第四節　裝有LCU邏輯控制裝置的機車控制電路簡介

一、概述

現代電子技術和計算機技術的飛速發展，為電力機車控制技術的升級換代提供了有力的技術支持。近年來開發應用的機車邏輯控制裝置是適用于機車整車控制的新一代智能型邏輯控制裝置，旨在取代傳統的直流110V有觸點控制電路，替代原來機車上大量的中間繼電器、時間繼電器等低壓電器及迂回電路。機車邏輯控制裝置使得機車的設計、調試、布線及維修保養、故障處理等工作簡潔方便，解決了原有觸點電器因調試、維修保養及振動、塵埃污染等造成的大量故障，提高了控制系統的可靠性。同時也方便了機車乘務員應急故障處理，

韶山4改進型電力機車從2003年開始，在機車控制電路中裝設LCU邏輯控制裝置（據了解，株洲廠、大連廠、大同廠分別從第825、111、50臺機車開始裝設此裝置，有些此前生產的韶山4改進型電力機車也改造后裝設了此裝置）。裝設LCU邏輯控制裝置韶山4改進型電力機車，在機車主斷路器的分合閘、輔機的起停、位置轉換開關的轉換、勵磁及線路接觸器分合、線路保護及故障顯示等控制電路中替代了傳統繼電器有觸點控制電路，實現了機車的邏輯控制。LCU邏輯控制裝置根據司機指令完成機車電器的邏輯控制，使原來復雜的控制線路變成了簡單的輸入、輸出控制線路。機車主要電器輔助觸點大大減少，取消了不必要的中間繼電器和時間繼電器，減少了機車線路接點，電氣控制系統的可靠性大為提高。機車采用邏輯控制單元后控制靈活性增大，如欲滿足不同的控制要求只需改變程序就可完成。

二、系統組成和配置

韶山4改進型電力機車采用的LCU邏輯控制裝置，一套設備共有4個電子箱，A、B節機車的Ⅰ端、Ⅱ端低壓柜各安裝一臺，Ⅰ端為LCU1、Ⅱ端為LCU2。LCU1與LCU2除內部接線不一致外，結構、組成完全一樣。LCU采用標準6U機箱硬件結構，雙機冷備份，故障時可通過轉換開關進行A、B組切換。每臺LCU主要由電源板（1*1）、主控板（1*2）、開關量輸入板（1*2）、開關量輸出板（1*4）組成。LCU系統框圖如圖1—5所示。

三、各插件板作用

韶山4改進型電力機車采用的LCU邏輯控制裝置具有功能相同的A、B兩組控制系統，可以任選一組工作。

1.電源板：為系統提供電源，工作電壓范圍：40～132V。

2.輸入板：將司機操作指令信號、機車電器的開關量信息轉換為數字信號，再通過現場總線傳輸給主控板。每塊輸入板有48路開關量輸入接口及輸入信號LED顯示。

3.輸出板：輸出板單片機通過現場總線接收邏輯單元主控板的控制信號，通過無觸點控制電路驅動各個接觸器。每塊插件板共有24路驅動輸出、驅動LED顯示（綠燈）和接觸器短路保護顯示（紅燈）。

4.邏輯單元主控板：通過內部總線接收輸入板送來的開關量信號，按程序設定的邏輯關系，通過內部總線輸出指令到輸出板，實現機車各接觸器的控制。

四、LCU邏輯控制單元使用注意事項

1.LCU1、LCU2的控制轉換開關可置A組或B組；置A組時電源板L1指示燈亮，置B組時電源板L2指示燈亮。

2.主控板上的RUN指示燈亮表示程序運行正常，L1指示燈亮表示該裝置為LCU1；L2指示燈亮表示該裝置為LCU2。

3.主控板上的ERROR指示燈亮表示程序運行不正常，RUN和ERROR指示燈交替有規律的閃爍表示程序自檢失敗。

4.運行途中LCU邏輯控制裝置出現故障時，可轉換LCU“A、B組”，轉換時，必須手柄回0，斷開主斷路器和各輔機按鍵。

五、相關控制電路簡介（見書末附圖）

1.主斷路器控制

（1）主斷路器閉合

主斷路器閉合前，應確認：網壓19kV以上（升弓狀態）；全車調速手柄在零位，零位燈亮；劈相機按鍵處于斷開位；主斷路器儲風缸壓力450kPa以上。閉合主斷路器合閘按鍵后，則：

531→主斷路器合閘按鍵→537→LCU1→541線→4QF得電→主斷路器閉合，主臺故障顯示屏“主斷”、“零壓”燈滅。

兩節車重聯時通過N537使非操縱節車主斷路器閉合。兩臺車重聯時通過W2537使重聯機車主斷路器閉合。

（2）主斷路器正常分閘

閉合主斷路器分閘按鍵后則：

531→主斷路器分閘按鍵→544線→LCU1，通過LCU1使541線、4QF失電，主斷路器斷開。

兩節車重聯時通過N544使非操縱節車主斷路器斷開。兩臺車重聯時通過W2544使重聯機車主斷路器斷開。

（3）主斷路器故障分閘

主斷路器在閉合的情況下，發生接地、短路、過載等故障時，導線544送信號到LCU，使541線失電，主斷路器斷開。

①原邊過流：原邊過流時，過流繼電器101KC動作，通過導線552、LCU2，使541線、4QF失電，主斷路器斷開。

②次邊過流：次邊電流互感器檢測的電流信號送入電子柜AE，電子柜判斷出次邊過流時，送出信號，通過導線552、LCU2，使541線、4QF失電，主斷路器斷開。

③牽引電機過流：電機電流互感器檢測的電流信號送入電子柜AE，電子柜判斷牽引電機是否過流及那臺電機過流，如過流則出送出信號，通過導線554、LCU2，使541線、4QF失電，主斷路器斷開。

④主接地：發生主接地故障時，接地繼電器97KE或98KE動作，接通導線531與544，544線有電，通過LCU1使541線、4QF失電，主斷路器斷開。

⑤輔助回路過流：輔助回路過流時282KC動作，通過導線550、LCU2，使541線、4QF失電，主斷路器斷開。

⑥輔助回路接地：發生輔助回路接地故障時，接地繼電器285KE動作，接通導線531與544，544線有電，通過LCU1使541線、4QF失電，主斷路器斷開。

⑦零壓保護：當劈相機投入使用時，如機車處于零電壓或失壓2s以上，則286KT失電，其常閉接點閉合，通過導線551、LCU內部邏輯關系使541線、4QF失電，主斷路器斷開。

⑧緊急制動時自動斷電：機車緊急制動時，通過導線804、LCU2使主斷路器斷開；自動停車裝置動作時，通過導線912、LCU內部邏輯關系使541線、4QF失電，主斷路器斷開。

⑨主斷控制器：當受電弓發生漏氣或刮弓等故障時，自動降弓裝置及主斷控制器動作，通過544線、LCU1使541線、4QF失電，主斷路器斷開。

2.劈相機控制

（1）啟動劈相機前必須閉合控制電源自動開關605QA、604QA、602QA及控制電源鑰匙開關570QS，591QS選擇手動位或自啟位。591QS在自啟位時，主斷路器斷開后，不關閉劈相機按鍵，閉合主斷路器后，劈相機自動啟動，以簡化過分相操縱程序。閉合劈相機按鍵404SA，則：

①464→605QA→404SA→562→LCU2→571→213KM得電，接入劈相機啟動電阻。

②213KM得電閉合，常開聯鎖閉合，則：

464→602QA→570QS（閉合位）→531→213KM常開聯鎖→572→LCU2→573→201KM得電，劈相機開始啟動。

③劈相機啟動正常后，283AK動作，常開聯鎖閉合，則：

464→604QA→570QS（閉合位）→466→283AK常開聯鎖→568→LCU1→CAN→LCU2→213KM失電釋放，劈相機啟動完成。

④當兩節車重聯時，閉合劈相機按鍵404SA后，LCU內部邏輯使導線564有電，通過內重聯線N564，使非操縱節機車劈相機啟動；當兩臺車重聯時，導線564通過重聯中間繼電器547KA使W2564線有電，通過重聯控制電纜使重聯機車劈相機啟動。

（2）劈相機啟動完成后，通過LCU內部邏輯接通導線577，為其他輔機啟動提供控制電源。

（3）當劈相機故障時，將242QS打到“2”位（通風機位），296QS打到電容位，用牽引通風機1進行電容分相啟動。

3.壓縮機控制

目前韶山4改進型電力機車普遍采用螺桿式空氣壓縮機，在該壓縮機電機的控制電路中，串接有壓力接點YJ和溫度接點WJ。壓力接點YJ用以保證壓縮機在低負荷下安全啟動，防止壓縮機啟動時的背壓影響其正常啟動，當壓縮機進氣閥壓力超過400kPa時，該接點斷開，壓力降至300kPa以下時閉合。溫度接點WJ用以防止因溫度過高影響壓縮機正常工作，當排氣溫度超過105℃以上時該接點斷開，低于90℃時閉合。

閉合壓縮機按鍵405SA，當總風缸壓力在900kPa以下時，則：

464→605QA→405SA（閉合位）→517KF→565→LCU2→外部CAN總線→LCU1→567→壓力接點YJ（400kPa以上斷開，300kPa以下閉合）→溫度接點WJ（105℃以上斷開，90℃以下閉合）→203KM得電，壓縮機啟動。

當總風缸壓力在900kPa以上時，517KF自動斷開，203KM失電，壓縮機停止工作。閉合強泵風按鍵，可進行強制打風，當總風缸壓力在950kPa以上，高壓安全閥噴氣，應斷開強泵風按鍵停止打風，以防總風缸壓力過高發生意外。

當壓縮機故障時，可用579QS進行故障隔離。

4.通風機控制

（1）牽引通風機控制

①手動控制：劈相機啟動后，閉合通風機按鍵406SA，通過LCU內部邏輯，使205KM得電，通風機1啟動，由于LCU邏輯控制的延時作用，通風機2延時啟動，避免兩個通風機同時啟動造成過載。通風機2啟動完成后，經過LCU邏輯控制的延時作用，211KM、212KM得電閉合，油泵電機和變壓器風機啟動。通過重聯控制環節可使非操縱節機車或重聯機車通風機順序啟動。

575QS、576QS分別為牽引通風機1、2故障隔離開關，584QS、599QS分別為油泵、變壓器風機障隔離開關。

②自動控制：當調速手柄在1.5級以上時，417線有電，通過LCU內部邏輯使牽引通風機自動啟動。

（2）制動通風機控制

閉合制動通風機按鍵407SA，通過LCU內部邏輯使制動通風機1、2順序啟動。581QS、582QS分別為制動通風機1、2故障隔離開關。

5.兩位置轉換開關控制

（1）牽引控制

①換向手柄向前：導線402、403、406有電，其中402給調速手柄供電；403通過LCU使兩位置轉換開關向前電空閥得電，控制機車向前；406通過LCU使兩位置轉換開關牽引電空閥得電，控制機車向前牽引。當兩節車重聯時，通過內重聯環節使非操縱節機車完成向后轉換，保證全車向前。當兩臺車重聯時，通過外重聯環節使另一臺機車完成向前轉換，保證兩臺車都向前。

②換向手柄向后：導線402、404、406有電，402、406作用與“向前”位時相同，404通過LCU使兩位置轉換開關向后電空閥得電，控制機車向后。當兩節車重聯時，通過內重聯環節使非操縱節機車完成向前轉換，保證全車向后。當兩臺車重聯時，通過外重聯環節使另一臺機車完成向后轉換，保證兩臺車都向后。

（2）制動控制

換向手柄制動位：導線402、403、405有電，402作用與牽引時相同，403提供機車向前信號，405通過LCU使兩位置轉換開關制動電空閥得電，使兩位置轉換開關轉換到制動位。當兩節車重聯時，通過內重聯環節使非操縱節機車轉換到制動位，保證全車同步工作。當兩臺車重聯時，通過外重聯環節使另一臺機車也轉換到制動位，保證兩臺車同步工作。

6.風速延時控制

519KF、520KF為牽引風速繼電器1、2，511KF、512KF為制動風速繼電器1、2。當通風機啟動正常時，相應的風速繼電器動作，通過LCU給機車預備環節提供信號。牽引時，LCU風速延時環節通過406得電動作；制動時，LCU風速延時環節通過405得電動作。

573QS、574QS分別為牽引風速1、2故障隔離開關；589QS、590QS分別為制動風速1、2故障隔離開關。

7.預備控制

（1）牽引工況預備環節完成的必要條件：兩位置轉換開關轉換到位；主斷路器閉合到位；劈相機工作正常；高級位時，牽引通風機運行正常，風速延時完成。

（2）制動工況預備環節完成的必要條件：兩位置轉換開關轉換到位；主斷路器閉合到位；劈相機及各通風機運行正常，風速延時完成；勵磁接觸器91KM、92KM和線路接觸器12KM、22KM、32KM、42KM閉合到位；機車制動缸壓力在150kPa以下。

LCU邏輯控制環節檢測機車整備控制電路完成后，給電子柜提供預備完成信號，司機室故障顯示屏“預備”燈滅，表示預備完成。

8.零位控制

韶山4改進型電力機車全車共有4個司機控制器，當其均處于零位時，導線412有電，通過LCU邏輯控制環節、導線709，使司機室故障顯示屏“零位”燈亮。當司機控制器離開零位后，412線失電，“零位”燈滅，同時415線有電。

9.線路接觸器控制

當司機控制器離開零位后，415線有電，通過LCU邏輯控制環節使線路接觸器12KM、22KM、32KM、42KM得電吸合，牽引電機主電路完成。

10QP、60QP分別為第1、2轉向架空載試驗開關；20QP、50QP為庫用轉換開關；19QS、29QS、39QS、49QS分別為第1～4牽引電機故障隔離開關；575QS、576QS分別為牽引通風機1、2故障隔離開關，581QS、582QS分別為制動通風機1、2故障隔離開關，隔離通風機的同時，也切斷了相應轉向架的線路接觸器得電電路。

10.保護控制

韶山4改進型電力機車發生接地、短路、過載等故障時，除通過主斷路器跳閘執行保護功能外（具體動作過程見本節主斷路器控制），還有以下兩種保護方式：

（1）通風機不工作或風速繼電器故障時，通過LCU邏輯控制裝置進行截流保護。

（2）電阻制動工況下過流時通過斷開勵磁接觸器來執行保護

①牽引電機過流：由直流電流傳感器111SC、121SC、131SC或141SC檢測的牽引電機電流信號送入電子柜，由電子柜判斷是否過流，如過流，則電子柜送出信號，通過LCU使勵磁接觸器91KM跳開。

②勵磁過流：勵磁電流傳感器199SC檢測的勵磁電流信號送入電子柜，由電子柜判斷是否過流，如過流，則電子柜送出信號，通過LCU使勵磁接觸器91KM跳開。