1.本发明属于机车各设备之间的控制技术领域，尤其涉及一种用于机车断电后高压电气屏柜安全操作延时联锁系统与方法。


背景技术：

2.机车配备的高压电气系统屏柜中，一般在中间直流回路会设置电容设备，在机车断电后，电容将有5～8分钟不等的持续放电时间，才能将电气屏柜中的电压等级降低到人体安全操作电压以下(＜36v)。
3.例如，机车牵引变流器柜和dcdc柜中均安装有电容设备。根据en50153-2014第8.3.2条，如果屏柜内有电容放电元件，需要在规定时间内将机柜内的电压降至安全电压以下(60v)，才能保证操作人员的安全。一旦对未放电到安全电压的设备柜进行操作，很容易对操作人员构成人身伤害，造成安全事故。
4.通过分析近年来相关的电压安全防护方案，多数未对具有电容设备的高压电气屏柜进行断电后的电压检测并进行有效安全防护。现有安全联锁方案需要配备接地开关，联锁钥匙盒等，增加了电气、布线工作量及现场实施的复杂度；其中联锁钥匙盒的操作步骤繁琐，至少需要4枚以上钥匙来实现安全联锁功能，且联锁钥匙盒占用较多机车可用空间，成本较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种机车及机械延时安全联锁系统与方法，以解决机车断电后安装有电容设备的高压电气屏柜未放电至安全电压范围所造成的操作安全问题，以及现有联锁方案操作步骤繁琐、占用空间大、成本高的问题。
6.本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种机械延时安全联锁系统，包括设于司机室的机械延时安全设备；所述机械延时安全设备包括互锁逻辑模块、延时模块、第一锁芯、第二锁芯、与所述第一锁芯匹配的钥匙a以及与所述第二锁芯匹配的钥匙b；所述钥匙a与机车供电钥匙固定连接，所述钥匙b与高压电气屏柜的柜门钥匙固定连接；所述互锁逻辑模块，用于在每次操作时仅有钥匙a从第一锁芯拔出或钥匙b从第二锁芯拔出；所述延时模块，用于当钥匙a插入第一锁芯时，在延时时间结束后钥匙b才能从第二锁芯拔出。
7.本发明中，当机车正常运行时需要用到机车供电钥匙，而钥匙a与机车供电钥匙固定连接，此时拔出钥匙a以便使用机车供电钥匙，保证机车正常运行；由于互锁逻辑模块的互锁逻辑功能，每次操作有且仅有一枚钥匙能从机械延时安全设备上拔出，因此钥匙b无法从第二锁芯拔出，钥匙b与高压电气屏柜的柜门钥匙固定连接，因此，在机车正常运行时由于互锁逻辑功能无法拔出钥匙b，进而无法对高压电气屏柜进行操作；当机车断电后，可以拔出机车供电钥匙，将钥匙a插入第一锁芯，由于延时模块的延时功能，需要在延时时间结束后才能将钥匙b从第二锁芯拔出，以便利用柜门钥匙开启高压电气屏柜，在机车断电后的
延时时间内，电容设备进行持续放电，将高压电气屏柜中的电压降低至人体安全操作电压，保证了操作人员对高压电气屏柜操作时的安全性。
8.该系统无需增加电气布线工作量，易于实施；机械延时安全设备体积较小，占用空间小，成本低，仅需要两枚钥匙即可实现安全联锁功能，操作简单，安全性高。
9.进一步地，所述高压电气屏柜为牵引变流器屏柜和/或dcdc屏柜。
10.进一步地，所述固定连接方式均为焊接。
11.进一步地，所述系统还包括用于检测高压电气屏柜内电容设备电压的传感器、以及所述高压电气屏柜柜门锁芯处的电子锁；所述传感器、电子锁均与控制器电连接；所述电子锁，用于在电容设备电压大于安全操作电压时与柜门锁芯连接，使柜门无法打开。
12.进一步地，所述系统还包括与所述控制器电连接的指示灯；所述指示灯，用于在电容设备电压大于安全操作电压时显示红色，在电容设备电压小于等于安全操作电压时显示绿色。
13.本发明还提供一种利用如上所述的机械延时安全联锁系统进行安全联锁控制的方法，包括以下步骤：
14.步骤1：机车断电，拔出机车供电钥匙；
15.步骤2：将与所述机车供电钥匙固定连接的钥匙a插入至第一锁芯；
16.步骤3：待延时时间结束后，从第二锁芯拔出钥匙b；
17.步骤4：将与所述钥匙b固定连接的高压电气屏柜的柜门钥匙插入柜门锁芯，开启高压电气屏柜的柜门。
18.进一步地，所述步骤3中，延时时间为8min。
19.进一步地，在所述步骤3之后，所述步骤4之前还包括：
20.检测所述高压电气屏柜内电容设备电压；
21.当所述电容设备电压大于安全操作电压时，电子锁与柜门锁芯连接；
22.当所述电容设备电压小于等于安全操作电压时，电子锁与柜门锁芯不连接。
23.进一步地，在所述步骤3之后，所述步骤4之前还包括：
24.查看指示灯是否为绿色，如果是，则转入步骤4，否则等待指示灯变为绿色。
25.本发明还提供一种机车，包括如上所述的机械延时安全联锁系统。
26.有益效果
27.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
28.1、通过机械延时安全设备即可实现机车断电与高压电气屏柜放电至安全电压范围进行联锁，保证了操作人员对高压电气屏柜操作时的安全性；该系统与方法无需增加电气布线工作量，易于实施；机械延时安全设备体积较小，占用空间小，成本低，仅需要两枚钥匙即可实现安全联锁功能，操作简单，安全性高；
29.2、电子锁进一步保证了操作人员在机车断电后对高压电气屏柜操作时的安全性；
30.3、指示灯进一步保证了操作人员在机车断电后对高压电气屏柜操作时的安全性，与电子锁、机械延时安全设备构成三重保护，确保在操作人员对高压电气屏柜进行操作时，机车已经断电以及高压电气屏柜内电容设备已经放电至安全电压范围内。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本发明实施例1中一种机械延时安全联锁系统的结构框图；
33.图2是本发明实施例1中钥匙a与机车供电钥匙固定连接图；
34.图3是本发明实施例1中钥匙b与柜门钥匙固定连接图；
35.图4是本发明实施例1中安全联锁控制方法流程图；
36.图5是本发明实施例2中安全联锁控制方法流程图。
37.其中，1-机械延时安全设备，11-钥匙a，12-钥匙b，2-机车供电钥匙，3-柜门钥匙。
具体实施方式
38.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.下面以具体地实施例对本技术的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
40.实施例1
41.如图1所示，本实施例所提供的一种机械延时安全联锁系统，包括设于司机室的机械延时安全设备1；机械延时安全设备1包括互锁逻辑模块、延时模块、第一锁芯、第二锁芯、与第一锁芯匹配的钥匙a 11以及与第二锁芯匹配的钥匙b 12。钥匙a 11与机车供电钥匙2固定连接，如图2所示，钥匙b 12与高压电气屏柜的柜门钥匙3固定连接，如图3所示。
42.互锁逻辑模块，用于在每次操作时仅有钥匙a 11从第一锁芯拔出或钥匙b 12从第二锁芯拔出，即当钥匙a 11从第一锁芯拔出后，钥匙b 12无法从第二锁芯拔出；或者当钥匙b 12从第二锁芯拔出后，钥匙a 11无法从第一锁芯拔出。延时模块，用于当钥匙a 11插入第一锁芯时，在延时时间结束后钥匙b 12才能从第二锁芯拔出。本实施例中，延时时间可以根据电容设备通过放电将高压电气屏柜中电压降至人体安全操作电压以下所需时间来设置。
43.钥匙a 11和钥匙b 12分别插在第一锁芯和第二锁芯上，由于钥匙a 11与机车供电钥匙2固定连接，当机车正常运行需要用到机车供电钥匙2时，必须将钥匙a 11从第一锁芯上拔出，才能将机车供电钥匙2插入到司机室供电钥匙位置，机车正常运行，此时由于互锁逻辑功能，钥匙b 12无法从第二锁芯上拔出，无法开启高压电气屏柜，操作人员无法对高压电气屏柜进行维修，在机车未断电时对高压电气屏柜起到有效安全防护。机车断电后需要对高压电气屏柜进行维修时，拔出机车供电钥匙2，保证机车处于断电状态，才能将钥匙a 11插入第一锁芯，由于互锁逻辑功能和延时功能，在延时时间结束后才能将钥匙b 12从第二锁芯拔出，从机车断电到延时时间结束这段时间内，高压电气屏柜内的电容设备持续放电，使高压电气屏柜的电压降低至人体安全操作电压以下，再将柜门钥匙3插入柜门锁芯，开启高压电气屏柜柜门，对高压电气屏柜进行维修，保证了操作人员对高压电气屏柜操作时的安全性。
44.该系统仅需要机械延时安全设备1即可实现机车断电、高压电气屏柜放电至安全操作电压以下进行联锁控制，仅用到钥匙a 11和钥匙b 12，操作简单，安全性高，既保证了机车断电时的操作安全性，也保证了机车未断电时的操作安全性。机械延时安全设备1占用空间小，成本低。
45.本实施例中，高压电气屏柜为牵引变流器屏柜和/或dcdc屏柜。固定连接方式包括但不限于焊接。
46.在高压电气屏柜的电容设备上安装电压传感器，电压传感器用于检测电容设备电压；在高压电气屏柜柜门锁芯处安装电子锁；在高压电气屏柜上安装指示灯；电压传感器、电子锁以及指示灯均与控制器电连接；控制器用于获取电容设备电压，判断电容设备电压是否小于等于安全操作电压，如果是，则控制电子锁不与柜门锁芯连接，且指示灯为绿色；否则控制电子锁与柜门锁芯连接，且指示灯为红色。
47.即当电容设备电压小于等于安全操作电压时，说明可以对高压电气屏柜进行维修操作，此时电子锁不与柜门锁芯连接，通过柜门钥匙3可以打开高压电气屏柜的柜门，指示灯指示为绿色；当电容设备电压大于安全操作电压时，说明电压未降低至安全操作电压以下，不能对高压电气屏柜进行维修操作，此时电子锁与柜门锁芯连接，通过柜门钥匙3无法打开高压电气屏柜的柜门，指示灯指示为红色。通过指示灯和电子锁进一步保证了对高压电气屏柜操作时的安全性。
48.如图4所示，本实施例还提供一种利用如实施例1所述的机械延时安全联锁系统进行安全联锁控制的方法，包括以下步骤：
49.步骤1：机车断电，拔出机车供电钥匙2。
50.步骤2：将与机车供电钥匙2固定连接的钥匙a 11插入至机械延时安全设备1上的第一锁芯内，此时无法拔出钥匙b 12。
51.步骤3：延时模块开始计时，待延时时间结束后，从第二锁芯拔出钥匙b 12。在延时时间内，高压电气屏柜的电容设备通过持续放电将电压等级降低到人体安全操作电压以下。
52.延时时间可以根据电容设备通过放电将高压电气屏柜中电压降至人体安全操作电压以下所需时间来设置。本实施例中，延时时间为8min。
53.步骤4：获取高压电气屏柜内电容设备电压，当电容设备电压大于安全操作电压时，电子锁与柜门锁芯连接，且指示灯为红色；当电容设备电压小于等于安全操作电压时，电子锁与柜门锁芯不连接，且指示灯为绿色。
54.根据传感器采样周期检测电容设备电压，电容设备电压的检测是实时的、持续的，因此电容设备电压的获取和电容设备电压与安全操作电压之间的判断一直在进行，并非在步骤4才进行，即步骤4中电容设备电压的获取、电容设备电压与安全操作电压的判断、以及对电子锁和指示灯的控制与步骤1～3并无先后顺序。
55.步骤5：查看高压电气屏柜上的指示灯是否为绿色，如果是，则说明电压已降至人体安全操作电压以下，转入步骤6，否则说明电压还未降至人体安全操作电压以下，等待指示灯变为绿色。
56.当电容设备电压大于安全操作电压时，指示灯为红色，且电子锁与柜门锁芯连接，即使用柜门钥匙3也无法打开柜门；当电容设备电压小于等于安全操作电压时，指示灯为绿
色，且电子锁与柜门锁芯不连接，用柜门钥匙3可以打开柜门。电子锁作为最后一道屏障来保证操作的安全性，避免了操作人员在指示灯为红色时操作高压电气屏柜的安全性问题，即使操作人员在指示灯为红色时操作高压电气屏柜，也因为电子锁无法打开柜门，保证了安全性。指示灯可以给操作人员更为直观的指示。
57.步骤6：将与钥匙b 12固定连接的高压电气屏柜的柜门钥匙3插入柜门锁芯，拧动柜门钥匙3，如果能拧动，则说明电压已降至人体安全操作电压以下，电子锁未与柜门锁芯连接在一起，开启柜门，可以对高压电气屏柜进行维修操作；如果不能拧动，则说明电压未降至人体安全操作电压以下，指示灯故障，向相关检修人员报故障。
58.指示灯为绿色表明电容设备电压小于等于安全操作电压，电子锁应不与柜门锁芯连接，在指示灯为绿色情况下还无法打开柜门，说明指示灯为绿色存在故障，电子锁作为最后一道屏障确保操作安全性的保护功能有效。
59.实施例2
60.如图1所示，本实施例所提供的一种机械延时安全联锁系统，包括设于司机室的机械延时安全设备1；机械延时安全设备1包括互锁逻辑模块、延时模块、第一锁芯、第二锁芯、与第一锁芯匹配的钥匙a 11以及与第二锁芯匹配的钥匙b 12。钥匙a 11与机车供电钥匙2固定连接，如图2所示，钥匙b 12与高压电气屏柜的柜门钥匙3固定连接，如图3所示。
61.互锁逻辑模块，用于在每次操作时仅有钥匙a 11从第一锁芯拔出或钥匙b 12从第二锁芯拔出，即当钥匙a 11从第一锁芯拔出后，钥匙b 12无法从第二锁芯拔出；或者当钥匙b 12从第二锁芯拔出后，钥匙a 11无法从第一锁芯拔出。延时模块，用于当钥匙a 11插入第一锁芯时，在延时时间结束后钥匙b 12才能从第二锁芯拔出。
62.在高压电气屏柜的电容设备上安装电压传感器，电压传感器用于检测电容设备电压；在高压电气屏柜柜门锁芯处安装电子锁；电压传感器、电子锁均与控制器电连接；控制器用于获取电容设备电压，判断电容设备电压是否小于等于安全操作电压，如果是，则控制电子锁不与柜门锁芯连接；否则控制电子锁与柜门锁芯连接。
63.如图5所示，本实施例还提供一种利用如实施例2所述的机械延时安全联锁系统进行安全联锁控制的方法，包括以下步骤：
64.步骤1：机车断电，拔出机车供电钥匙2。
65.步骤2：将与机车供电钥匙2固定连接的钥匙a 11插入至机械延时安全设备1上的第一锁芯内，此时无法拔出钥匙b 12。
66.步骤3：延时模块开始计时，待延时时间结束后，从第二锁芯拔出钥匙b 12。在延时时间内，高压电气屏柜的电容设备通过持续放电将电压等级降低到人体安全操作电压以下。
67.延时时间可以根据电容设备通过放电将高压电气屏柜中电压降至人体安全操作电压以下所需时间来设置。本实施例中，延时时间为8min。
68.步骤4：获取高压电气屏柜内电容设备电压，当电容设备电压大于安全操作电压时，电子锁与柜门锁芯连接；当电容设备电压小于等于安全操作电压时，电子锁与柜门锁芯不连接。
69.步骤5：将与钥匙b 12固定连接的高压电气屏柜的柜门钥匙3插入柜门锁芯，开启高压电气屏柜的柜门。
70.如果电容设备电压大于安全操作电压，电子锁与柜门锁芯连接，无法开启高压电气屏柜的柜门，保证了操作的安全性。
71.实施例3
72.如图1所示，本实施例所提供的一种机械延时安全联锁系统，包括设于司机室的机械延时安全设备1；机械延时安全设备1包括互锁逻辑模块、延时模块、第一锁芯、第二锁芯、与第一锁芯匹配的钥匙a 11以及与第二锁芯匹配的钥匙b 12。钥匙a 11与机车供电钥匙2固定连接，如图2所示，钥匙b 12与高压电气屏柜的柜门钥匙3固定连接，如图3所示。
73.互锁逻辑模块，用于在每次操作时仅有钥匙a 11从第一锁芯拔出或钥匙b 12从第二锁芯拔出，即当钥匙a 11从第一锁芯拔出后，钥匙b 12无法从第二锁芯拔出；或者当钥匙b 12从第二锁芯拔出后，钥匙a 11无法从第一锁芯拔出。延时模块，用于当钥匙a 11插入第一锁芯时，在延时时间结束后钥匙b 12才能从第二锁芯拔出。
74.在高压电气屏柜的电容设备上安装电压传感器，电压传感器用于检测电容设备电压；在高压电气屏柜上安装指示灯；电压传感器、指示灯均与控制器电连接；控制器用于获取电容设备电压，判断电容设备电压是否小于等于安全操作电压，如果是，则指示灯为绿色；否则指示灯为红色。
75.本实施例还提供一种利用如实施例3所述的机械延时安全联锁系统进行安全联锁控制的方法，包括以下步骤：
76.步骤1：机车断电，拔出机车供电钥匙2。
77.步骤2：将与机车供电钥匙2固定连接的钥匙a 11插入至机械延时安全设备1上的第一锁芯内，此时无法拔出钥匙b 12。
78.步骤3：延时模块开始计时，待延时时间结束后，从第二锁芯拔出钥匙b 12。在延时时间内，高压电气屏柜的电容设备通过持续放电将电压等级降低到人体安全操作电压以下。
79.延时时间可以根据电容设备通过放电将高压电气屏柜中电压降至人体安全操作电压以下所需时间来设置。本实施例中，延时时间为8min。
80.步骤4：获取高压电气屏柜内电容设备电压，当电容设备电压大于安全操作电压时，指示灯为红色；当电容设备电压小于等于安全操作电压时，指示灯为绿色。
81.步骤5：查看指示灯是否为绿色，当指示灯为绿色时，将与钥匙b 12固定连接的高压电气屏柜的柜门钥匙3插入柜门锁芯，开启高压电气屏柜的柜门；当指示灯为红色时，等待指示灯变为绿色，如果等待时间小于等于等待时间门槛值，则在指示灯变为绿色后进行柜门开启动作，如果等待时间大于等待时间门槛值，则报故障。
82.以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。