第四节　装有LCU逻辑控制装置的机车控制电路简介

一、概述

现代电子技术和计算机技术的飞速发展，为电力机车控制技术的升级换代提供了有力的技术支持。近年来开发应用的机车逻辑控制装置是适用于机车整车控制的新一代智能型逻辑控制装置，旨在取代传统的直流110V有触点控制电路，替代原来机车上大量的中间继电器、时间继电器等低压电器及迂回电路。机车逻辑控制装置使得机车的设计、调试、布线及维修保养、故障处理等工作简洁方便，解决了原有触点电器因调试、维修保养及振动、尘埃污染等造成的大量故障，提高了控制系统的可靠性。同时也方便了机车乘务员应急故障处理，

韶山4改进型电力机车从2003年开始，在机车控制电路中装设LCU逻辑控制装置（据了解，株洲厂、大连厂、大同厂分别从第825、111、50台机车开始装设此装置，有些此前生产的韶山4改进型电力机车也改造后装设了此装置）。装设LCU逻辑控制装置韶山4改进型电力机车，在机车主断路器的分合闸、辅机的起停、位置转换开关的转换、励磁及线路接触器分合、线路保护及故障显示等控制电路中替代了传统继电器有触点控制电路，实现了机车的逻辑控制。LCU逻辑控制装置根据司机指令完成机车电器的逻辑控制，使原来复杂的控制线路变成了简单的输入、输出控制线路。机车主要电器辅助触点大大减少，取消了不必要的中间继电器和时间继电器，减少了机车线路接点，电气控制系统的可靠性大为提高。机车采用逻辑控制单元后控制灵活性增大，如欲满足不同的控制要求只需改变程序就可完成。

二、系统组成和配置

韶山4改进型电力机车采用的LCU逻辑控制装置，一套设备共有4个电子箱，A、B节机车的Ⅰ端、Ⅱ端低压柜各安装一台，Ⅰ端为LCU1、Ⅱ端为LCU2。LCU1与LCU2除内部接线不一致外，结构、组成完全一样。LCU采用标准6U机箱硬件结构，双机冷备份，故障时可通过转换开关进行A、B组切换。每台LCU主要由电源板（1*1）、主控板（1*2）、开关量输入板（1*2）、开关量输出板（1*4）组成。LCU系统框图如图1—5所示。

三、各插件板作用

韶山4改进型电力机车采用的LCU逻辑控制装置具有功能相同的A、B两组控制系统，可以任选一组工作。

1.电源板：为系统提供电源，工作电压范围：40～132V。

2.输入板：将司机操作指令信号、机车电器的开关量信息转换为数字信号，再通过现场总线传输给主控板。每块输入板有48路开关量输入接口及输入信号LED显示。

3.输出板：输出板单片机通过现场总线接收逻辑单元主控板的控制信号，通过无触点控制电路驱动各个接触器。每块插件板共有24路驱动输出、驱动LED显示（绿灯）和接触器短路保护显示（红灯）。

4.逻辑单元主控板：通过内部总线接收输入板送来的开关量信号，按程序设定的逻辑关系，通过内部总线输出指令到输出板，实现机车各接触器的控制。

四、LCU逻辑控制单元使用注意事项

1.LCU1、LCU2的控制转换开关可置A组或B组；置A组时电源板L1指示灯亮，置B组时电源板L2指示灯亮。

2.主控板上的RUN指示灯亮表示程序运行正常，L1指示灯亮表示该装置为LCU1；L2指示灯亮表示该装置为LCU2。

3.主控板上的ERROR指示灯亮表示程序运行不正常，RUN和ERROR指示灯交替有规律的闪烁表示程序自检失败。

4.运行途中LCU逻辑控制装置出现故障时，可转换LCU“A、B组”，转换时，必须手柄回0，断开主断路器和各辅机按键。

五、相关控制电路简介（见书末附图）

1.主断路器控制

（1）主断路器闭合

主断路器闭合前，应确认：网压19kV以上（升弓状态）；全车调速手柄在零位，零位灯亮；劈相机按键处于断开位；主断路器储风缸压力450kPa以上。闭合主断路器合闸按键后，则：

531→主断路器合闸按键→537→LCU1→541线→4QF得电→主断路器闭合，主台故障显示屏“主断”、“零压”灯灭。

两节车重联时通过N537使非操纵节车主断路器闭合。两台车重联时通过W2537使重联机车主断路器闭合。

（2）主断路器正常分闸

闭合主断路器分闸按键后则：

531→主断路器分闸按键→544线→LCU1，通过LCU1使541线、4QF失电，主断路器断开。

两节车重联时通过N544使非操纵节车主断路器断开。两台车重联时通过W2544使重联机车主断路器断开。

（3）主断路器故障分闸

主断路器在闭合的情况下，发生接地、短路、过载等故障时，导线544送信号到LCU，使541线失电，主断路器断开。

①原边过流：原边过流时，过流继电器101KC动作，通过导线552、LCU2，使541线、4QF失电，主断路器断开。

②次边过流：次边电流互感器检测的电流信号送入电子柜AE，电子柜判断出次边过流时，送出信号，通过导线552、LCU2，使541线、4QF失电，主断路器断开。

③牵引电机过流：电机电流互感器检测的电流信号送入电子柜AE，电子柜判断牵引电机是否过流及那台电机过流，如过流则出送出信号，通过导线554、LCU2，使541线、4QF失电，主断路器断开。

④主接地：发生主接地故障时，接地继电器97KE或98KE动作，接通导线531与544，544线有电，通过LCU1使541线、4QF失电，主断路器断开。

⑤辅助回路过流：辅助回路过流时282KC动作，通过导线550、LCU2，使541线、4QF失电，主断路器断开。

⑥辅助回路接地：发生辅助回路接地故障时，接地继电器285KE动作，接通导线531与544，544线有电，通过LCU1使541线、4QF失电，主断路器断开。

⑦零压保护：当劈相机投入使用时，如机车处于零电压或失压2s以上，则286KT失电，其常闭接点闭合，通过导线551、LCU内部逻辑关系使541线、4QF失电，主断路器断开。

⑧紧急制动时自动断电：机车紧急制动时，通过导线804、LCU2使主断路器断开；自动停车装置动作时，通过导线912、LCU内部逻辑关系使541线、4QF失电，主断路器断开。

⑨主断控制器：当受电弓发生漏气或刮弓等故障时，自动降弓装置及主断控制器动作，通过544线、LCU1使541线、4QF失电，主断路器断开。

2.劈相机控制

（1）启动劈相机前必须闭合控制电源自动开关605QA、604QA、602QA及控制电源钥匙开关570QS，591QS选择手动位或自启位。591QS在自启位时，主断路器断开后，不关闭劈相机按键，闭合主断路器后，劈相机自动启动，以简化过分相操纵程序。闭合劈相机按键404SA，则：

①464→605QA→404SA→562→LCU2→571→213KM得电，接入劈相机启动电阻。

②213KM得电闭合，常开联锁闭合，则：

464→602QA→570QS（闭合位）→531→213KM常开联锁→572→LCU2→573→201KM得电，劈相机开始启动。

③劈相机启动正常后，283AK动作，常开联锁闭合，则：

464→604QA→570QS（闭合位）→466→283AK常开联锁→568→LCU1→CAN→LCU2→213KM失电释放，劈相机启动完成。

④当两节车重联时，闭合劈相机按键404SA后，LCU内部逻辑使导线564有电，通过内重联线N564，使非操纵节机车劈相机启动；当两台车重联时，导线564通过重联中间继电器547KA使W2564线有电，通过重联控制电缆使重联机车劈相机启动。

（2）劈相机启动完成后，通过LCU内部逻辑接通导线577，为其他辅机启动提供控制电源。

（3）当劈相机故障时，将242QS打到“2”位（通风机位），296QS打到电容位，用牵引通风机1进行电容分相启动。

3.压缩机控制

目前韶山4改进型电力机车普遍采用螺杆式空气压缩机，在该压缩机电机的控制电路中，串接有压力接点YJ和温度接点WJ。压力接点YJ用以保证压缩机在低负荷下安全启动，防止压缩机启动时的背压影响其正常启动，当压缩机进气阀压力超过400kPa时，该接点断开，压力降至300kPa以下时闭合。温度接点WJ用以防止因温度过高影响压缩机正常工作，当排气温度超过105℃以上时该接点断开，低于90℃时闭合。

闭合压缩机按键405SA，当总风缸压力在900kPa以下时，则：

464→605QA→405SA（闭合位）→517KF→565→LCU2→外部CAN总线→LCU1→567→压力接点YJ（400kPa以上断开，300kPa以下闭合）→温度接点WJ（105℃以上断开，90℃以下闭合）→203KM得电，压缩机启动。

当总风缸压力在900kPa以上时，517KF自动断开，203KM失电，压缩机停止工作。闭合强泵风按键，可进行强制打风，当总风缸压力在950kPa以上，高压安全阀喷气，应断开强泵风按键停止打风，以防总风缸压力过高发生意外。

当压缩机故障时，可用579QS进行故障隔离。

4.通风机控制

（1）牵引通风机控制

①手动控制：劈相机启动后，闭合通风机按键406SA，通过LCU内部逻辑，使205KM得电，通风机1启动，由于LCU逻辑控制的延时作用，通风机2延时启动，避免两个通风机同时启动造成过载。通风机2启动完成后，经过LCU逻辑控制的延时作用，211KM、212KM得电闭合，油泵电机和变压器风机启动。通过重联控制环节可使非操纵节机车或重联机车通风机顺序启动。

575QS、576QS分别为牵引通风机1、2故障隔离开关，584QS、599QS分别为油泵、变压器风机障隔离开关。

②自动控制：当调速手柄在1.5级以上时，417线有电，通过LCU内部逻辑使牵引通风机自动启动。

（2）制动通风机控制

闭合制动通风机按键407SA，通过LCU内部逻辑使制动通风机1、2顺序启动。581QS、582QS分别为制动通风机1、2故障隔离开关。

5.两位置转换开关控制

（1）牵引控制

①换向手柄向前：导线402、403、406有电，其中402给调速手柄供电；403通过LCU使两位置转换开关向前电空阀得电，控制机车向前；406通过LCU使两位置转换开关牵引电空阀得电，控制机车向前牵引。当两节车重联时，通过内重联环节使非操纵节机车完成向后转换，保证全车向前。当两台车重联时，通过外重联环节使另一台机车完成向前转换，保证两台车都向前。

②换向手柄向后：导线402、404、406有电，402、406作用与“向前”位时相同，404通过LCU使两位置转换开关向后电空阀得电，控制机车向后。当两节车重联时，通过内重联环节使非操纵节机车完成向前转换，保证全车向后。当两台车重联时，通过外重联环节使另一台机车完成向后转换，保证两台车都向后。

（2）制动控制

换向手柄制动位：导线402、403、405有电，402作用与牵引时相同，403提供机车向前信号，405通过LCU使两位置转换开关制动电空阀得电，使两位置转换开关转换到制动位。当两节车重联时，通过内重联环节使非操纵节机车转换到制动位，保证全车同步工作。当两台车重联时，通过外重联环节使另一台机车也转换到制动位，保证两台车同步工作。

6.风速延时控制

519KF、520KF为牵引风速继电器1、2，511KF、512KF为制动风速继电器1、2。当通风机启动正常时，相应的风速继电器动作，通过LCU给机车预备环节提供信号。牵引时，LCU风速延时环节通过406得电动作；制动时，LCU风速延时环节通过405得电动作。

573QS、574QS分别为牵引风速1、2故障隔离开关；589QS、590QS分别为制动风速1、2故障隔离开关。

7.预备控制

（1）牵引工况预备环节完成的必要条件：两位置转换开关转换到位；主断路器闭合到位；劈相机工作正常；高级位时，牵引通风机运行正常，风速延时完成。

（2）制动工况预备环节完成的必要条件：两位置转换开关转换到位；主断路器闭合到位；劈相机及各通风机运行正常，风速延时完成；励磁接触器91KM、92KM和线路接触器12KM、22KM、32KM、42KM闭合到位；机车制动缸压力在150kPa以下。

LCU逻辑控制环节检测机车整备控制电路完成后，给电子柜提供预备完成信号，司机室故障显示屏“预备”灯灭，表示预备完成。

8.零位控制

韶山4改进型电力机车全车共有4个司机控制器，当其均处于零位时，导线412有电，通过LCU逻辑控制环节、导线709，使司机室故障显示屏“零位”灯亮。当司机控制器离开零位后，412线失电，“零位”灯灭，同时415线有电。

9.线路接触器控制

当司机控制器离开零位后，415线有电，通过LCU逻辑控制环节使线路接触器12KM、22KM、32KM、42KM得电吸合，牵引电机主电路完成。

10QP、60QP分别为第1、2转向架空载试验开关；20QP、50QP为库用转换开关；19QS、29QS、39QS、49QS分别为第1～4牵引电机故障隔离开关；575QS、576QS分别为牵引通风机1、2故障隔离开关，581QS、582QS分别为制动通风机1、2故障隔离开关，隔离通风机的同时，也切断了相应转向架的线路接触器得电电路。

10.保护控制

韶山4改进型电力机车发生接地、短路、过载等故障时，除通过主断路器跳闸执行保护功能外（具体动作过程见本节主断路器控制），还有以下两种保护方式：

（1）通风机不工作或风速继电器故障时，通过LCU逻辑控制装置进行截流保护。

（2）电阻制动工况下过流时通过断开励磁接触器来执行保护

①牵引电机过流：由直流电流传感器111SC、121SC、131SC或141SC检测的牵引电机电流信号送入电子柜，由电子柜判断是否过流，如过流，则电子柜送出信号，通过LCU使励磁接触器91KM跳开。

②励磁过流：励磁电流传感器199SC检测的励磁电流信号送入电子柜，由电子柜判断是否过流，如过流，则电子柜送出信号，通过LCU使励磁接触器91KM跳开。