CN111537876B - 模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统及方法，完成动车组入端断路器实车环境模拟、辅助触点逻辑故障检测、电机传动故障检测、主触点卡滞故障检测、主触点绝缘故障检测，实现离线检测、多类型故障精准判断，安全可靠且操作性强。
Description
技术领域
本发明属于动车组牵引系统技术领域，特别是模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统及方法。
背景技术
入端断路器是动车组牵引变流器预充电回路的重要组成部分，如果入端断路器发生故障，操作不当将带来严重的次生灾害，如何准确检测入端断路器状态具有重要意义。入端断路器结构主要由：底座、控制接触器及线路、主触点、凸轮、辅助触点、直流驱动电机及丝杆传动机构组成，入端断路器由牵引变流器TCU控制，当TCU发出主断闭合信号后，通过控制接触器的常闭触点，给直流驱动电机供电，电机通过丝杆传动机构带动主触点闭合动作；闭合到断开时，控制接触器得电动作，改变直流驱动电机供电的电极，直流电机向相反的方向转动，通过丝杆传动机构带动主触点断开动作，同时通过带动凸轮转动，触发辅助触点相应动作。
以往检修站段发现动车入端断路器故障时直接进行更换，造成了大量资源的浪费。目前随着自主维修水平的提高，动车检修站段初具动车组入端断路器修复能力，但仍面临几方面困难：
其一，由于入端断路器安装于动车组设备舱内，实车运行环境复杂，受温度、湿度以及电磁干扰等因素导致的输入电压波动闪变等影响，由于开展的检测大多是在实验室中进行的，入端断路器的环境条件等试验条件与现场运行时有一定差距，需要尽可能还原现场环境；
其二，入端断路器可能发生的故障种类多而复杂，主要分为机械故障和电气故障，机械故障主要有入端断路器直流驱动电机及丝杆传动机构故障、主触点卡滞故障，电气故障主要有触点动作逻辑故障、触点绝缘不合格，需要准确判断定位故障点。
为了满足动车组入端断路器准确检测需要，尽量减少因检测占用动车检修时间，节约检修成本，亟需一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统及方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统及方法，实现动车组入端断路器离线检测以及故障精准判断，实现故障多类型、结构简单、安全可靠且操作性强。
具体技术方案如下：
本发明提供一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统，其中包括：
实车环境模拟区、单元检测区、处理区、人机交互区；其中实车环境模拟区由输入电压波动干扰模拟装置和温湿度试验箱组成；单元检测区由辅助触点逻辑故障检测单元、电机传动故障检测单元、主触点卡滞故障检测单元、主触点绝缘故障检测单元组成；处理区由信号转换单元、中央处理单元组成；人机交互区由工控机实现；
输入电压波动干扰模拟装置：用以模拟动车组实车环境下入端断路器输入电压干扰以及还原动车组实车环境下入端断路器典型输入电压，包括外接交流电源、交直转换开关电源、隔离变压器、干扰发生器、可编程程控可调电压源及线缆，其中，外接交流电源连接可编程程控可调电压源和交直转换开关电源，交直转换开关电源的输出与隔离变压器的输入相连，干扰发生器连接隔离变压器的输出和入端断路器的输入，可编程程控可调电压源的输出也与入端断路器的输入相连；
温湿度试验箱：用以模拟入端断路器所在设备舱的环境，温度控制可调范围为-25~70℃，相对空气湿度控制可调范围为0~80%；
辅助触点逻辑故障检测单元：用以检测辅助触点逻辑故障，由辅助触点开关信号采集模块和辅助触点接口组成，辅助触点接口一端连接辅助触点，另一端连接辅助触点开关信号采集模块，用以采集辅助触点的通断信号，并传输至信号转换单元，信号转换后由中央处理单元进行数据处理，并将结果显示在工控机上；
电机传动故障检测单元：用以检测电机传动有效性，由连接支架、活塞、压力传感器、转向角度传感器组成，其中，连接支架一端与主触点托架端部固定，另一端与活塞杆相连，活塞座接触压力传感器，转向角度传感器贴在凸轮上，用以检测凸轮位置是否准确，辅助检测电机传动是否有效；
主触点卡滞故障检测单元：由超声波测距传感器、安装座组成，超声波测距传感器固定安装在安装座上，用以非接触式采集超声波测距传感器与主触点端部之间的实时距离，并传输至信号转换单元，信号转换后由中央处理单元处理得到主触点的动作响应速度，从而判断主触点是否卡滞；
主触点绝缘故障检测单元：由高压逆变电路、电压电流采集器组成，用以检测主触点绝缘故障；
信号转换单元：分别连接中央处理单元与温湿度试验箱、辅助触点逻辑故障检测单元、电机传动故障检测单元、主触点卡滞故障检测单元、主触点绝缘故障检测单元，用以进行信号转换；
中央处理单元：连接信号转换单元与工控机，用以将转换后的信号进行数据和算法计算；
工控机：用以进行人机交互，控制温湿度试验箱温湿度，输入目标电压值并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，以及显示中央处理单元处理后的结果。
本发明还提供一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测方法，其中，应用于上述所述的一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统，所述模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测方法按以下步骤实现：
步骤一、实车环境模拟；
步骤二、辅助触点逻辑故障检测；
步骤三、电机传动故障检测；
步骤四、主触点卡滞故障检测；
步骤五、主触点绝缘故障检测。
所述实车环境模拟，在工控机上输入目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本；一路由隔离变压器提供稳定的电源输入，通过工控机连接中央处理单元处理，经信号转换单元转换后控制干扰发生器，产生不同等级的干扰信号后的输入电压，干扰信号为静电干扰、变脉冲群干扰、雷击浪涌干扰，用以模拟动车组实车环境下入端断路器输入电压干扰；另一路通过工控机连接中央处理单元处理，经信号转换单元转换后控制可编程程控可调电压源，加载动车组实车采集电压波动典型样本，产生波动的输入电压，用以还原动车组实车环境下入端断路器典型输入电压；
所述辅助触点逻辑故障检测，首先对入端断路器施加目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，辅助触点逻辑故障检测单元采集到的各个辅助触点的反馈信号发送至中央处理单元，与正常入端断路器辅助触点的反馈信号进行逐一对比，若不一致，则在工控机上显示辅助触点逻辑故障，并显示故障辅助触点编号。
所述电机传动故障检测，首先对入端断路器施加目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，电机传动到主触点托架端部推动活塞杆，活塞杆伸缩，活塞座对压力传感器施加压力，电机传动故障检测单元采集到的压力信号和凸轮转向角度信号发送至中央处理单元，若不符合正常压力范围的在工控机上显示电机传动故障，若凸轮转向角度不在正常范围内，在工控机上显示凸轮位置异常；
所述主触点卡滞故障检测，首先对入端断路器施加目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，利用超声波测距传感器，非接触式检测传感器与主触点之间的实时距离；所采集的位移信号经过中央处理单元处理后，得到主触点响应时间，通过主触点响应时间是否在正常范围内来判断主触点是否存在卡滞故障，若响应时间滞后，在工控机上显示主触点卡滞故障；
所述主触点绝缘故障检测，首先对入端断路器施加目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本， 将电压电流采集器的接口连接主触点或大地，采集的信号经中央处理单元处理，判断入端断路器主触点间、对地，动静触点之间电阻值是否在正常范围内，若阻值不在正常范围内，在工控机上显示主触点绝缘故障。
本发明的技术方案的有益效果在于：
1、模拟实车环境，使得检测环境更趋于真实情况；
2、实现参数化检测，检测更为全面，为准确定位故障点提供保障，提高自主维修能力；
3、实现动车组入端断路器自动化检测，并得到检修建议和方向。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例的一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统框图；
图2为本发明实施例建立的输入电压波动干扰模拟装置框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明提供一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统，其中包括：实车环境模拟区、单元检测区、处理区、人机交互区；其中实车环境模拟区由输入电压波动干扰模拟装置和温湿度试验箱组成；单元检测区由辅助触点逻辑故障检测单元、电机传动故障检测单元、主触点卡滞故障检测单元、主触点绝缘故障检测单元组成；处理区由信号转换单元、中央处理单元组成；人机交互区由工控机实现；
输入电压波动干扰模拟装置：用以模拟动车组实车环境下入端断路器输入电压干扰以及还原动车组实车环境下入端断路器典型输入电压，包括外接交流电源、交直转换开关电源、隔离变压器、干扰发生器、可编程程控可调电压源及线缆，其中，外接交流电源连接可编程程控可调电压源和交直转换开关电源，交直转换开关电源的输出与隔离变压器的输入相连，干扰发生器连接隔离变压器的输出和入端断路器的输入，可编程程控可调电压源的输出也与入端断路器的输入相连；
温湿度试验箱：用以模拟入端断路器所在设备舱的环境，温度控制可调范围为-25~70℃，相对空气湿度控制可调范围为0~80%；
辅助触点逻辑故障检测单元：用以检测辅助触点逻辑故障，由辅助触点开关信号采集模块和辅助触点接口组成，辅助触点接口一端连接辅助触点，另一端连接辅助触点开关信号采集模块，用以采集辅助触点的通断信号，并传输至信号转换单元，信号转换后由中央处理单元进行数据处理，并将结果显示在工控机上；
电机传动故障检测单元：用以检测电机传动有效性，由连接支架、活塞、压力传感器、转向角度传感器组成，其中，连接支架一端与主触点托架端部固定，另一端与活塞杆相连，活塞座接触压力传感器，转向角度传感器贴在凸轮上，用以检测凸轮位置是否准确，辅助检测电机传动是否有效；
主触点卡滞故障检测单元：由超声波测距传感器、安装座组成，超声波测距传感器固定安装在安装座上，用以非接触式采集超声波测距传感器与主触点端部之间的实时距离，并传输至信号转换单元，信号转换后由中央处理单元处理得到主触点的动作响应速度，从而判断主触点是否卡滞；
主触点绝缘故障检测单元：由高压逆变电路、电压电流采集器组成，用以检测主触点绝缘故障；
信号转换单元：分别连接中央处理单元与温湿度试验箱、辅助触点逻辑故障检测单元、电机传动故障检测单元、主触点卡滞故障检测单元、主触点绝缘故障检测单元，用以进行信号转换；
中央处理单元：连接信号转换单元与工控机，用以将转换后的信号进行数据和算法计算；
工控机：用以进行人机交互，控制温湿度试验箱温湿度，输入目标电压值并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，以及显示中央处理单元处理后的结果。
本发明还提供一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测方法，其中，应用于上述所述的一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统，所述模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测方法按以下步骤实现：
步骤一、实车环境模拟；
步骤二、辅助触点逻辑故障检测；
步骤三、电机传动故障检测；
步骤四、主触点卡滞故障检测；
步骤五、主触点绝缘故障检测；
所述实车环境模拟，包括以下步骤：
S11、在工控机上输入目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型；隔离变压器提供稳定的电源输入，通过工控机连接中央处理单元处理，经信号转换单元转换后控制干扰发生器，产生不同等级的干扰信号后的输入电压，干扰信号为静电干扰、变脉冲群干扰、雷击浪涌干扰，用以模拟动车组实车环境下入端断路器输入电压干扰；
S12、在工控机上输入目标温度和湿度，并选择加载实车电压波动样本；通过工控机连接中央处理单元处理，经信号转换单元转换后控制可编程程控可调电压源，加载动车组实车采集电压波动典型样本，产生波动的输入电压，用以还原动车组实车环境下入端断路器典型输入电压；
所述辅助触点逻辑故障检测，包括以下步骤：
S21、辅助触点断开逻辑故障检测
工控机上发出断开指令后，入端断路器动作后辅助触点给出反馈信号。正常断开动作到位后，常开辅助反馈低电平为“0”，常闭辅助触点闭合状态、反馈高电平为“1”。反馈触点开关量信号采集模块采集到的各个辅助触点的反馈信号发送至中央处理单元，与断开状态下正常入端断路器辅助触点的反馈信号进行逐一对比，若发现状态异常，则是控制接触器故障，在工控机上报“动车组入端断路器断开逻辑故障”且显示控制接触器的故障位置。
S22、辅助触点闭合逻辑故障检测
工控机发出闭合指令后，入端断路器动作后辅助触点给出反馈信号。正常闭合动作到位后，常开辅助触点反馈高电平为“1”，常闭触点断开、反馈低电平为“0”。反馈触点开关量信号采集模块采集到的各个辅助触点的反馈信号发送至中央处理单元，与闭合状态下正常入端断路器辅助触点的反馈信号进行逐一对比，发现状态异常则可能是控制接触器故障，可能是直流电机驱动故障，需进一步分析电机传动检测结果。
所述电机传动故障检测，包括以下步骤：
S31、首先对入端断路器施加目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，电机传动到主触点托架端部推动活塞杆，活塞杆伸缩，活塞座对压力传感器施加压力，电机传动故障检测单元采集到的压力信号传回至中央处理单元，若压力低于正常电机传动力范围，则判断直流电机传动故障，建议更换直流电机或传动机构处置；若推力传感器传回的接触力在正常电机驱动力范围内，则判断直流电机传动状态良好，需进一步分析；
S32、同时将转向角度传感器测得的位置方向信号传回至中央处理单元，比对辅助触点凸轮位置开关时序是否正常，若比对一致，则判断凸轮状态正常，否则建议调整至正确位置；
所述主触点卡滞故障检测，首先对入端断路器施加目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，利用超声波测距传感器，非接触式检测传感器与主触点之间的实时距离；所采集的位移信号经过中央处理单元处理后，得到主触点响应时间，通过主触点响应时间是否在正常范围内来判断主触点是否存在卡滞故障。
所述主触点绝缘故障检测，首先对入端断路器施加目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，将电压电流采集器的接口连接主触点或大地，采集的信号经中央处理单元处理，判断入端断路器主触点间、对地，动静触点之间电阻值是否在正常范围内。
Claims (7)
1.一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：实车环境模拟区、单元检测区、处理区、人机交互区；其中实车环境模拟区由输入电压波动干扰模拟装置和温湿度试验箱组成；单元检测区由辅助触点逻辑故障检测单元、电机传动故障检测单元、主触点卡滞故障检测单元、主触点绝缘故障检测单元组成；处理区由信号转换单元、中央处理单元组成；人机交互区由工控机实现；
输入电压波动干扰模拟装置：用以模拟动车组实车环境下入端断路器输入电压干扰以及还原动车组实车环境下入端断路器典型输入电压，包括外接交流电源、交直转换开关电源、隔离变压器、干扰发生器、可编程程控可调电压源及线缆，其中，外接交流电源连接可编程程控可调电压源和交直转换开关电源，交直转换开关电源的输出与隔离变压器的输入相连，干扰发生器连接隔离变压器的输出和入端断路器的输入，可编程程控可调电压源的输出也与入端断路器的输入相连；
温湿度试验箱：用以模拟入端断路器所在设备舱的环境，温度控制可调范围为-25~70℃，相对空气湿度控制可调范围为0~80%；
辅助触点逻辑故障检测单元：用以检测辅助触点逻辑故障，由辅助触点开关信号采集模块和辅助触点接口组成，辅助触点接口一端连接辅助触点，另一端连接辅助触点开关信号采集模块，用以采集辅助触点的通断信号，并传输至信号转换单元，信号转换后由中央处理单元进行数据处理，并将结果显示在工控机上；
电机传动故障检测单元：用以检测电机传动有效性，由连接支架、活塞、压力传感器、转向角度传感器组成，其中，连接支架一端与主触点托架端部固定，另一端与活塞杆相连，活塞座接触压力传感器，转向角度传感器贴在凸轮上，用以检测凸轮位置是否准确，辅助检测电机传动是否有效；
主触点卡滞故障检测单元：由超声波测距传感器、安装座组成，超声波测距传感器固定安装在安装座上，用以非接触式采集超声波测距传感器与主触点端部之间的实时距离，并传输至信号转换单元，信号转换后由中央处理单元处理得到主触点的动作响应速度，从而判断主触点是否卡滞；
主触点绝缘故障检测单元：由高压逆变电路、电压电流采集器组成，用以检测主触点绝缘故障；
信号转换单元：分别连接中央处理单元与温湿度试验箱、辅助触点逻辑故障检测单元、电机传动故障检测单元、主触点卡滞故障检测单元、主触点绝缘故障检测单元，用以进行信号转换；
中央处理单元：连接信号转换单元与工控机，用以将转换后的信号进行数据和算法计算；
工控机：用以进行人机交互，控制温湿度试验箱温湿度，输入目标电压值并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，以及显示中央处理单元处理后的结果。
2.一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测方法，其特征在于，应用于上述权利要求1所述的一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测系统，所述模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测方法按以下步骤实现：
步骤一、实车环境模拟；
步骤二、辅助触点逻辑故障检测；
步骤三、电机传动故障检测；
步骤四、主触点卡滞故障检测；
步骤五、主触点绝缘故障检测。
3.根据权利要求2所述的一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测方法，其特征在于，所述步骤一中，所述实车环境模拟，在工控机上输入目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本；一路由隔离变压器提供稳定的电源输入，通过工控机连接中央处理单元处理，经信号转换单元转换后控制干扰发生器，产生不同等级的干扰信号后的输入电压，干扰信号为静电干扰、变脉冲群干扰、雷击浪涌干扰，用以模拟动车组实车环境下入端断路器输入电压干扰；另一路通过工控机连接中央处理单元处理，经信号转换单元转换后控制可编程程控可调电压源，加载动车组实车采集电压波动典型样本，产生波动的输入电压，用以还原动车组实车环境下入端断路器典型输入电压；可调控制温度范围为-25~70℃和相对空气湿度0~80%。
4.根据权利要求2所述的一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测方法，其特征在于，所述步骤二中，所述辅助触点逻辑故障检测，首先对入端断路器施加目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，辅助触点逻辑故障检测单元采集到的各个辅助触点的反馈信号发送至中央处理单元，与正常入端断路器辅助触点的反馈信号进行逐一对比，若不一致，则在工控机上显示辅助触点逻辑故障，并显示故障辅助触点编号。
5.根据权利要求2所述的一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测方法，其特征在于，所述步骤三中，所述电机传动故障检测，首先对入端断路器施加目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，电机传动到主触点托架端部推动活塞杆，活塞杆伸缩，活塞座对压力传感器施加压力，电机传动故障检测单元采集到的压力信号和凸轮转向角度信号发送至中央处理单元，若不符合正常压力范围的在工控机上显示电机传动故障，若凸轮转向角度不在正常范围内，在工控机上显示凸轮位置异常。
6.根据权利要求2所述的一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测方法，其特征在于，所述步骤四中，所述主触点卡滞故障检测，首先对入端断路器施加目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，利用超声波测距传感器，非接触式检测传感器与主触点之间的实时距离；所采集的位移信号经过中央处理单元处理后，得到主触点响应时间，通过主触点响应时间是否在正常范围内来判断主触点是否存在卡滞故障，若响应时间滞后，在工控机上显示主触点卡滞故障。
7.根据权利要求2所述的一种模拟实车环境的动车组入端断路器离线检测方法，其特征在于，所述步骤五中，所述主触点绝缘故障检测，首先对入端断路器施加目标电压值、目标温度和湿度，并选择施加的干扰信号类型或实车电压波动样本，将电压电流采集器的接口连接主触点或大地，采集的信号经中央处理单元处理，判断入端断路器主触点间、对地、动静触点之间电阻值是否在正常范围内，若阻值不在正常范围内，在工控机上显示主触点绝缘故障。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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