CN105759158B - 动车组高压检测系统 - Google Patents

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Abstract

动车组高压检测系统，包括安装在车顶的电压互感器和电流互感器和车内的高压集成检测装置，还包括电压传感器和电流传感器。高压集成检测装置包括电源模块、电压传感器模块、电流传感器模块：处理器模块、电流源模块。接触网端信号分别经电压互感器和电流互感器进行一次降压处理，电压传感器和电流传感器进行二次降压处理，经处理器模块的电压信号调理电路和电流信号调理电路进行三次处理，经电流源模块的电压‑电流转换电路进行四次处理，最终转换为电流型网压信号和电流型网流信号。本发明是专用于CRH5型动车组的高压检测系统，可检测高压端信号，同时为CRH5型动车组列车牵引控制系统和列车网络控制系统提供可用的网压信号和网流信号。

Description

动车组高压检测系统
技术领域
本发明属于高压检测领域，涉及一种动车组高压检测系统。
背景技术
近年来我国高速动车组的设计、制造技术得到了突飞猛进的发展，这对动车组自主化技术研究和创新提出了更高要求。为保障高速动车组的正常运行，列车牵引和网络控制系统需对高压系统中接触网电压信号(简称“网压”)和接触网电流信号(简称“网流”)进行实时检测，用于列车保护、网络控制和牵引变流器控制。
目前国内技术引进的动车组高压系统检测技术各不相同。接触器电压和电流属于高电压、大电流信号，高压检测的基本原理是将电压电流信号进行隔离降压、降流转换，再进行信号采集处理。CRH1、CRH2和CRH3型动车组网压信号的转换均采用电压互感器，电压互感器与受电弓、避雷器、主断路器等安装在车顶，电压互感器输出电压型信号，信号幅值超过安全电压，该信号通过列车线传输到其他车辆，传输距离远，由于电压型信号自身抗干扰能力较差，远距离传输存在电压衰减。CRH1和CRH3型动车组网流信号采用电流互感器，安装于车顶，电流互感器输出电流型信号，该信号通过列车线传输到其他车辆，电流型信号具有很好的抗干扰能力，无信号衰减；CRH2型动车组无网流信号检测。CRH5型动车组采用集成仪表箱将网压和网流信号转换成交流电流信号输出，其转换电路为低压电力电子电路。实际应用中，集成仪表箱安装在车顶，信号干扰大，且受到温度高、密封散热不良等恶劣环境影响，从而导致低压电路易受高压系统高频干扰及过电压信号影响，造成转换电路损坏，损坏后设备检修难度大，成本高。
发明内容
本发明的目的在于：根据现有技术的不足，在保证CRH5型动车组端口不变的情况下，提供一种专用于CRH5型动车组的高压检测系统。
本发明的技术方案是：动车组高压检测系统，包括安装在车顶的电压互感器和电流互感器，电压互感器接触网相接，对网压进行降压处理后输出网压信号I，电流互感器与接触网相接，对网流进行降流处理后输出网流信号I；还包括设置在车内的高压集成检测装置，高压集成检测装置包括：
电压传感器模块：包括N个电压传感器，电压互感器输出的网压信号I分成N路，分别传递到每一个电压传感器，电压传感器对网压信号I进行降压处理，每一个电压传感器均输出一个网压信号II；
电流传感器模块：包括N个电流传感器，电流互感器输出的网流信号I分成N路，分别传递到每一个电流传感器，电流传感器对网流信号I进行降流处理，每一个电流传感器均输出一个网流信号II；
处理器模块：包括N组电压信号调理电路、N组电流信号调理电路、ADC采样电路和CPU处理器，每组电压信号调理电路的输入端分别接一个电压传感器的输出端，电压信号调理电路输出电压型网压信号III；每组电流信号调理电路的输入端分别接一个电流传感器的输出端，电流信号调理电路输出电压型网流信号III；
电流源模块：包括7路网压信号转换电路和2路网流信号转换电路，每路网压信号转换电路包括N+1个隔离器、N组网压电压-电流转换电路、一路冗余切换电路和ADC采样电路，其中N个隔离器的输入端分别接N组电压信号调理电路的输出端，每组网压电压-电流转换电路的输入端分别接一个隔离器的输出端，各组网压电压-电流转换电路的输出端均接到冗余切换电路，冗余切换电路包括两路输出端，一路输出端输出网压信号IV，一路输出端经ADC采样电路和剩余一个隔离器与CPU处理器相接，将网压信号IV反馈到CPU处理器，同时，CPU处理器还经该隔离器反馈冗余切换控制信号到冗余切换电路；每路网流信号转换电路包括N+1个隔离器、N组网流电压-电流转换电路、一路冗余切换电路和ADC采样电路，其中N个隔离器的输入端分别接N组电流信号调理电路的输出端，每组网流电压-电流转换电路的输入端分别接一个隔离器的输出端，各组网流电压-电流转换电路的输出端均接到冗余切换电路，冗余切换电路包括两路输出端，一路输出端输出网流信号IV，一路输出端经ADC采样电路和剩余一个隔离器与CPU处理器相接，将网流信号IV反馈到CPU处理器，同时，CPU处理器还经该隔离器反馈冗余切换控制信号到冗余切换电路；
电源模块：为高压集成检测装置的各模块供电；
2路网压信号IV和2路网流信号IV接到列车网络控制系统；5路网压信号IV接到列车牵引控制系统。
优选的是：高压集成检测装置还包括开关量输入输出模块。
优选的是：处理器模块还包括ADC采样电路，每组电压信号调理电路的输出端分别经一组ADC采样电路接入CPU处理器，每组电流调理电路的输出端分别经一组ADC采样电路接入CPU处理器。
本发明的有益效果是：本发明是根据CRH5型动车组的特点，设计的专用于CRH5型动车组的高压检测系统，可检测CRH5型动车组高压端信号，同时为CRH5型动车组列车牵引控制系统和列车网络控制系统提供可用的网压信号和网流信号。
1、电流互感器和电压互感器位于车顶，高压集成检测装置位于车内，将高压部分与低压部分分离，可避免高压信号与低压信号相互干扰，提高系统的安全性和可靠性。
2、高压集成检测装置转换后的电流型网压和电流型网流信号在列车线中传输，与电压型信号相比，电流型信号抗干扰性能强，衰减小。
3、高压集成检测装置采用高精度电压传感器和电流传感器，并严格控制信号调理电路和电流源电路误差，转换精度高。
4、高压集成检测装置采用冗余设计，可实时对硬件转换电路进行比较检测，当故障发生后可进行自动判断和冗余切换，提供系统可靠性。
5、系统通过软件可进行在线自诊断，定位故障位置，诊断结果可通过处理器模块LED灯状态显示，方便系统维护。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。
动车组高压检测系统，包括安装在车顶的电压互感器和电流互感器，还包括设置在车内的高压集成检测装置。
电压互感器为户外全封闭式，采用内部环氧树脂真空浇注于外部护套和伞裙硅胶复合绝缘支柱式结构而成，两组次级绕组输出，主要技术参数为：额定电压比25KV/150V/150V；额定频率50Hz；额定输出功率5VA/5VA。电流互感器为户外全封闭式，采用支柱穿心母线环氧树脂浇注绝缘式结构，主要技术参数为：额定电流比500A/1A；额定频率50Hz；额定输出功率8VA。
电压互感器的作用为对网压信号进行一次降压处理，将接触网的AC25KV/50Hz的高压交流信号按照25000：150的比例转换成AC150V/50Hz的低压交流信号，输出网压信号I，网压信号I为电压型网压信号。电流互感器与接触网相接，对网流信号进行一次降流处理，对网流进行降流处理后输出网流信号I，网流信号I为电流型网流信号；将接触网大电流信号按照500：1的比例转换成小电流信号，输出网流信号I。
高压集成检测装置包括：
电源模块：为高压集成检测装置的各模块供电。
电压传感器模块：包括至少一个电压传感器，本实施例中，每个电压传感器模块包括两个电压传感器，电压互感器输出的网压信号I分成2路，分别传递到2个电压传感器，电压传感器对电压互感器输出的AC150V/50Hz网压信号I进行二次降压处理，将其转换为AC6V/50Hz的网压信号II，网压信号II仍然为电压型网压信号，每一个电压传感器均输出一个网压信号II。
电流传感器模块：包括至少一个电流传感器，本实施例中，每个电流传感器模块包括两个电流传感器，电流互感器输出的网流信号I分成2路，分别传递到2个电流传感器，电流传感器对网流信号I进行二次降流处理，处理成幅值更低的网流信号II，网流信号II为电流型网流信号，每一个电流传感器均输出一个网流信号II。
处理器模块：包括至少一组电压信号调理电路、至少一组电流信号调理电路和CPU处理器，需要指出的是，此处电压信号调理电路和电流信号调理电路的组数需要与电压传感器和电流传感器的数量相同。因此，本实施例中，处理器模块包括两组电压信号调理电路和两组电流信号调理电路。电压信号调理电路和电流信号调理电路对网流和网压信号进行三次处理。2个电压信号传感器的输出端分别与每组电压信号调理电路的输入端相连，网压信号II经电压信号调理电路处理后，输出AC5V/50Hz的电压型网压信号III，网压信号III为电压型网压信号；2个电流信号传感器的输出端分别与每组电流信号调理电路的输入端相连，网流信号II经电流信号调理电路后，输出网流信号III，网流信号III电压型网流信号。
电流源模块：根据CRH5型动车组的需求，其列车网络控制系统需要2路网流信号和2路网压信号，其牵引控制系统需要5路网压信号，电流源模块的作用是为列车牵引控制系统和列车网络控制系统提供其各自所需要的网压信号和网流信号，同时为处理器模块提供待检测信号，用于实施跟踪接触网高压端的网压信号和网流信号。电流源模块包括7路网压信号转换电路和2路网流信号转换电路，分别对网流和网压信号进行四次处理。本实施例中网压信号转换电路包括3个隔离器、2组网压电压-电流转换电路、一路冗余切换电路，其中2个隔离器配合前端电压信号调理电路的输出端，这2个隔离器的输入端分别接2组电压信号调理电路的输出端，对网压信号III进行隔离处理后，接入到网压电压-电流转换电路；网压电压-电流转换电路将电压型网压信号III转换成AC50mA/50Hz的电流型网压信号IV，剩余的一个隔离器配合冗余切换电路工作。每组网压电压-电流转换电路的输入端分别接一个隔离器的输出端，各组网压电压-电流转换电路的输出端均接到冗余切换电路，冗余切换电路包括两路输出端，一路输出端输出网压信号IV，一路输出端经ADC采样电路和剩余一个隔离器与CPU处理器相接，将网压信号IV反馈到CPU处理器，CPU处理器与隔离器之间进行的为双向数据传输，同时，CPU处理器还经该隔离器反馈冗余切换控制信号到冗余切换电路，通过冗余切换电路控制2组网压电压-电流转换电路中，哪一组参与工作。与网压信号转换电路的原理相同，网流信号转换电路包括3个隔离器、2组网流电压-电流转换电路、一路冗余切换电路，其中2个隔离器的输入端分别接2组电流信号调理电路的输出端，每组网流电压-电流转换电路的输入端分别接一个隔离器的输出端，各组网流电压-电流转换电路的输出端均接到冗余切换电路，冗余切换电路包括两路输出端，一路输出端输出网流信号IV，一路输出端经ADC采样电路和剩余一个隔离器与CPU处理器相接，将网流信号IV反馈到CPU处理器，同时，CPU处理器还经该隔离器反馈冗余切换控制信号到冗余切换电路，通过冗余切换电路控制2组网流电压-电流转换电路中，哪一组参与工作。
2路网压信号IV和2路网流信号IV接到列车网络控制系统；5路网压信号IV接到列车牵引控制系统。
采用本系统进行动车组高压检测试验。给电压互感器通有效值为0～30KV的正弦电压，模拟实际车上网压信号，电压互感器输出端接高压集成检测装置电压传感器输入端。在7路电流型网压信号输出端，任取3路输出进行测试，输出端分别接100欧姆采样电阻采样，同时，使用互感器校准仪测量输入输出相位误差，试验统计结果见表1所示。
表1：网压检测试验结果
从表1可以看出，新型高压集成检测系统检测网压幅值误差<1％，满足原车集成仪表箱＜3％指标要求。输出正弦电流信号与正弦网压之间相位误差<30分(27.78us)，满足原车集成仪表箱≤32us指标要求，满足列车运行要求。
同时还进行动车组高压端网流检测试验。电流互感器穿心电流由短路变压器提供，输入范围有效值为0～600A正弦电流，模拟实际车上网流，电流互感器输出端接高压集成检测装置电流传感器输入端，在2路电流型网流信号输出端分别接100欧姆采样电阻采样，同时，使用互感器校准仪测量输入输出相位误差，试验统计结果见表2所示。
表2：网流检测试验结果
从表2可以看出，新型高压集成检测系统检测网流幅值误差<3％，满足原车集成仪表箱＜3％指标要求。输出正弦电流信号与正弦网流之间相位误差<40分(37.04us)，满足原车集成仪表箱≤64us指标要求，满足列车运行要求。
处理器模块具有RS232和RS422两种通讯接口，通过RS232通讯接口与上位机软件连接监测装置实时数据和状态、上载程序、下载故障数据，通过RS422通讯接口与网络控制系统进行通讯。网压信号IV和网流信号IV经电流源模块中的ADC采样电路传递到处理器模块的CPU处理器，同时网压信号III和网流信号III分别经处理器模块中的ADC采样电路接入CPU处理器，即CPU处理器采集前后端的网流和网压信号，送至上位机，上位机根据以上得到的ADC采样值判断高压接触网端信号是否正常；并根据网压信号III和网压信号IV的比较结果，网流信号III和网流信号IV的比较结果，判断电压信号调理电路、电流信号调理电路、电流源模块是否工作正常，是否存在电路故障，以便必要时进行冗余切换和故障处理。其检测结果及测试结果经开关量输出模块输出，通过处理器模块上的LED灯显示检测和测试结果，上位机可以实时显示各ADC采样值、检测结果及测试结果。

Claims (3)

1.动车组高压检测系统，包括安装在车顶的电压互感器和电流互感器，电压互感器与接触网相接，对网压进行降压处理后输出网压信号I，电流互感器与接触网相接，对网流进行降流处理后输出网流信号I；其特征在于：还包括设置在车内的高压集成检测装置，所述高压集成检测装置包括：
电压传感器模块：包括N个电压传感器，电压互感器输出的网压信号I分成N路，分别传递到每一个电压传感器，电压传感器对网压信号I进行降压处理，每一个电压传感器均输出一个网压信号II；
电流传感器模块：包括N个电流传感器，电流互感器输出的网流信号I分成N路，分别传递到每一个电流传感器，电流传感器对网流信号I进行降流处理，每一个电流传感器均输出一个网流信号II；
处理器模块：包括N组电压信号调理电路、N组电流信号调理电路、ADC采样电路和CPU处理器，每组电压信号调理电路的输入端分别接一个电压传感器的输出端，电压信号调理电路输出电压型网压信号III；每组电流信号调理电路的输入端分别接一个电流传感器的输出端，电流信号调理电路输出电压型网流信号III；
电流源模块：包括7路网压信号转换电路和2路网流信号转换电路，每路网压信号转换电路包括N+1个隔离器、N组网压电压-电流转换电路、一路冗余切换电路和ADC采样电路，其中N个隔离器的输入端分别接N组电压信号调理电路的输出端，每组网压电压-电流转换电路的输入端分别接一个隔离器的输出端，各组网压电压-电流转换电路的输出端均接到冗余切换电路，冗余切换电路包括两路输出端，一路输出端输出网压信号IV，一路输出端经网压信号转换电路的ADC采样电路和剩余一个隔离器与CPU处理器相接，将网压信号IV反馈到CPU处理器，同时，CPU处理器还经该隔离器反馈冗余切换控制信号到冗余切换电路；每路网流信号转换电路包括N+1个隔离器、N组网流电压-电流转换电路、一路冗余切换电路和ADC采样电路，其中N个隔离器的输入端分别接N组电流信号调理电路的输出端，每组网流电压-电流转换电路的输入端分别接一个隔离器的输出端，各组网流电压-电流转换电路的输出端均接到冗余切换电路，冗余切换电路包括两路输出端，一路输出端输出网流信号IV，一路输出端经网流信号转换电路的ADC采样电路和剩余一个隔离器与CPU处理器相接，将网流信号IV反馈到CPU处理器，同时，CPU处理器还经该隔离器反馈冗余切换控制信号到冗余切换电路；
电源模块：为高压集成检测装置的各模块供电；
2路网压信号IV和2路网流信号IV接到列车网络控制系统；5路网压信号IV接到列车牵引控制系统。
2.如权利要求1所述的动车组高压检测系统，其特征在于：所述高压集成检测装置还包括开关量输入输出模块。
3.如权利要求1所述的动车组高压检测系统，其特征在于：每组电压信号调理电路的输出端分别经一组处理器模块的ADC采样电路接入CPU处理器，每组电流调理电路的输出端分别经一组ADC采样电路接入CPU处理器。
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