CN111693892A - 一种基于霍尔元件的接触网泄漏电流在线监测的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力检测技术领域，提供了一种基于霍尔元件的接触网泄漏电流在线监测的实现方法，包括数据采集模块、信号调理模块和采样装置，数据采集模块接收电流模拟量信号，信号调理模块将电流模拟量信号转换为电压模拟量信号并传输至采样装置，采样装置将接收的电压模拟量信号转换为电流数字量信号，采样装置将电流数字量信号通过以太网接口传输至后台系统；后台系统包括网络传输模块、负载均衡服务器、数据采集服务器、数据存储服务器、数据处理服务器和前端服务器。本发明可以实现地铁接触网各个区间段泄漏电流的实时监测，检测各区间段接触网泄漏电流变化情况，对泄漏电流过大的区间段可进行预警，安全可靠，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力检测技术领域，尤其是涉及一种基于霍尔元件的接触网泄漏电流在线监测的实现方法。
背景技术
地铁供电系统一般包括外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明系统、杂散电流腐蚀防护系统和电力监控系统，其中牵引供电系统的功能是将交流中压经降压整流变成直流1500V或直流750V电压，为地铁列车提供牵引供电，系统包括牵引变电所与牵引网，牵引网包括接触网与回流网，接触网由架空接触网(直流1500V)和接触轨(直流1500V或750V)两种悬挂方式。其中杂散电流腐蚀防护系统的功能是减少因直流牵引供电引起的杂散电流并防止其对外扩散，尽量避免杂散电流对城市轨道交通主体结构及其附近结构钢筋、金属管线的电腐蚀，并对杂散电流及其腐蚀保护情况进行监测。
为了避免杂散电流的积累，通常需要对接触网和绝缘子进行检测和清洗，由于没有相关的接触网泄漏电流值大小数据作为依据，只能对接触网全线各区间段进行巡检，导致接触网日常维护的工作量巨大。另外，当地铁线路运营十年以上时，直流馈线柜到接触网的这段电缆容易出现因绝缘问题导致的电流泄漏情况。当发生故障时，只能通过人工一根根的“手摸”电缆进行排查，工作量巨大。同时，电缆层各种一、二次电缆混杂，人工排查会存在很大的安全隐患。
因此，亟需一种接触网泄漏电流在线监测的实现方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于霍尔元件的接触网泄漏电流在线监测的实现方法，实现地铁接触网各个区间段泄漏电流的实时监测，检测各区间段接触网泄漏电流变化情况，对泄漏电流过大的区间段可进行预警，安全可靠，提高工作效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于霍尔元件的接触网泄漏电流在线监测的实现方法，包括数据采集模块、信号调理模块和采样装置，所述数据采集模块通过电流接口接收接触网连接线缆区间段的电流模拟量信号，所述信号调理模块将电流模拟量信号转换为电压模拟量信号并传输至采样装置，所述采样装置将接收的电压模拟量信号转换为电流数字量信号，所述采样装置将电流数字量信号通过以太网接口传输至后台系统；
所述后台系统包括网络传输模块、负载均衡服务器、数据采集服务器、数据存储服务器、数据处理服务器和前端服务器，所述网络传输模块用于传输电流数字信号，所述负载均衡服务器用于调配数据采集服务器，所述数据采集服务器用于对接收的电流数字信号进行解码、归类和整合储存至数据存储服务器，所述数据处理服务器用于分析数据存储服务器中的数据，对站间数据进行比对，将异常数据传输至前端服务器，所述后台系统还包括监控中心服务器，所述监控中心服务器与后台系统中各模块与服务器设有心跳包，用于监控后台系统的运行状态。
进一步地，所述数据采集模块包括若干霍尔元件，所述霍尔元件用于采集电流模拟量信号。
进一步地，所述采样装置包括ADC转换器，所述ADC转换器用于将接收的电压模拟量信号转换为电流数字量信号，然后通过太网接口传输至网络传输模块。
进一步地，所述采样装置通过以太网接口自动连接后台系统，所述后台系统通过网络传输模块将带时标的电流数字量信号传输至采样装置进行网络对时，用于校准采样装置时间。
进一步地，所述网络传输模块采用HTTP协议将电流数字量信号发送至后台系统。
进一步地，所述数据采集服务器采用自定义协议对接收的电流数字信号进行解码得到原始数据，然后将原始数据进行归类和整合储存。
进一步地，所述数据存储服务器包括Redis缓存模块和Mysql数据库模块，所述Redis缓存模块用于存储波形数据、异常数据和异常信息数据，所述Mysql数据库模块用于存储数据采集服务器归类、整合后的数据。
进一步地，所述采样装置的采样频率为10KHZ。
进一步地，所述数据采集服务器将接收的电流数字信号每3秒计算一次均值存储至数据存储服务器。
进一步地，所述霍尔元件采用CHDC-EB系列直流漏电流传感器。
在本发明中，数据采集模块通过电流接口接收直流馈线至接触网连接线缆区间段的电流模拟信号，经过信号调理模块将电流模拟信号调节至适配于ADC转换器输入范围内的电压模拟信号，电流模拟量输入对应，±5V的电压模拟量信号，并传输至ADC转换器中，ADC转换器将输入的电压模拟信号转换为电流数字量信号，输出的电流数字量信号经以太网接口传输至后台系统。
在直流馈线至接触网连接线缆区间段线缆上可直接串接多个霍尔元件，霍尔元件采用CHDC-EB系列直流漏电流传感器，采样范围为±100A，采用四个不同量程范围(0～10mA、0～1A、0～10A及0～100A)的霍尔元件对数据进行测量，使得采集的电流精确度和准确度更高。
在本发明中，采样装置通过以太网接口自动连接后台系统，后台系统通过网络传输模块将带时标的电流数字量信号传输至采样装置进行网络对时，用于校准采样装置时间，确保采样装置给后台监测系统发送数据的同步性和准确性。
在本发明中，采样装置将采集到的电流数字量信号经以太网接口传输至后台系统，经负载均衡服务器根据服务器权重分配相应的数据采集服务器进行连接，数据采集服务器对接收的电流数字信号进行解码、归类和整合后上传至数据存储服务器，数据存储服务器采用主从分离模式配置，Redis缓存模块和Mysql数据库模块之间实时同步，Redis缓存模块负责数据写入，Mysql数据库模块负责数据读取。数据处理服务器获取数据存储服务器中的数据后，再次对数据进行处理、分析，将处理结果发送至前端服务器，前端服务器将生成的图形化页面展示给前端网页。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供的接触网泄漏电流在线监测的实现方法，实现了地铁接触网各个区间段泄漏电流的实时监测，实时检测各区间段接触网泄漏电流变化情况，对泄漏电流过大的区间段可进行预警，安全可靠，提高了工作效率；
2.本发明提供的接触网泄漏电流在线监测的实现方法，可实现监控数据远程查看，减少现场维护人员工作量，降低地铁运营的维护成本。
附图说明
图1为本发明一种基于霍尔元件的接触网泄漏电流在线监测的实现方法的结构示意图；
图2为本发明一种基于霍尔元件的接触网泄漏电流在线监测的实现方法的后台系统示意图；
图3为本发明一种基于霍尔元件的接触网泄漏电流在线监测的实现方法的负载均衡服务器模块的示意图；
图4为本发明一种基于霍尔元件的接触网泄漏电流在线监测的实现方法的前端服务器模块的示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种基于霍尔元件的接触网泄漏电流在线监测的实现方法，参照图1，包括数据采集模块、信号调理模块和采样装置，所述数据采集模块包括四个霍尔元件，所述霍尔元件通过电流接口接收直流馈线至接触网连接线缆区间段的电流模拟量信号，所述采样装置包括ADC转换器，所述信号调理模块将霍尔元件采集的电流模拟量信号转换为电压模拟量信号(对应±5V)并传输至ADC转换器，所述ADC转换器用于将接收的电压模拟量信号转换为电流数字量信号，然后通过太网接口传输至后台系统。
在本实施例中，霍尔元件可采用CHDC-EB系列直流漏电流传感器，采样范围为±100A，在本实施例中霍尔元件采用的量程为0～10mA、0～1A、0～10A、0～100A四个量程，在其他实施例中，霍尔元件可为其他系列的直流漏电流传感器，采用的量程可为其他。
所述采样装置以采样频率为10KHZ对霍尔元件进行采样，以3秒为一周期计算采样数据有效值，将结果发送给后台系统。
参照图1及图2，所述后台系统采用Spring Cloud分布式框架，所述后台系统包括网络传输模块、负载均衡服务器、数据采集服务器、数据存储服务器、数据处理服务器和前端服务器。所述网络传输模块用于传输电流数字信号，所述网络传输模块采用HTTP协议将电流数字量信号发送至后台系统，后台系统可通过网络传输模块将服务器时标发送给采样装置进行网络对时，用于校准采样装置的时间，确保采样装置给后台监测系统发送数据的同步性和准确性，所述后台系统发送时标给采样装置采用SNTP协议。
参照图3，所述负载均衡服务器根据服务器权重调配数据采集服务器，负载均衡服务器在接收到采样装置的连接请求后，若负载均衡服务器与数据采集服务器连接成功后，负载均衡服务器根据服务器权重重新调配数据采集服务器，若负载均衡服务器与数据采集服务器连接未成功，判断数据采集服务器是否发生宕机故障，若数据采集服务器发生宕机故障，数据采集服务器恢复初始状态，负载均衡服务器会分配备份负载均衡服务器进行数据备份，如数据采集服务器不发生宕机故障，则负载均衡服务器重新接收到采样装置的连接请求，直至负载均衡服务器根据服务器权重重新调配数据采集服务器。
参照图1及图2，所述数据采集服务器采用自定义协议用于对接收的电流数字信号进行解码得到原始数据，然后将原始数据进行归类和整合储存至数据存储服务器，当数据过多，启用并列数据采集服务器对接收的电流数字信号进行解码、归类和整合储存，所述数据采集服务器将接收的电流数字信号每3秒计算一次均值存储至数据存储服务器。
参照图4，所述数据存储服务器包括Redis缓存模块和Mysql数据库模块，所述Redis缓存模块用于存储波形数据、异常数据和异常信息数据，所述Mysql数据库模块用于存储数据采集服务器归类、整合后的数据。所述数据处理服务器用于分析数据存储服务器中的数据，对站间数据进行比对，将异常、故障信息和实时及历史信息等分析结果通过网页指令接收或发送传输至前端服务器，所述前端服务器将分析结果传输至RPC接口，然后将生成的图形化页面展示给前端网页，可用于实时检测各区间段接触网泄漏电流变化情况。
所述后台系统还包括检测监控服务器，所述监控中心服务器与后台系统中各模块与服务器设有心跳包，用于监控后台系统的运行状态。
所述后台系统还包括监控中心、配置中心和通知中心，用于观察各区间段接触网泄漏电流变化情况，配置中心对服务器和模块进行调控。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于霍尔元件的接触网泄漏电流在线监测的实现方法，其特征在于，包括数据采集模块、信号调理模块和采样装置，所述数据采集模块通过电流接口接收接触网连接线缆区间段的电流模拟量信号，所述信号调理模块将电流模拟量信号转换为电压模拟量信号并传输至采样装置，所述采样装置将接收的电压模拟量信号转换为电流数字量信号，所述采样装置将电流数字量信号通过以太网接口传输至后台系统；
所述后台系统包括网络传输模块、负载均衡服务器、数据采集服务器、数据存储服务器、数据处理服务器和前端服务器，所述网络传输模块用于传输电流数字信号，所述负载均衡服务器用于调配数据采集服务器，所述数据采集服务器用于对接收的电流数字信号进行解码、归类和整合储存至数据存储服务器，所述数据处理服务器用于分析数据存储服务器中的数据，对站间数据进行比对，将异常数据传输至前端服务器，所述后台系统还包括监控中心服务器，所述监控中心服务器与后台系统中各模块与服务器设有心跳包，用于检测后台系统的运行状态。
2.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述数据采集模块包括若干霍尔元件，所述霍尔元件用于采集电流模拟量信号。
3.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述采样装置包括ADC转换器，所述ADC转换器用于将接收的电压模拟量信号转换为电流数字量信号，然后通过太网接口传输至网络传输模块。
4.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述采样装置通过以太网接口自动连接后台系统，所述后台系统通过网络传输模块将带时标的电流数字量信号传输至采样装置进行网络对时，用于校准采样装置时间。
5.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述网络传输模块采用HTTP协议将电流数字量信号发送至后台系统。
6.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述数据采集服务器采用自定义协议对接收的电流数字信号进行解码得到原始数据，然后将原始数据进行归类和整合储存。
7.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述数据存储服务器包括Redis缓存模块和Mysql数据库模块，所述Redis缓存模块用于存储波形数据、异常数据和异常信息数据，所述Mysql数据库模块用于存储数据采集服务器归类、整合后的数据。
8.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述采样装置的采样频率为10KHZ。
9.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述数据采集服务器将接收的电流数字信号每3秒计算一次均值存储至数据存储服务器。
10.根据权利要求2所述的实现方法，其特征在于，所述霍尔元件采用CHDC-EB系列直流漏电流传感器。
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