CN112848895B - 一种机车供电电气保护装置及控制方法 - Google Patents

一种机车供电电气保护装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机车供电电气保护装置及控制方法，包括模拟量输入模块，用于获取机车供电参数，并对参数进行处理后再发送至控制模块；同时将处理后的参数与预设值进行比较，并在参数超出预设值时发送保护指令至数字量输出模块；控制模块，用于在模拟量输入模块向数字量输出模块发送保护指令时，也向数字量输出模块输出保护指令；同时将接收到的处理后的参数与预定值进行比较，并在参数超出预定值时发送保护指令至数字量输出模块；数字量输出模块，用于接收模拟量输入模块和控制模块的保护指令时，对外输出保护操作指令。本发明的装置及方法均具有结构简单、通信稳定可靠、保障机车运行可靠等优点。

Description

一种机车供电电气保护装置及控制方法
技术领域
本发明主要涉及机车供电监测技术领域，特指一种机车供电电气保护装置及控制方法。
背景技术
现有机车车辆通过车辆受电弓从高压电网线上引入高压交流电或者高压直流电作为供电能源，高压交流电或高压直流电经过变压设备以后供给各用电单元使用,若线上电压电流异常，易引发设备烧毁，车辆停运。同时，车辆运行的稳定和连续性对于运营管理非常重要，电压监测系统需稳定可靠，尽可能减少误保护和漏保护，而目前并无相关的机车电压电流监测系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种安全可靠，提高机车运行可靠性的机车供电电气保护装置及控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种机车供电电气保护装置，包括模拟量输入模块、控制模块和数字量输出模块；
所述模拟量输入模块，分别与所述控制模块和数字量输出模块相连，用于获取机车供电参数，并对参数进行处理后再发送至控制模块；同时将处理后的参数与预设值进行比较，并在参数超出预设值时发送保护指令至所述数字量输出模块；
控制模块，用于在模拟量输入模块向所述数字量输出模块发送保护指令时，也向数字量输出模块输出保护指令；同时将接收到的处理后的参数与预定值进行比较，并在参数超出预定值时发送保护指令至所述数字量输出模块；
数字量输出模块，用于接收模拟量输入模块和控制模块的保护指令时，对外输出保护操作指令。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述模拟量输入模块包括A/D转换单元、软件滤波单元、数据处理及存储单元、超限判断单元和数据传送单元；
所述A/D转换单元，用于将模拟量信号的参数转换为数字量信号；
所述软件滤波单元，用于对数字量信号进行滤波；
所述数据处理及存储单元，用于对数字量信号进行处理，得到有效值或/和峰值；并以波形的方式对参数进行实时储存；
所述超限判断单元，用于将滤波后的参数与预设值进行比较，并在参数超出预设值时发送保护指令至所述数据传送单元；
所述数据传送单元，用于将参数以及保护指令发送至数字量输出模块。
所述模拟量输入模块与所述控制模块之间、以及控制模块与数字量输出模块之间均通过一种或多种总线通讯相连。
所述总线包括CPCI总线或者RS485总线或者CAN总线中的一种或两种。
所述模拟量输入模块与数字量输出模块之间通过硬线连接。
所述参数包括电压或/和电流。
所述模拟量输入模块、控制模块和数字量输出模块均设置成独立的单板。
本发明还公开了一种基于如上所述的机车供电电气保护装置的控制方法，包括：
所述模拟量输入模块获取机车供电参数，并对参数进行处理后再发送至控制模块；同时将处理后的参数与预设值进行比较，并在参数超出预设值时发送保护指令至所述数字量输出模块；
控制模块在模拟量输入模块向所述数字量输出模块发送保护指令时，同时也向数字量输出模块输出保护指令；同时将接收到的处理后的参数与预定值进行比较，并在参数超出预定值时发送保护指令至所述数字量输出模块；
数字量输出模块接收模拟量输入模块和控制模块的保护指令时，对外输出保护操作指令。
作为上述技术方案的进一步改进：
对处理后的参数以波形方式进行存储；在参数未超过预设值时，对应波形的采样频率为第一采样频率，在参数超过预设值时，对应波形的采样频率为第二采样频率，所述第二采样频率大于第一采样频率。
参数的处理包括通过低通滤波方法对参数进行FIR滤波。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的机车供电电气保护装置，适用于对接触线或者机车各电源线上电压电流的监测保护，可对高压交流电或高压直流电的电压和电流进行监控，并且在模拟量输入模块和控制模块中均有相应的超限判断，各模块在参数超限时均能发送相应的保护指令，在其中一个模块出现故障时，另外一个模块能够执行超限判断，提高保护的可靠性。
(2)模拟量输入模块通过硬线与数字量输出模块相连，在参数超限时直接输出硬保护指令至数字量输出模块，不仅能够直接及时输出保护指令，同时不受外界干扰。
(3)本发明的机车供电电气保护装置，各模块之间采用多种总线进行通讯，各种通讯可以相互冗余，在其中一种总线出现问题时，另一种总线仍然能够保证正常的通讯。
附图说明
图1为本发明的装置在实施例的方框结构图。
图2为本发明的模拟量输入模块在实施例的方框结构图。
图例说明：1、模拟量输入模块；101、A/D转换单元；102、软件滤波单元；103、数据处理及存储单元；104、超限判断单元；105、数据传送单元；2、控制模块；3、数字量输出模块。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本实施例的机车供电电气保护装置，包括模拟量输入模块1、控制模块2和数字量输出模块3；
模拟量输入模块1，分别与控制模块2和数字量输出模块3相连，用于获取机车供电参数，包括电压、电流等，并对参数进行处理后再发送至控制模块2；同时将处理后的参数与预设值进行比较，并在参数超出预设值时发送保护指令至数字量输出模块3；
控制模块2，用于在模拟量输入模块1向数字量输出模块3发送保护指令时，也向数字量输出模块3输出保护指令；同时将接收到的处理后的参数与预定值进行比较，并在参数超出预定值时发送保护指令至数字量输出模块3；
数字量输出模块3，用于接收模拟量输入模块1和控制模块2的保护指令时，对外输出保护操作指令。
其中，模拟量输入模块1为图1中的AI板，控制模块2为图1中的CPU板,数字量输出模块3为图1中的DO板。
本发明的机车供电电气保护装置，适用于对接触线或者机车各电源线上电压电流的监测保护，可对高压交流电或高压直流电的电压和电流进行监控，并且在模拟量输入模块1和控制模块2中均有相应的超限判断，各模块在参数超限时均能发送相应的保护指令，在其中一个模块出现故障时，另外一个模块能够执行超限判断，提高保护的可靠性。当然，在其它实施例中，为了减少误保护的可能性，相应的控制策略可以调整为：在数字量输出模块3同时收到模拟量输入模块1和控制模块2的保护指令时，才输出相应的保护操作指令。
上述模拟量输入模块1中的预设值与控制模块2中的预定值可以相同，也可以不相同。对于不同保护条件的机车车型，实现不同的设置，从而可以适用于不同机车车型，通用性强。
如图2所示，本实施例中，模拟量输入模块1包括A/D转换单元101、软件滤波单元102、数据处理及存储单元103、超限判断单元104和数据传送单元105；A/D转换单元101，用于将模拟量信号的参数转换为数字量信号，其中A/D转换单元101采用工业级芯片，采样精度高；软件滤波单元102，用于对数字量信号进行滤波；数据处理及存储单元103，用于对数字量信号进行处理，得到有效值或/和峰值；并以波形的方式对参数进行实时储存；超限判断单元104，用于将滤波后的参数与预设值进行比较，并在参数超出预设值时发送保护指令至数据传送单元105；数据传送单元105，用于将参数以及保护指令发送至数字量输出模块3。上述模拟量输入模块1能够对电压和电流进行采集分析后再存储实时波形，有利于数据的记录以及后续故障的处理分析。当然，也可以外接显示器，通过对上述波形实时显示，便于观察。
本实施例中，模拟量输入模块1与控制模块2之间、以及控制模块2与数字量输出模块3之间均通过一种或多种总线通讯相连。具体地，总线包括CPCI总线和RS485总线两种，各模块通过两种总线同时进行通讯，形成冗余保护；在其中一种总线出现问题时，另一种总线仍然能够保证正常的通讯。当然，在其它实施例中，也可以采用CAN等其它通讯方式。另外，模拟量输入模块1与数字量输出模块3之间通过硬线连接，不仅保证能够及时输出保护指令，且不易受到外部干扰。
本实施例中，模拟量输入模块1、控制模块2和数字量输出模块3均设置成独立的单板形式，便于后续的检修维护。当然，在其它实施例中，也可以采用将各模块集成于同一电路板。
本发明还相应公开了一种基于如上所述的机车供电电气保护装置的控制方法，包括以下步骤：
模拟量输入模块1获取机车供电参数(如电压电流等)，并对参数进行处理后再发送至控制模块2；同时将处理后的参数与预设值进行比较，并在参数超出预设值时发送保护指令至数字量输出模块3；
控制模块2在模拟量输入模块1向数字量输出模块3发送保护指令时，同时也向数字量输出模块3输出保护指令；同时将接收到的处理后的参数与预定值进行比较，并在参数超出预定值时发送保护指令至数字量输出模块3；
数字量输出模块3接收模拟量输入模块1和控制模块2的保护指令时，对外输出保护操作指令。
本实施例中，对处理后的参数以波形方式进行存储；在参数未超过预设值时，对应波形的采样频率为第一采样频率，在参数超过预设值时，对应波形的采样频率为第二采样频率，第二采样频率大于第一采样频率。如在电压/电流未超限时，每20ms记录100个采样点数据，记录的波形较稀疏；当出现电压/电流超限时，每20ms记录1000个采样点数据，记录的波形较密集，便于后续对故障回放与分析。
本实施例中，参数的处理包括通过低通滤波方法对参数进行FIR(FiniteImpulseResponse)滤波。由于经A/D转换后的数字信号含有各频率段的干扰信号，机车车辆交流信号频率为50Hz，经上述滤波后可滤除大于500Hz的干扰信号。由于采集上述软件滤波的方式，降低了整体硬件的复杂度。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种机车供电电气保护装置，其特征在于，包括模拟量输入模块(1)、控制模块(2)和数字量输出模块(3)；
所述模拟量输入模块(1)，分别与所述控制模块(2)和数字量输出模块(3)相连，用于获取机车供电参数，并对参数进行处理后再发送至控制模块(2)；同时将处理后的参数与预设值进行比较，并在参数超出预设值时发送保护指令至所述数字量输出模块(3)；
控制模块(2)，用于在模拟量输入模块(1)向所述数字量输出模块(3)发送保护指令时，也向数字量输出模块(3)输出保护指令；同时将接收到的处理后的参数与预定值进行比较，并在参数超出预定值时发送保护指令至所述数字量输出模块(3)；
数字量输出模块(3)，用于接收模拟量输入模块(1)和控制模块(2)的保护指令时，对外输出保护操作指令；
所述模拟量输入模块(1)包括A/D转换单元(101)、软件滤波单元(102)、数据处理及存储单元(103)、超限判断单元(104)和数据传送单元(105)；
所述A/D转换单元(101)，用于将模拟量信号的参数转换为数字量信号；
所述软件滤波单元(102)，用于对数字量信号进行滤波；
所述数据处理及存储单元(103)，用于对数字量信号进行处理，得到有效值或/和峰值；并以波形的方式对参数进行实时储存；
所述超限判断单元(104)，用于将滤波后的参数与预设值进行比较，并在参数超出预设值时发送保护指令至所述数据传送单元(105)；
所述数据传送单元(105)，用于将参数以及保护指令发送至数字量输出模块(3)。
2.根据权利要求1所述的机车供电电气保护装置，其特征在于，所述模拟量输入模块(1)与所述控制模块(2)之间、以及控制模块(2)与数字量输出模块(3)之间均通过一种或多种总线通讯相连。
3.根据权利要求2所述的机车供电电气保护装置，其特征在于，所述总线包括CPCI总线或者RS485总线或者CAN总线中的一种或两种。
4.根据权利要求1或2所述的机车供电电气保护装置，其特征在于，所述模拟量输入模块(1)与数字量输出模块(3)之间通过硬线连接。
5.根据权利要求1或2所述的机车供电电气保护装置，其特征在于，所述参数包括电压或/和电流。
6.根据权利要求1或2所述的机车供电电气保护装置，其特征在于，所述模拟量输入模块(1)、控制模块(2)和数字量输出模块(3)均设置成独立的单板。
7.一种基于权利要求1至6中任意一项所述的机车供电电气保护装置的控制方法，其特征在于，包括：
所述模拟量输入模块(1)获取机车供电参数，并对参数进行处理后再发送至控制模块(2)；同时将处理后的参数与预设值进行比较，并在参数超出预设值时发送保护指令至所述数字量输出模块(3)；
控制模块(2)在模拟量输入模块(1)向所述数字量输出模块(3)发送保护指令时，同时也向数字量输出模块(3)输出保护指令；同时将接收到的处理后的参数与预定值进行比较，并在参数超出预定值时发送保护指令至所述数字量输出模块(3)；
数字量输出模块(3)接收模拟量输入模块(1)和控制模块(2)的保护指令时，对外输出保护操作指令。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，对处理后的参数以波形方式进行存储；在参数未超过预设值时，对应波形的采样频率为第一采样频率，在参数超过预设值时，对应波形的采样频率为第二采样频率，所述第二采样频率大于第一采样频率。
9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，参数的处理包括通过低通滤波方法对参数进行FIR滤波。
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