是否能够在规定时间内保护，并考察其系统可靠性，在架线最远端用1KΩ电阻两端分别连接架线和轨道，用共连续试验100次，次次保护，保护时间最大39ms，最小10ms，平均20ms，满足最大保护时间54ms的要求。且可靠性也得到了保证。
动物活体触电保护试验的目的是考察电源当有动物触电时，系统是否在规定时间内断开电源及可靠性。选用一只40公斤左右的绵羊，将其左前腿和右后腿用剪刀将羊毛剪掉，露出羊皮，用万用表测得羊体电阻大约10KΩ，然后分别用导线连接羊的左前腿和右后腿，在架线不同地方将分别将羊进行架线触电试验，连续试验10次起到保护作用。羊在触电瞬间喊叫一声后倒地，系统断电保护，大约1分钟左右，羊站起来重新正常行走进食。触电后测量羊体电阻大约1KΩ，这是由于羊体皮肤的绝缘层被电击穿所致，此试验共进行十次，次次成功。这样也间接证明了对于人体触电保护的有效性和可靠性。
三、井下电机车综合保护及直流架线系统漏电保护的意义
井下电机车综合保护系统从根本上解决了电机车司机违章开车的现象。超速报警装置，杜绝了因电机车速度过快，造成电机车或矿车下辙现象，有效的保护了电机车司机的人身安全，同时也给运输大巷内行人，创造了安全环境。车门电闭锁装置杜绝了电机车司机不关门就开车和无照明开车的现象，使电机车的运行更加安全平稳。座椅闭锁装置实现了电机车司机离开座位后电机车不能运行，杜绝了电机车司机违章在车外开动电机车的现象。直流架线系统漏电保护系统杜绝了架空线巷道行人、生产触电伤人事故的发生和因架线漏电造成电器设备电流过低、电压不稳定导致损坏的现象，对保证煤矿安全生产，具有重大意义。
参考文献：
1、吴平安，张少海，易志明；直流系统漏电检测方法的比较[J]；华北电力技术；2003年02期
2、郑屿，陈廷虎；浅谈煤矿井下漏电保护的重要性[J]；煤炭技术；2003年05期
3、霍育川，李长录，刘延绪，直流架线电网漏电保护的研究[J]；煤矿安全，2003，34（增刊）：98-100
【关键词】 电机车；综合保护；漏电保护、安全
一、井下电机车综合保护系统
电机车综合保护系统包含超速报警、车门电闭锁、座椅闭锁、综合监控系统等。这些方面有些是电机车出厂时厂家就给设计安装好的。但有些需要我们自己设计安装。即使厂家安装好的系统，也因各矿井自身特点又不适应各自的条件，也需要进行改装。
1、KHT-300电机车超速报警装置：KHT-300电机车超速报警装置是根据《煤矿安全规程》第三百五十九条第三款规定：列车行驶速度不得超过4m/S。报警装置通过安装在电机车轮轴上的磁铁，和传感器将电机车的速度信号检测出来，通过内部计算、比较，显示出电机车的当前速度值和累计里程。在正常开车时，报警装置不报警，当显示的速度值大于设定的超速报警值时，保护装置发出语音报警信号：“超速，请注意”同时报警灯亮；提醒开车人员减速，当速度低于报警值时，装置自动解除报警，报警灯灭；当速度超过超速保护值时，装置发出语音：“超速保护”，同时保护灯亮，保护输出触点断开，速度降下后自动恢复原来状态.利用现代微电脑技术设计的电子仪器。主要实现里程指示，速度显示，超速语音报警，超速保护和自动切断电机电源功能。
2、车门电闭锁装置：按照电机车门不关闭不能开车，电机车灯不亮不能开车原则。我们设计了如图1所示电路。
其工作原理是：D1、D2二极管分别接电机车前后灯，取得24V直流电源为直流继电器J供电，直流继电器的一组常开触点串在调速盒上，直流继电器的线圈通过干簧管接地，电机车门上装一块磁铁，当门关严时，干簧管导通，继电器吸合，共常开触点闭合接通调速盒，此时电机车启动运行。反之，当门打开时，干簧管不能启动。同时，当电机车照明装置损坏或照明线断路。无法给该电路供电，直流继电器无法吸合同样不能启动电动车。从而实现了电机车门灯电闭锁保护。提高了电机车司机的安全系数。
3、座椅闭锁装置：为实现电机车司机离开座位后电机车不能运行的特点。取得24V直流电源为直流继电器供电，直流继电器的一组常开触点串在调速盒上，直流继电器的线圈通过干簧管接地，当电机车司机离开座位时，座椅在重力作用下自动弹起，干簧管不能启动。从而实现了电机座位与行驶时电气闭锁保护。提高了电机车运行的安全系数。
4、电机监控系统：为实现电机车行车安全，可以在电机车上安装一套具备车载高清DV摄像、拍照、录音，外接SD/TF卡存儲器于一身的多功能高科技新产品，主要用于车载拍摄，实现对电机车各个方位进行实时监控，确保电机车行车过程中安全。
二、直流架空线漏电保护系统
1.设计原理
针对当前国内外煤矿直流架线系统漏电保护现状，以及当前电力电子技术、计算机控制技术、检测技术1的飞速发展，我们提出研制高可靠性的具有实时系统绝缘状况检测功能的直流架线机车整流器及其漏电保护系统-附加直流脉冲电源漏电保护系统2，其原理图如图2所示。
图3为基于附加直流脉冲电源的装置的总体构成框图，该原理图主要由主电路和控制电路两部分组成，主电路的构成由输入开关DK1，接触器JC，三相全控可控硅整流桥，附加直流电源、输出开关DK2、阻止二极管D1和续流二极管D2构成。从图3可看出微处理器控制电路主要通过微处理器及相关硬件电路完成定时控制可控硅的导通关断及附加直流脉冲电源的输出、相关模拟量和开关量的检测、绝缘电阻的计算、漏电保护及过流保护、键盘与显示等功能。微处理器电路定时控制三相可控硅整流电源和附加直流电源交替工作：当控制三相可控硅整流电源接通且附加直流电源断开时，三相可控硅全控桥向直流架线提供正向脉动直流电源；当控制附加直流电源接通且三相全控桥关断时，系统向直流架线提供附加直流脉冲测试电源，通过检测测试电流的大小来获得架线的绝缘电阻值。若出现绝缘严重下降，则停止开通直流工作电源，并切断主电路中的三相接触器，从而实现漏电保护3。如果直流架线系统绝缘电阻在合理范围内，则微处理器仅将测试电流显示到液晶屏上，同时继续下一个周期的工作。针对图3的整流电路和附加直流脉冲电源电路，架线输出电压波形见图4。
为了证明所提出理论的正确性和装置的可靠性，期间进行了重载启动试验、重载全速试验、重载附加模拟人体电阻和动物活体触电保护试验。
重载启动试验的目的是考察附加直流脉冲电源后与原电源系统相比启动时间上是否存在明显差异。在相同条件下，分别采用两种电源平坡牵引MGC1.1-6型矿车25台，原整流器和附加直流脉冲电源的整流器测得运行时间分别为10s和10.4s，试验证明新电源能够满足牵引要求。
重载附加模拟人体电阻试验的目的是考察电源在重载情况下，将相当于人体电阻阻值的电阻接触架线两端，检验系统是否能够在规定时间内保护，并考察其系统可靠性，在架线最远端用1KΩ电阻两端分别连接架线和轨道，用共连续试验100次，次次保护，保护时间最大39ms，最小10ms，平均20ms，满足最大保护时间54ms的要求。且可靠性也得到了保证。
动物活体触电保护试验的目的是考察电源当有动物触电时，系统是否在规定时间内断开电源及可靠性。选用一只40公斤左右的绵羊，将其左前腿和右后腿用剪刀将羊毛剪掉，露出羊皮，用万用表测得羊体电阻大约10KΩ，然后分别用导线连接羊的左前腿和右后腿，在架线不同地方将分别将羊进行架线触电试验，连续试验10次起到保护作用。羊在触电瞬间喊叫一声后倒地，系统断电保护，大约1分钟左右，羊站起来重新正常行走进食。触电后测量羊体电阻大约1KΩ，这是由于羊体皮肤的绝缘层被电击穿所致，此试验共进行十次，次次成功。这样也间接证明了对于人体触电保护的有效性和可靠性。
三、井下电机车综合保护及直流架线系统漏电保护的意义
井下电机车综合保护系统从根本上解决了电机车司机违章开车的现象。超速报警装置，杜绝了因电机车速度过快，造成电机车或矿车下辙现象，有效的保护了电机车司机的人身安全，同时也给运输大巷内行人，创造了安全环境。车门电闭锁装置杜绝了电机车司机不关门就开车和无照明开车的现象，使电机车的运行更加安全平稳。座椅闭锁装置实现了电机车司机离开座位后电机车不能运行，杜绝了电机车司机违章在车外开动电机车的现象。直流架线系统漏电保护系统杜绝了架空线巷道行人、生产触电伤人事故的发生和因架线漏电造成电器设备电流过低、电压不稳定导致损坏的现象，对保证煤矿安全生产，具有重大意义。
参考文献：
1、吴平安，张少海，易志明；直流系统漏电检测方法的比较[J]；华北电力技术；2003年02期
2、郑屿，陈廷虎；浅谈煤矿井下漏电保护的重要性[J]；煤炭技术；2003年05期
3、霍育川，李长录，刘延绪，直流架线电网漏电保护的研究[J]；煤矿安全，2003，34（增刊）：98-100