CN108828394B - 一种铁路电源电缆漏电流在线检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路电源电缆漏电流在线检测装置，包括检测模块、驱动模块和采样模块；检测模块包括串联的继电器和接地电阻；继电器远离接地电阻的一端连接被测电缆，接地电阻远离继电器的一端接地；驱动模块采用开关光耦隔离驱动，且驱动模块连接检测模块并控制继电器开闭；采样模块采用线性光耦隔离采样。本发明还公开了一种铁路电源电缆漏电流在线检测方法。本发明一种铁路电源电缆漏电流在线检测装置及方法实现了对铁路电源电缆对地漏电流的在线安全检测，检测精度高，抗干扰能力强，安全可靠。保证了电务人员能够在线实时掌握电源电缆的对地漏电流情况，及时发现安全隐患，不影响铁路运营。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种铁路电源电缆漏电流在线检测装置及方法。
背景技术
铁路信号室和机械室布设有大量设备信号设备，也使用了多种规格的电源，包括交流电源、直流电源、轨道信号电源。这些电缆布设距离通常在1至3km，任何地方绝缘性能下降都容易产生漏电流，而漏电流不仅危害人身安全、可能导致设备起火、影响设备正常工作，严重时更可能导致设备无动作和安全事故。
因此铁路现场需要一种能够对电源电缆的对地泄露电流进行检测的手段和方法，而且检测时保证安全不对现场设备造成严重影响。
铁路现场的电源电缆会发生绝缘老化，导致电源对地泄露电流，或者电源设备对地接地故障都会导致电源对地短路，轻者设备故障不能工作，重者可能发生火灾或者设备误动作，引发安全事故。
现有的检测手段采用离线检测，在指定的维修时间窗口内，用手持式万用表等设备的电流档，串联在被测电缆和大地之间的方法检测电源电缆对地的漏电流。
现有的离线检测技术在检测时为确保人身安全和信号线路安全需要先切断信号电缆的电源，然后由人工手动接线操作，接线后再上电对被测电缆进行测试，测试速度慢，效率低，同时容易接错线，当电流较大时容易烧毁万用表表笔，接触不好时也容易打火花，造成故障或测不准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的铁路电源检测时为确保人身安全和信号线路安全需要先切断信号电缆的电源，然后由人工手动接线操作，接线后再上电对被测电缆进行测试，测试速度慢，效率低，同时容易接错线，当电流较大时容易烧毁万用表表笔，接触不好时也容易打火花，造成故障或测不准，目的在于提供一种铁路电源电缆漏电流在线检测装置及方法，解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种铁路电源电缆漏电流在线检测装置，包括检测模块、驱动模块和采样模块；所述检测模块包括串联的继电器和接地电阻；所述继电器远离接地电阻的一端连接被测电缆，所述接地电阻远离继电器的一端接地；所述驱动模块采用开关光耦隔离驱动，且驱动模块连接检测模块并控制继电器开闭；所述采样模块采用线性光耦隔离采样，且采样模块连接检测模块并对检测模块中的信号进行采样。
现有技术中，铁路现场的电源电缆会发生绝缘老化，导致电源对地泄露电流，或者电源设备对地接地故障都会导致电源对地短路，轻者设备故障不能工作，重者可能发生火灾或者设备误动作，引发安全事故。现有的检测手段采用离线检测，在指定的维修时间窗口内，用手持式万用表等设备的电流档，串联在被测电缆和大地之间的方法检测电源电缆对地的漏电流。铁路电源检测时为确保人身安全和信号线路安全需要先切断信号电缆的电源，然后由人工手动接线操作，接线后再上电对被测电缆进行测试，测试速度慢，效率低，同时容易接错线，当电流较大时容易烧毁万用表表笔，接触不好时也容易打火花，造成故障或测不准。
本发明应用时，当电源电缆发生绝缘老化时，则会出现对地绝缘不良，这时，电源电缆会通过接地电阻形成泄露电流，此时泄露电流会在接地电阻上形成电压；而此时采用采样模块对接地电阻两端的电压信号进行隔离采样，即可完成对电缆绝缘情况的隔离检测；同时由于电源电缆的在线电压为10kv级别，所以本发明创造性的采用了开关光耦隔离驱动的方式对继电器进行隔离控制，通过继电器将接地电阻接入被测电缆和大地之间，这就使得后端设备完全与电源电缆隔离。本发明通过检测模块内部的设计以及开关光耦隔离驱动和线性光耦隔离采样相结合的方式对铁路现场的电源电缆进行绝缘性检测，在不测试继电器将接地电阻断开，实现了需要测试时可隔离接入测试，不需要时断开测试回路，达到了隔离测试和安全测试的目的，同时运用接地电阻，能够将杂散的泄露电流集中在接地电阻上并形成测试环路，解决了其他方法无固定测试回路的难题，也实现直观测试电源电缆对地的漏电流，并且不影响被测电缆上的原有信号，提高设备的安全性。
进一步的，所述继电器远离接地电阻的一端连接于被测电缆的屏蔽网和芯线之间。
本发明应用时，不同于铁路信号电缆的检测，由于铁路电源电缆的电源较高，所以发明人发现无法将继电器连接于芯线，所以采用将继电器远离接地电阻的一端连接于被测电缆的屏蔽网和芯线之间，从而实现绝缘检测的目的。
虽然现有技术中存在对铁路信号电缆的在线检测技术，但是两者之间的差异是非常明显的：
首先铁路电源电缆的电压很高，通过常规的隔离检测手段已经无法进行适应，铁路电源电缆的最高电压27.5kv，工作电压25kv，铁路贯通线电缆电压为10kv，而铁路信号电缆的额定电压交流750V或直流1100V，两者之间相差一个数量级，所以适用于铁路信号电缆的隔离技术已经不适用于铁路电源电缆。
其次铁路电源电缆的漏电检测方式与铁路信号电缆完全不同，这也是两者之间电压差异所决定的，本发明采用在被测电缆的屏蔽网和芯线之间进行接入，这种接入方式是现有技术中完全没有的，是发明人通过的创造性劳动获得的。
进一步的，本发明还包括MCU；所述MCU连接于驱动模块和采样模块。
本发明应用时，通过MCU对驱动模块和采样模块进行控制，从而进一步强化了本发明的安全效应，需要指出的是，通过MCU对驱动模块和采样模块进行控制属于现有技术，对于驱动模块的控制主要采用选通信号的方式进行，所谓选通就是当选通引脚接受到上一级传过来的正(或负)信号时，该器件开始工作，这是一种现有的技术；同样的，对采样模块采集的过程控制也为现有技术。
进一步的，还包括通信模块和上位机；所述通信模块连接于MCU和上位机。
进一步的，所述通信模块采用CAN通信模块；所述通信模块通过CAN总线连接于上位机。
本发明应用时，上位机通过MCU发送测试命令，MCU收到测试命令后，经驱动模块对继电器进行隔离驱动，当继电器闭合时，采样模块对检测模块中电压进行隔离检测，MCU对采样信号进行处理，并将处理后的信号上传至上位机。本发明运用CAN总线通信，可以方便地实现多个测试设备的互联，安全实现测试路数的扩展，采用了线性光耦隔离采样、开关光耦隔离驱动、接地电阻和CAN通信等技术；首先通过特别设计的接地电阻将被测电缆与大地连接起来；其次采用线性光耦对流经接地电阻的漏电流信号进行隔离采样，最后经AD转换和MCU处理后上传给PC机，实现了自动测试和安全测试，按照这个方式依次对若干电缆逐一测试，实现了快速测试。
一种铁路电源电缆漏电流在线检测方法，包括以下步骤：S1：上位机通过MCU发送测试命令；S2：MCU收到测试命令后，经驱动模块对继电器进行隔离驱动；S3：当继电器闭合时，采样模块对检测模块中电压进行隔离检测；S4：MCU对采样信号进行处理，并将处理后的信号上传至上位机。
本发明应用时，先由上位机通过MCU发送测试命令；MCU收到测试命令后，经驱动模块对继电器进行隔离驱动；当继电器闭合时，采样模块对检测模块中电压进行隔离检测；MCU对采样信号进行处理，并将处理后的信号上传至上位机。本发明通过检测模块内部的设计以及开关光耦隔离驱动和线性光耦隔离采样相结合的方式对铁路现场的电源电缆进行绝缘性检测，在不测试继电器将接地电阻断开，实现了需要测试时可隔离接入测试，不需要时断开测试回路，达到了隔离测试和安全测试的目的，同时运用接地电阻，能够将杂散的泄露电流集中在接地电阻上并形成测试环路，解决了其他方法无固定测试回路的难题，也实现直观测试电源电缆对地的漏电流，并且不影响被测电缆上的原有信号，提高设备的安全性。
进一步的，步骤S2包括以下子步骤：MCU收到测试命令后，确认命令数据正确无误；MCU完成确认后向驱动模块发出选通命令；驱动模块收到选通命令后闭合继电器。
本发明应用时，MCU通过上述步骤对驱动模块进行控制，实现了对检测过程的快速开启。
进一步的，步骤S3中所述隔离检测为：采样模块对接地电阻两端电压信号进行隔离采样。
进一步的，步骤S4中所述处理包括对采样信号进行调理、滤波、计算、拟合或/和趋势分析。
进一步的，所述检测模块、驱动模块、采样模块、通信模块和MCU组成一个检测单元；所述检测单元的数量为一个或多个；所述多个检测单元为级联连接，并都与上位机进行通信。
本发明应用时，上位机通过MCU发送测试命令，MCU收到测试命令后，经驱动模块对继电器进行隔离驱动，当继电器闭合时，采样模块对检测模块中电压进行隔离检测，MCU对采样信号进行处理，并将处理后的信号上传至上位机。本发明运用CAN总线通信，可以方便地实现多个测试设备的互联，安全实现测试路数的扩展，采用了线性光耦隔离采样、开关光耦隔离驱动、接地电阻和CAN通信等技术；首先通过特别设计的接地电阻将被测电缆与大地连接起来；其次采用线性光耦对流经接地电阻的漏电流信号进行隔离采样，最后经AD转换和MCU处理后上传给PC机，实现了自动测试和安全测试，按照这个方式依次对若干电缆逐一测试，实现了快速测试。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种铁路电源电缆漏电流在线检测装置，实现了对铁路电源电缆对地漏电流的在线安全检测，检测精度高，抗干扰能力强，安全可靠。保证了电务人员能够在线实时掌握电源电缆的对地漏电流情况，及时发现安全隐患，不影响铁路运营。
2、本发明一种铁路电源电缆漏电流在线检测方法，通过检测模块内部的设计以及开关光耦隔离驱动和线性光耦隔离采样相结合的方式对铁路现场的电源电缆进行绝缘性检测，在不测试继电器将接地电阻断开，实现了需要测试时可隔离接入测试，不需要时断开测试回路，达到了隔离测试和安全测试的目的，同时运用接地电阻，能够将杂散的泄露电流集中在接地电阻上并形成测试环路，解决了其他方法无固定测试回路的难题，也实现直观测试电源电缆对地的漏电流，并且不影响被测电缆上的原有信号，提高设备的安全性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明电路原理图；
图3为本发明隔离采样电路原理图；
图4为本发明MCU引脚示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本发明一种铁路电源电缆漏电流在线检测装置及方法，包括检测模块、驱动模块和采样模块；所述检测模块包括串联的继电器和接地电阻；所述继电器远离接地电阻的一端连接被测电缆，所述接地电阻远离继电器的一端接地；所述驱动模块采用开关光耦隔离驱动，且驱动模块连接检测模块并控制继电器开闭；所述采样模块采用线性光耦隔离采样，且采样模块连接检测模块并对检测模块中的信号进行采样。
本实施例实施时，当电源电缆发生绝缘老化时，则会出现对地绝缘不良，这时，电源电缆会通过接地电阻形成泄露电流，此时泄露电流会在接地电阻上形成电压；而此时采用采样模块对接地电阻两端的电压信号进行隔离采样，即可完成对电缆绝缘情况的隔离检测；同时由于电源电缆的在线电压为10kv级别，所以本发明创造性的采用了开关光耦隔离驱动的方式对继电器进行隔离控制，通过继电器将接地电阻接入被测电缆和大地之间，这就使得后端设备完全与电源电缆隔离。本发明通过检测模块内部的设计以及开关光耦隔离驱动和线性光耦隔离采样相结合的方式对铁路现场的电源电缆进行绝缘性检测，在不测试继电器将接地电阻断开，实现了需要测试时可隔离接入测试，不需要时断开测试回路，达到了隔离测试和安全测试的目的，同时运用接地电阻，能够将杂散的泄露电流集中在接地电阻上并形成测试环路，解决了其他方法无固定测试回路的难题，也实现直观测试电源电缆对地的漏电流，并且不影响被测电缆上的原有信号，提高设备的安全性。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，所述继电器远离接地电阻的一端连接于被测电缆的屏蔽网和芯线之间。
本实施例实施时，不同于铁路信号电缆的检测，由于铁路电源电缆的电源较高，所以发明人发现无法将继电器连接于芯线，所以采用将继电器远离接地电阻的一端连接于被测电缆的屏蔽网和芯线之间，从而实现绝缘检测的目的。
虽然现有技术中存在对铁路信号电缆的在线检测技术，但是两者之间的差异是非常明显的：
首先铁路电源电缆的电压很高，通过常规的隔离检测手段已经无法进行适应，铁路电源电缆的最高电压27.5kv，工作电压25kv，铁路贯通线电缆电压为10kv，而铁路信号电缆的额定电压交流750V或直流1100V，两者之间相差一个数量级，所以适用于铁路信号电缆的隔离技术已经不适用于铁路电源电缆。
其次铁路电源电缆的漏电检测方式与铁路信号电缆完全不同，这也是两者之间电压差异所决定的，本发明采用在被测电缆的屏蔽网和芯线之间进行接入，这种接入方式是现有技术中完全没有的，是发明人通过的创造性劳动获得的。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上，本发明还包括MCU；所述MCU连接于驱动模块和采样模块。
本实施例实施时，通过MCU对驱动模块和采样模块进行控制，从而进一步强化了本发明的安全效应，需要指出的是，通过MCU对驱动模块和采样模块进行控制属于现有技术，对于驱动模块的控制主要采用选通信号的方式进行，所谓选通就是当选通引脚接受到上一级传过来的正(或负)信号时，该器件开始工作，这是一种现有的技术；同样的，对采样模块采集的过程控制也为现有技术。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上，还包括通信模块和上位机；所述通信模块连接于MCU和上位机。所述通信模块采用CAN通信模块；所述通信模块通过CAN总线连接于上位机。
本实施例实施时，上位机通过MCU发送测试命令，MCU收到测试命令后，经驱动模块对继电器进行隔离驱动，当继电器闭合时，采样模块对检测模块中电压进行隔离检测，MCU对采样信号进行处理，并将处理后的信号上传至上位机。本发明运用CAN总线通信，可以方便地实现多个测试设备的互联，安全实现测试路数的扩展，采用了线性光耦隔离采样、开关光耦隔离驱动、接地电阻和CAN通信等技术；首先通过特别设计的接地电阻将被测电缆与大地连接起来；其次采用线性光耦对流经接地电阻的漏电流信号进行隔离采样，最后经AD转换和MCU处理后上传给PC机，实现了自动测试和安全测试，按照这个方式依次对若干电缆逐一测试，实现了快速测试。
实施例5
如图2～4所示，本实施例在实施例1～4的基础上，检测模块和驱动模块的电路原理图见图2所示，K6为继电器，开光光耦采用HCPL-181-00B，CURRCY接采样模块，开光光耦通过反光二极管对继电器实现导通过关闭。
如图3所示，线性光耦隔离采样采用HCNR201，通过三个运放对采样的信号进行初步处理。
如图4所示，图4中的MCU为STM32F103CX，图中为MCU的引脚连接关系，同时图2～4也公开了多个部件之间的连接关系。
实施例6
本发明一种铁路电源电缆漏电流在线检测方法，包括以下步骤：S1：上位机通过MCU发送测试命令；S2：MCU收到测试命令后，经驱动模块对继电器进行隔离驱动；S3：当继电器闭合时，采样模块对检测模块中电压进行隔离检测；S4：MCU对采样信号进行处理，并将处理后的信号上传至上位机。
本实施例实施时，先由上位机通过MCU发送测试命令；MCU收到测试命令后，经驱动模块对继电器进行隔离驱动；当继电器闭合时，采样模块对检测模块中电压进行隔离检测；MCU对采样信号进行处理，并将处理后的信号上传至上位机。本发明通过检测模块内部的设计以及开关光耦隔离驱动和线性光耦隔离采样相结合的方式对铁路现场的电源电缆进行绝缘性检测，在不测试继电器将接地电阻断开，实现了需要测试时可隔离接入测试，不需要时断开测试回路，达到了隔离测试和安全测试的目的，同时运用接地电阻，能够将杂散的泄露电流集中在接地电阻上并形成测试环路，解决了其他方法无固定测试回路的难题，也实现直观测试电源电缆对地的漏电流，并且不影响被测电缆上的原有信号，提高设备的安全性。
实施例7
本实施例在实施例6的基础上，步骤S2包括以下子步骤：MCU收到测试命令后，确认命令数据正确无误；MCU完成确认后向驱动模块发出选通命令；驱动模块收到选通命令后闭合继电器。
本实施例实施时，MCU通过上述步骤对驱动模块进行控制，实现了对检测过程的快速开启。
实施例8
本实施例在实施例6的基础上，步骤S3中所述隔离检测为：采样模块对接地电阻两端电压信号进行隔离采样。步骤S4中所述处理包括对采样信号进行调理、滤波、计算、拟合或/和趋势分析。所述检测模块、驱动模块、采样模块、通信模块和MCU组成一个检测单元；所述检测单元的数量为一个或多个；所述多个检测单元为级联连接，并都与上位机进行通信。
本实施例实施时，上位机通过MCU发送测试命令，MCU收到测试命令后，经驱动模块对继电器进行隔离驱动，当继电器闭合时，采样模块对检测模块中电压进行隔离检测，MCU对采样信号进行处理，并将处理后的信号上传至上位机。本发明运用CAN总线通信，可以方便地实现多个测试设备的互联，安全实现测试路数的扩展，采用了线性光耦隔离采样、开关光耦隔离驱动、接地电阻和CAN通信等技术；首先通过特别设计的接地电阻将被测电缆与大地连接起来；其次采用线性光耦对流经接地电阻的漏电流信号进行隔离采样，最后经AD转换和MCU处理后上传给PC机，实现了自动测试和安全测试，按照这个方式依次对若干电缆逐一测试，实现了快速测试。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种铁路电源电缆漏电流在线检测方法，其特征在于，采用铁路电源电缆漏电流在线检测装置，装置包括检测模块、驱动模块和采样模块；所述检测模块包括串联的继电器和接地电阻；所述继电器远离接地电阻的一端连接被测电缆，所述接地电阻远离继电器的一端接地；所述驱动模块采用开关光耦隔离驱动，且驱动模块连接检测模块并控制继电器开闭；所述采样模块采用线性光耦隔离采样，且采样模块连接检测模块并对检测模块中的信号进行采样；所述继电器远离接地电阻的一端连接于被测电缆的屏蔽网和芯线之间；还包括MCU；所述MCU连接于驱动模块和采样模块；还包括通信模块和上位机；所述通信模块连接于MCU和上位机；所述通信模块采用CAN通信模块；所述通信模块通过CAN总线连接于上位机；
方法包括以下步骤：
S1：上位机通过MCU发送测试命令；
S2：MCU收到测试命令后，经驱动模块对继电器进行隔离驱动；
S3：当继电器闭合时，采样模块对检测模块中电压进行隔离检测，具体是对检测模块中接地电阻两端电压信号进行隔离采样；
S4：MCU对采样信号进行处理，并将处理后的信号上传至上位机。
2.根据权利要求1所述的一种铁路电源电缆漏电流在线检测方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：
MCU收到测试命令后，确认命令数据正确无误；
MCU完成确认后向驱动模块发出选通命令；
驱动模块收到选通命令后闭合继电器。
3.根据权利要求1所述的一种铁路电源电缆漏电流在线检测方法，其特征在于，步骤S4中所述处理包括对采样信号进行调理、滤波、计算、拟合或/和趋势分析。
4.根据权利要求1所述的一种铁路电源电缆漏电流在线检测方法，其特征在于，所述检测模块、驱动模块、采样模块、通信模块和MCU组成一个检测单元；所述检测单元的数量为一个或多个；
所述多个检测单元为级联连接，并都与上位机进行通信。
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