CN110780120A

CN110780120A - 城市轨道交通直流设备绝缘性能在线监测系统及控制方法

Info

Publication number: CN110780120A
Application number: CN201910986188.4A
Authority: CN
Inventors: 刘炜; 张浩楠; 张戬; 尹乙臣
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2039-10-17
Also published as: CN110780120B

Abstract

本发明公开了一种城市轨道交通直流设备在线监测绝缘性能系统及控制方法，系统包括绝缘性能测量模块、绝缘性能采集系统、开关模块和控制中心；绝缘测量模块安装在整流器柜、直流开关柜、逆变回馈装置柜的设备框架与接地母排之间，并连接至绝缘采集系统；柜体外壳与绝缘测量模块之间的电动隔离开关处于常开状态；框架保护元件集中接地点与接地母排之间的开关处于常闭状态；绝缘测量模块测得柜体绝缘电阻数据经绝缘采集模块发送至控制中心；控制中心定时发送维持开关模块状态的监测信号，持续接收绝缘电阻数据，进行逻辑判断并动作于开关模块。本发明既能在线监测城市轨道交通直流设备的绝缘性能，又能避免框架保护装置误动作，可靠性高。

Description

城市轨道交通直流设备绝缘性能在线监测系统及控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通直流供电技术领域，具体为一种城市轨道交通直流设备绝缘性能在线监测系统及控制方法。

背景技术

直流电气柜是城市轨道交通直流供电系统的重要组部分，柜体绝缘性能对牵引供电系统稳定运行具有重要影响。城市轨道交通具有直流电气柜框架集中单点接地的特点，运营方检测电气柜绝缘性能的方法相对传统，没有全面的监测系统及控制方法。现阶段对城市轨道直流设备绝缘性能的监测主要集中在施工时使用摇表进行人工测量，相对耗时费力，而列车投运后定期更换站台绝缘板的方案需花费大量资金且系统可靠性不高。在地铁运营期间，对电气柜框架外壳的绝缘性能无法在线监测。

从城市轨道交通供电系统稳定运行角度考虑，一方面，若站台直流设备出现绝缘损坏，使用人工摇表法进行绝缘电阻监测无法及时作出故障反馈；另一方面，运营方在使用绝缘表进行绝缘测量时需手动断开框架保护设备，操作相对繁琐。并且，电气柜下方电缆孔出现绝缘封堵不严谨，电缆层水蒸气上升到柜体，破坏电气设备绝缘性能的故障情况时有发生。因此，需要建立城市轨道交通直流设备在线绝缘监测系统，控制影响绝缘监测的框架保护装置退出，在地铁运营期间，提醒绝缘故障风险从而减少框架保护误动作等事故发生。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种城市轨道交通直流设备绝缘性能在线监测系统及控制方法，它能选择性的退出框架保护，在线监测所有整流器柜、直流开关柜、逆变回馈装置柜的绝缘性能，替代了运营单位需要人工摇表测量直流电气柜绝缘性能的方法，提高城市轨道交通直流供电的系统可靠性。技术方案如下：

一种城市轨道交通直流设备绝缘性能在线监测系统，包括绝缘性能采集系统IPAS、绝缘性能测量模块IPM、电动隔离开关系统EDS和控制中心CC；

绝缘性能测量模块IPM分别连接到整流器柜RCT、直流开关柜ZDS、逆变回馈装置柜IDC的设备框架与接地母排之间，并分别连接到绝缘测量采集系统IPAS；

电动隔离开关系统EDS包括四个开关模块S1、S2、S3和S4，及对应控制其启闭的四个开关控制模块Cm1、Cm2、Cm3和Cm4；其中开关模块S1、S2、S3分别连接到绝缘性能测量模块IPM与整流器柜RCT、直流开关柜ZDS、逆变回馈装置柜IDC的设备框架与对应绝缘测量模块IPM之间，均处于常开状态；开关模块S4连接到框架保护元件集中接地点与所有电气柜外壳之间，处于常闭状态；四个开关控制模块Cm1、Cm2、Cm3和Cm4之间有信号连接，开关模块S4与开关模块S1、S2、S3设置机械闭锁；

三个绝缘性能测量模块IPM分别通过闭合开关模块S1、S2、S3，接入高电压监测信号测得整流器柜RCT、直流开关柜ZDS、逆变回馈装置柜IDC外壳绝缘电阻值；

绝缘性能采集系统IPAS采集绝缘电阻数据并发送至控制中心CC；

控制中心CC接收的绝缘性能采集系统IPAS发送的绝缘电阻数据，并设置采集时间，根据整定值进行逻辑判断并发送响应控制信号至各开关控制模块，进而控制各开关模块的闭合与断开。

一种所述的城市轨道交通直流设备绝缘性能在线监测系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：在地铁断电停运状态下，断开钢轨电位限制装置(OVPD)；

步骤2：控制中心CC向开关控制模块Cm4发送退出框架保护电流元件FCP与框架保护电压元件FVP的控制信号，断开开关模块S4，则开关模块S1、S2、S3受机械闭锁影响，立即动作于闭合；

步骤3：控制中心CC设定时间向各开关控制模块发出维持开关动作状态的监测信号；

步骤4：绝缘测量模块IPM开始测量电气柜外壳绝缘电阻并发送绝缘电阻数据R_test至绝缘性能采集系统IPAS，绝缘性能采集系统IPAS采集绝缘电阻数据并发送至控制中心CC；

步骤5：控制中心CC对绝缘电阻数据进行逻辑判断：

在设定时间内发出维持开关模块S1、S2、S3闭合，开关模块S4断开的监测信号条件下，若绝缘性能采集系统IPAS采集到的任一绝缘电阻数据R_test小于电气柜外壳的绝缘电阻整定值R_set，则监测期间，控制中心CC持续发出电气柜外壳绝缘损坏报警信号，以提醒工作人员安排电气柜绝缘系统检修工作，待定时结束，控制中心发出开关模块S4闭合的恢复信号；

若采集到的绝缘电阻数据R_test大于或等于电气柜外壳的绝缘电阻整定值R_set，待定时结束，控制中心CC向开关控制模块Cm4发送闭合开关模块S4的恢复信号，开关模块S1、S2、S3自动断开，列车系统可以恢复投运。

本发明的有益效果是：

1)本发明能实现城市轨道交通整流器柜、直流开关柜、逆变回馈装置柜的外壳绝缘性能的在线监测，保证系统能够及时发现并提醒直流系统电气柜框架多点接地或整体绝缘下降等风险问题，避免由于直流系统出现绝缘损坏或发生对地短路等原因导致框架保护误动作；

2)本发明能设定监测时间，在完成所有电气柜绝缘性能监测后恢复各开关模块初始状态，重新投入框架保护，列车可恢复投运，极大提高了开关模块的系统可靠性；

3)本发明可替代现阶段手动断开框架保护并使用绝缘表检测直流电气柜绝缘性能的方法，也避免了采用定期更换站台绝缘板的方法来防止电气柜框架外壳发生绝缘故障，节省运营投资。

附图说明

图1为本发明提出的一种城市轨道交通直流设备在线绝缘监测控制系统框图。

图2为本发明提出的一种城市轨道交通直流设备绝缘性能的在线监测系统结构示意图。

图3为本发明提出的一种城市轨道交通直流设备绝缘性能的在线监测控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，一种城市轨道交通直流设备绝缘性能的在线监测系统框图，包括绝缘性能测量模块IPM、绝缘性能采集系统IPAS、电动隔离开关系统EDS(包括隔离开关模块S1、S2、S3和S4以及开关控制模块Cm1、Cm2、Cm3和Cm4)、控制中心CC。

其中，绝缘性能测量模块IPM实时测量柜体外壳的绝缘电阻值，由绝缘性能采集系统IPAS将采集的绝缘电阻数据传输至控制中心CC。控制中心CC具有信号采集、逻辑判断、发出指令的功能；控制中心CC采集开关控制模块Cm的信号，接收整流器柜RCT、直流开关柜ZDS、逆变回馈装置柜IDC等电气柜外壳的绝缘电阻数据，并进行逻辑判断；开关控制模块Cm接收控制中心CC传输的开关信号并发出控制开关模块分合状态的动作信号。图中实线表示物理连接线，虚线表示信号传递路径，表示各开关控制模块Cm之间的信号连接，各开关模块的控制信号相互同步，箭头方向表示数据传输方向。

如图2所示，一种城市轨道交通直流设备绝缘性能的在线监测系统结构示意图，其中，绝缘性能测量模块IPM分别安装在整流器柜RCT、直流开关柜ZDS、逆变回馈装置柜IDC的设备框架与接地母排之间，并连接至绝缘测量采集系统IPAS。电动隔离开关系统EDS的开关模块S1、S2、S3分别位于整流器柜RCT、直流开关柜ZDS、逆变回馈装置柜IDC外壳与对应绝缘性能测量模块IPM之间，均处于常开状态；开关模块S4位于所有电气柜外壳与框架保护元件集中接地点之间，处于常闭状态；开关模块S4与开关模块S1、S2、S3设置机械闭锁，各电动隔离开关均可选用直流接触器；开关控制模块Cm置于控制室，各开关控制模块Cm之间有信号连接；各绝缘性能测量模块IPM通过闭合开关模块S1、S2、S3，接入500V高电压监测信号U1、U2、U3测得整流器柜RCT、直流开关柜ZDS、逆变回馈装置柜IDC外壳绝缘电阻值；控制中心CC设定时间向开关控制模块Cm发送维持开关S4断开，开关S1、S2、S3闭合的定时监测信号，持续接收绝缘测量模块IPM发出的电气柜外壳绝缘电阻数据，定时结束后，控制中心CC向各开关控制模块Cm发送闭合开关S4，断开S1、S2、S3的恢复信号。

工作原理是：

安装在整流器柜RCT、直流开关柜ZDS、逆变回馈装置柜IDC与接地母排之间绝缘性能测量模块IPM通过闭合开关模块S1、S2、S3，分别接入500V高电压进行绝缘电阻测量；控制中心CC在线接收绝缘性能采集系统IPAS传输的绝缘电阻数据并进行逻辑判断，与开关控制模块Cm进行信号传输；开关控制模块Cm接收控制中心CC传输的开关信号，控制各开关模块分合；在控制中心CC预先设置电气柜外壳的绝缘电阻整定值R_set＝1MΩ。地铁运营时，开关模块S4处于闭合状态时，S1、S2、S3均处于断开状态。

进行绝缘监测需要在夜间地铁停运系统断电状态下，工作人员预先断开钢轨电位限制装置(OVPD)，控制中心CC向开关控制模块Cm4发送退出框架保护电流元件FCP与框架保护电压元件FVP的控制信号，此时电动隔离开关模块S4断开，开关模块S1、S2、S3受机械闭锁影响，立即动作于闭合，控制中心CC按设定时间向各开关控制模块Cm发出维持开关动作状态的监测信号，绝缘性能测量模块IPM将分别向所有电气柜外壳与接地母排之间注入500V高电压U1、U2、U3进行绝缘电阻测量，绝缘性能采集系统IPAS采集绝缘电阻数据并发送至控制中心CC，控制中心CC对绝缘电阻数据进行逻辑判断：在设定时间内发出维持开关模块S1、S2、S3闭合，S4断开的监测信号条件下，若采集到的绝缘电阻数据R_test小于1MΩ，则监测期间，控制中心持续发出电气柜外壳绝缘损坏报警信号直至电动隔离开关控制系统恢复初始状态，工作人员安排电气柜绝缘系统检修工作；若采集到的绝缘电阻数据R_test大于或等于1MΩ，则控制中心CC向各开关控制模块Cm发送断开开关模块S1、S2、S3，闭合S4的恢复信号，列车系统可恢复投运。

如图3所示，一种城市轨道交通直流设备绝缘性能的在线监测控制流程图，具体包括以下内容：

(1)判断直流电气柜外壳框架保护装置退出，否则绝缘监测过程可能会导致框架保护误动作；

(2)采集直流电气柜外壳绝缘电阻数据，并由控制中心进行逻辑判断；

(3)若绝缘电阻数据R_test小于整定值R_set＝1MΩ，则在监测期间，控制中心持续发出电气柜外壳绝缘损坏报警信号直至电动隔离开关控制系统恢复初始状态，工作人员安排电气柜绝缘系统检修工作；若绝缘电阻数据R_test大于或等于1MΩ，则控制中心CC向各开关控制模块Cm发送断开开关模块S1、S2、S3，闭合S4的恢复信号，列车系统可恢复投运。

控制方法包括以下步骤：

步骤5：控制中心CC对绝缘电阻数据进行逻辑判断：

在设定时间内发出维持开关模块S1、S2、S3闭合，开关模块S4断开的监测信号条件下，若采集到的绝缘电阻数据R_test小于电气柜外壳的绝缘电阻整定值R_set，则监测期间，控制中心CC持续发出电气柜外壳绝缘损坏报警信号直至电动隔离开关控制系统恢复初始状态，以提醒工作人员安排电气柜绝缘系统检修工作；

若采集到的绝缘电阻数据R_test大于或等于电气柜外壳的绝缘电阻整定值R_set，则控制中心CC向各开关控制模块发送断开开关模块S1、S2、S3，闭合开关模块S4的恢复信号，列车系统恢复投运。

Claims

1.一种城市轨道交通直流设备绝缘性能在线监测系统，其特征在于，包括绝缘性能采集系统IPAS、绝缘性能测量模块IPM、电动隔离开关系统EDS和控制中心CC；

2.一种权利要求1所述的城市轨道交通直流设备绝缘性能在线监测系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在地铁断电停运状态下，断开闭合的钢轨电位限制装置OVPD；

步骤2：控制中心CC向开关控制模块Cm4发送退出框架保护电流元件FCP与框架保护电压元件FVP的控制信号，开关模块S4断开，开关模块S1、S2、S3受机械闭锁影响，立即动作于闭合；

步骤4：绝缘测量模块IPM开始测量电气柜外壳绝缘电阻，绝缘性能采集系统IPAS采集绝缘电阻数据并发送至控制中心CC；

步骤5：控制中心CC对绝缘电阻数据进行逻辑判断：

在设定时间内发出维持开关模块S1、S2、S3闭合，开关模块S4断开的监测信号条件下，若绝缘性能采集系统IPAS采集到的任一绝缘电阻数据R_test小于预设的电气柜外壳的绝缘电阻整定值R_set，则监测期间，控制中心CC持续发出电气柜外壳绝缘损坏报警信号直至开关控制系统恢复初始状态，以提醒工作人员安排电气柜绝缘系统检修工作；

若采集到的绝缘电阻数据R_test大于或等于电气柜外壳的绝缘电阻整定值R_set，则待定时结束，控制中心CC向开关控制模块Cm4发送闭合信号，开关模块S4闭合，开关模块S1、S2、S3断开。