CN111913087A - 脉冲式高压绝缘检测装置及其机车车顶绝缘性检测方法 - Google Patents

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许仲兵
贺思奇
李庆茂
叶春洪
董顺昌
苟松林
万广
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Abstract

本发明公开了一种脉冲式高压绝缘检测装置及其机车车顶绝缘性检测方法,包括与高压互感器连接并获取机车主变压器副边绕组的脉冲式高压检测信号的信号采集模块,连接于信号采集模块,对获得的脉冲式高压检测信号进行分析处理的控制分析模块,输出脉冲产生模块,其输入端和输出端分别连接于控制分析模块和机车主变压器,以及人机接口模块;本发明设计合理,利用机车主变压器对机车25KV回路进行绝缘检测的装置,通过在机车主变压器次边接入快速变化的电流信号,在主变压器的原边产生高压信号的电磁感应原理来进行车顶绝缘检测。

Description

脉冲式高压绝缘检测装置及其机车车顶绝缘性检测方法
技术领域
本发明涉及机车的维护领域,具体讲是一种脉冲式高压绝缘检测装置及其机车车顶绝缘性检测方法。
背景技术
电力机车车顶高压设备为户外安装,主要包括受电弓、主断路器、车顶母线、避雷器、高压电压互感器、受电弓及车顶母线支持绝缘子等。要求25kV高压电气设备与机车车顶有充足的高压绝缘,能防止风、沙、雨、雪等恶劣气候的侵害及雷电大气过电压的袭击。对车顶高压设备的绝缘检测各机务段采用的是兆欧表测量,其输出功率较小,不能完全反应车顶高压设备的绝缘水平;当电力机车牵引列车运行时,如果机车车顶高压设备发生故障或其它原因造成高压设备故障,比如受电弓刮弓、主断路器灭弧室非线性电阻瓷瓶爆炸、车顶有异物、支持绝缘子闪络等造成高压设备接地或车顶绝缘降低,由于乘务员无法判断故障情况,一旦再次升起受电弓将导致高压放电、接地,轻则造成受电弓滑板与接触网粘接,重则烧断接触网,造成大的故障。另外,如果遇到大雾及雨雪天气,一个供电区间下多台机车,如有一台机车绝缘子闪络,将造成多台机车不能正常工作,严重影响行车安全和铁路运输的正常秩序。行车中遇到上述情况一般需申请停电上车顶作业,作业时间较长(需查找绝缘损坏点、如何隔离等等问题),打乱了正常的运输秩序,严重的影响运输效率,并且区间停电在车顶作业也带来安全隐患。
现有高压绝缘装置的原理及不足之处:
现行交直流机车车顶绝缘监测装置,是利用现有的机车电压互感器缓慢升压倒送50Hz低压交流,以得到缓升的25KV高压,对车顶各瓷瓶作绝缘测试,判断本机车能否升弓上线运行。
因为机车现有的电压互感器功率有限,原则上不允许倒送,而在车顶瓷瓶在干燥工况下,还能够升到25KV额定电压,但在雨天潮湿工况,即使让小功率电压互感器短时间过载使用,也只能升到7KV左右,不能测试到机车正常工作时的额定电压下的机车绝缘状态,曾经发生过多起在机务段内试验合格,上线出现车顶高压设备击穿的情况。
发明内容
因此,为了解决上述不足,本发明在此提供一种设计合理,利用机车主变压器对机车25KV回路进行绝缘检测的装置,本发明通过在机车主变压器次边接入快速变化的电流信号,在主变压器的原边产生高压信号的电磁感应原理来进行车顶绝缘检测。
本发明是这样实现的,构造一种脉冲式高压绝缘检测装置,包括
信号采集模块,与高压互感器连接并获取机车主变压器副边绕组的脉冲式高压检测信号;
控制分析模块,连接于信号采集模块,对获得的脉冲式高压检测信号进行分析处理;
输出脉冲产生模块,其输入端和输出端分别连接于控制分析模块和机车主变压器,并执行控制分析模块输出的执行命令,控制机车主变压器反应;以及
人机接口模块,连接于控制分析模块,实现人工向控制分析模块输入指令和展示控制分析模块分析信号采集模块输入的信号的结果。
优选的,所述信号采集模块包括模拟量输入单元和与之连接的AD采集模块,该AD采集模块的输出端再与控制分析模块连接。
优选的,所述输出脉冲产生模块包括IGBT输出接口单元和电流电压调节模块,其中电流电压调节模块输入端和输出端分别与控制分析模块和IGBT输出接口单元连接,所述IGBT输出接口单元的输出端与机车主变压器连接。
优选的,所述人机接口模块包括指令输入单元和显示及语音模块,所述指令输入单元与控制分析模块输入端连接,所述显示及语音模块与控制分析模块的输出端连接。
一种采用脉冲式高压绝缘检测装置对机车车顶绝缘性检测方法,包括如下步骤:
S1:将信号采集模块与高压互感器连接,该高压互感器连接与机车主变压器匹配;再将输出脉冲产生模块与机车主变压器连接;
S2:操作人员通过指令输入单元向控制分析模块输入指令,控制分析模块分析该指令后发出命令到电流电压调节模块,电流电压调节模块控制车主变压器反应,车主变压器的反应带动高压互感器反应;
S3:信号采集模块中的AD采集模块将互感器的反应信号转换为模拟信号,再将模拟信号输送到控制分析模块,通过该控制分析模块分析处理模拟信号后得出机车车顶绝缘情况,并将该情况通过显示及语音模块以电子形式或语音形式进行表达,以告知操作人员。
在该方法中,所述S2的步骤中电流电压调节模块控制机车主变压器电流快速变化,使得机车主变压器产生脉冲式高压检测信号,并通过AD采集模块采集该脉冲式高压检测信号,并输送到控制分析模块进行波形特性分析,从而得出绝缘性结果。
本发明的原理是:
根据法拉第电磁感应定律,电感两端的感应电势跟电感的磁通量变化率成正比,
即:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
(其中:ε为产生的感应电动势,ΔΦ为磁通量变化量,Δt为发生变化所用时间,n为线圈匝数);
当电流的快速变化时,电感两端将产生很高的电势,其感应电压可以由下式计算:
Figure 235738DEST_PATH_IMAGE002
(其中:U为自感电动势,L为线圈的自感应系数,ΔI/Δt是电流对时间的变化率)
对于机车主变压器,当电流快速变化时,机车主变压器所有绕组中将产生与dB/dt(B是磁场强度,t是时间)成正比的感应电势,该电势在同一铁芯的各绕组中成匝比关系。
本发明是接入主变压器的副边绕组,然后装置利用主变压器自身的特性产生脉冲式高压检测信号,根据目前HXD1型机车的EFAT 6744型牵引变压器的参数和实际的测试结果显示,该信号可以在主变压器的原边形成25KV以上、宽度>4ms(0.7倍峰值脉冲宽度>1ms)的瞬间高压峰值。
这种检测方式模拟了机车升弓后的高压环境,再通过高压互感器将原边产生的高压信号进行采集,对其波形进行数学分析,可以很好的确认受电弓、主断路器、主变原边绕组及本他车的高压瓷瓶的绝缘情况。
发明具有如下优点:
本发明设计合理,利用机车主变压器对机车25KV回路进行绝缘检测,通过在机车主变压器次边接入快速变化的电流信号,在主变压器的原边产生高压信号的电磁感应原理来进行车顶绝缘检测;绝缘检测的手段是数个或数十个的高压脉冲,幅度在25kV以上;绝缘检测的结果是通过对主变压器感应产生的脉冲电压波形特征进行分析和判定而得到的。
附图说明
图1是本发明的系统框图;
图2是本发明的检测装置与机车连接示意图
图3是本发明的检测装置平面布置图;
图4是本发明原理框图;
图5是本发明控制分析模块电路图;
图6是本发明电源及模拟电路。
具体实施方式
下面将结合附图1-图6对本发明进行详细说明,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做出创造性劳动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。
本发明通过改进在此提供一种脉冲式高压绝缘检测装置,包括
信号采集模块200,与高压互感器连接并获取机车主变压器副边绕组的脉冲式高压检测信号;
控制分析模块100,连接于信号采集模块,对获得的脉冲式高压检测信号进行分析处理,该模块由单片机MC9S12XEP100及其外围电路构成,如图5所示;
输出脉冲产生模块400,其输入端和输出端分别连接于控制分析模块和机车主变压器,并执行控制分析模块输出的执行命令,控制机车主变压器反应;
以及人机接口模块300,连接于控制分析模块,实现人工向控制分析模块输入指令和展示控制分析模块分析信号采集模块输入的信号的结果。
在本实施例中,所述信号采集模块200包括模拟量输入单元202和与之连接的AD采集模块201,该AD采集模块201的输出端再与控制分析模块100连接。
在本实施例中,所述输出脉冲产生模块400包括IGBT输出接口单元401和电流电压调节模块402,IGBT输出接口单元401主要由IGBT及其驱动模块KA962F构成,而电流电压调节模块402则主要由MOS管17N80C3及隔离放大器TF6664N构成,其中电流电压调节模块402的输入端和输出端分别与控制分析模块100和IGBT输出接口单元401连接,所述IGBT输出接口单元401的输出端与机车主变压器连接。
在本实施例中,所述人机接口模块300包括指令输入单元301和显示及语音模块302,所述指令输入单元301与控制分析模块100的输入端连接,所述显示及语音模块302与控制分析模块100的输出端连接。
本发明在检测机车车顶绝缘性时,包括如下步骤:
S1:将信号采集模块200与高压互感器连接,该高压互感器连接与机车主变压器匹配;再将输出脉冲产生模块400与机车主变压器连接;
S2:操作人员通过指令输入单元301向控制分析模块100输入指令,控制分析模块100分析该指令后发出命令到电流电压调节模块402,电流电压调节模块402控制车主变压器反应,车主变压器的反应带动高压互感器反应;
S3:信号采集模块200中的AD采集模块201将互感器的反应信号转换为模拟信号,AD采集模块201由隔离放大器AMC1200及外围阻容电路构成,再将模拟信号输送到控制分析模块100,通过该控制分析模块100分析处理模拟信号后得出机车车顶绝缘情况,并将该情况通过显示及语音模块302以电子形式或语音形式进行表达,以告知操作人员。
在该方法中,所述S2的步骤中电流电压调节模块402控制机车主变压器电流快速变化,使得机车主变压器产生脉冲式高压检测信号,并通过AD采集模块202采集该脉冲式高压检测信号,并输送到控制分析模块100进行波形特性分析,从而得出绝缘性结果。
该检测方式模拟了机车升弓后的高压环境,再通过高压互感器将原边产生的高压信号进行采集,对其波形进行数学分析,可以很好的确认受电弓、主断路器、主变原边绕组及本他车的高压瓷瓶的绝缘情况。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种脉冲式高压绝缘检测装置,其特征在于:包括
信号采集模块,与高压互感器连接并获取机车主变压器副边绕组的脉冲式高压检测信号;
控制分析模块,连接于信号采集模块,对获得的脉冲式高压检测信号进行分析处理;
输出脉冲产生模块,其输入端和输出端分别连接于控制分析模块和机车主变压器,并执行控制分析模块输出的执行命令,控制机车主变压器反应;以及
人机接口模块,连接于控制分析模块,实现人工向控制分析模块输入指令和展示控制分析模块分析信号采集模块输入的信号的结果。
2.根据权利要求1所述一种脉冲式高压绝缘检测装置,其特征在于:所述信号采集模块包括模拟量输入单元和与之连接的AD采集模块,该AD采集模块的输出端再与控制分析模块连接。
3.根据权利要求1或2所述一种脉冲式高压绝缘检测装置,其特征在于:所述输出脉冲产生模块包括IGBT输出接口单元和电流电压调节模块,其中电流电压调节模块输入端和输出端分别与控制分析模块和IGBT输出接口单元连接,所述IGBT输出接口单元的输出端与机车主变压器连接。
4.根据权利要求3所述一种脉冲式高压绝缘检测装置,其特征在于:所述人机接口模块包括指令输入单元和显示及语音模块,所述指令输入单元与控制分析模块输入端连接,所述显示及语音模块与控制分析模块的输出端连接。
5.一种采用根据权利要求1-4中任一权利要求所述脉冲式高压绝缘检测装置的机车车顶绝缘性检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将信号采集模块与高压互感器连接,该高压互感器连接与机车主变压器匹配;再将输出脉冲产生模块与机车主变压器连接;
S2:操作人员通过指令输入单元向控制分析模块输入指令,控制分析模块分析该指令后发出命令到电流电压调节模块,电流电压调节模块控制电力机车主变压器反应,电力机车主变压器的反应带动高压互感器反应;
S3:信号采集模块中的AD采集模块将互感器的反应信号转换为模拟信号,
再将模拟信号输送到控制分析模块,通过该控制分析模块分析处理模拟信号后得出机车车顶绝缘情况,并将该情况通过显示及语音模块以电子形式或语音形式进行表达,以告知操作人员。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:所述S2的步骤中电流电压调节模块控制机车主变压器电流快速变化,使得机车主变压器产生脉冲式高压检测信号,并通过AD采集模块采集该脉冲式高压检测信号,并输送到控制分析模块进行波形特性分析,从而得出绝缘性结果。
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