CN113281624A - 一种城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统及方法 - Google Patents

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周云峰
赵洋洋
李雅丽
陈志炜
武伟康
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Abstract

本发明提供了城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统，包括测量模块和监测装置，所述测量模块的输入端分别与直流铠装电缆的导体、铠装连接，用于分别测量导体对负极、铠装对负极的电压值。所述测量模块的输出端与监测装置连接，所述监测装置的输出端与直流铠装电缆回路的断路器跳闸回路连接。其在线监测的方法为，分别测量直流铠装电缆的导体对负极、铠装对负极的电压值，计算铠装对负极的电压值与导体对负极的电压值的比值，比值出现变化，则主绝缘或外护套出现绝缘故障。本发明通过两个电压值比值的变化来判断主绝缘、外护套的绝缘故障，能够及时发现直流铠装电缆的绝缘故障，且不受直流铠装电缆上电压大小的影响。

Description

一种城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统及方法
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统及方法。
背景技术
城市轨道交通牵引变电所的功能是中压交流环网的电源经整流得到直流电，给机车供电。牵引变电所包括两路中压交流电源、两套12脉波整流机组、两台直流进线断路器、四台馈线断路器。其中两套整流机组并联构成等效24脉波。牵引变电所供出直流电给牵引网，牵引网由接触网(或接触轨)、钢轨构成。牵引变电所和牵引网共同组成牵引供电系统。正线相邻牵引变电所对正线接触网实行双边供电。
直流牵引供电系统在运行中发生的最危险的故障为各种短路故障，其中就包括馈线短路故障。对于馈线短路故障，现有的监测和保护系统一般检测馈线与负极间的电流值。馈线采用直流铠装电缆，径向由内而外分别是导体、主绝缘、铠装(或屏蔽层)、外护套，其绝缘包括主绝缘、外护套的两部分。主绝缘和外护套都出现问题时，现有的监测系统才能检测出故障，不利于馈线短路故障的提早发现或预判。
发明内容
本发明针对现有监测和保护系统中存在的技术问题，提供一种城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统及方法，分别测量直流铠装电缆的导体、铠装对负极的电压值，通过两个电压值比值的变化来判断主绝缘、外护套的绝缘故障，能够及时发现直流铠装电缆的绝缘故障，且不受直流铠装电缆上电压大小的影响。
本发明采用的技术方案是：一种城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统，包括测量模块和监测装置，所述测量模块的输入端分别与直流铠装电缆的导体、铠装连接，用于分别测量导体对负极、铠装对负极的电压值，所述测量模块的输出端与监测装置连接，所述监测装置的输出端与直流铠装电缆回路的断路器跳闸回路连接。
进一步的，所述测量模块由电阻R1、电阻R2和两个电压变送器组成，电阻R1接在导体与铠装之间，电阻R2接在铠装与负极之间，电压变送器分别测量导体对负极的电压、铠装对负极的电压。
进一步的，所述监测装置包括依次连接的输入模块、A/D转换模块、CPU和输出模块，所述输入模块接测量模块，输出模块接直流铠装电缆上的断路器。
进一步的，所述CPU还与电源模块、存储器、以太网模块连接。
进一步的，馈线由多根直流铠装电缆并联组成，所有直流铠装电缆的铠装连接在一起。
进一步的，所述馈线的数量为四个，每个所述馈线配有一个所述测量模块，所述监测装置的输出端分别与四个馈线上的断路器连接。
一种上述城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统的在线监测方法，分别测量直流铠装电缆的导体对负极、铠装对负极的电压值，计算铠装对负极的电压值与导体对负极的电压值的比值，比值出现变化，则直流铠装电缆的主绝缘或外护套出现绝缘故障。
进一步的，比值变大，则主绝缘出现绝缘故障；比值变小，则外护套出现绝缘故障。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明分别测量直流铠装电缆的导体、铠装对负极的电压值，通过两个电压值比值的变化来判断主绝缘、外护套的绝缘故障，能够及时发现直流铠装电缆的绝缘故障，且不受直流铠装电缆上电压大小的影响。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的测量模块的结构示意图；
图3为本发明实施例的监测装置的结构示意图；
图4为本发明实施例的原理图。
图中1-测量模块，2-监测装置，21-输入模块，22-A/D转换模块，23-CPU，24-输出模块，25-电源模块，26-存储器，27-以太网模块，28-面板指示灯。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
本发明的实施例提供了一种城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统，如图1至3所示，其包括测量模块1和监测装置2。所述测量模块1的输入端分别与直流铠装电缆的导体、铠装连接，用于分别测量导体对负极、铠装对负极的电压值，所述测量模块1的输出端与监测装置2连接，所述监测装置2的输出端与直流铠装电缆回路的断路器跳闸回路连接。所述馈线的数量为四个，每个所述馈线配有一个所述测量模块1，所述监测装置2的输出端分别与四个馈线上的断路器连接。馈线由四根直流铠装电缆并联组成，所有直流铠装电缆的铠装连接在一起。所述测量模块1由电阻R1、电阻R2、1#电压变送器和2#电压变送器组成，电阻R1接在导体与铠装之间，电阻R2接在铠装与负极之间，1#电压变送器测量导体对负极的电压，2#电压变送器测量铠装对负极的电压。电压变送器均为输入电压为±2000V/输出为±20mA。所述监测装置2包括依次连接的输入模块21、A/D转换模块22、CPU23和输出模块24，所述输入模块21接测量模块1，输出模块24接直流铠装电缆上的断路器。所述CPU23还与电源模块25、存储器26、以太网模块27、LCD、面板指示灯28连接。
一种上述城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统的在线监测方法，分别测量直流铠装电缆的导体对负极、铠装对负极的电压值，计算铠装对负极的电压值与导体对负极的电压值的比值，比值出现变化，则直流铠装电缆的主绝缘或外护套出现绝缘故障。比值变大，则主绝缘出现绝缘故障；比值变小，则外护套出现绝缘故障。
本实施例的运行原理，如图4所示，图中，U：导体对负极的电压(1#电压变送器测量的电压)，Uc：导体对铠装的电压，Us：铠装对负极的电压(2#电压变送器测量的电压)，Rc：导体与铠装之间绝缘的电阻，Rs：铠装与负极之间绝缘的电阻，R1：与Rc并联的附加电阻，R2：与Rs并联的附加电阻。
(1)计算R1与Rc并联的电阻R1’：
Figure BDA0003080211440000041
(2)计算R2与Rs并联的电阻R2’：
Figure BDA0003080211440000042
(3)计算Us：
Figure BDA0003080211440000043
正常运行时，因Rc、Rs、R1、R2为固定值，所以，铠装对负极的电压Us只随导体对负极电压U的变化而变化。
(4)计算Us/U：
Figure BDA0003080211440000044
正常运行时，Us/U为固定值，不随电压的变化而变化，其值小于1。
1.导体对铠装绝缘故障：
导体对铠装绝缘故障时，其绝缘电阻Rc减小，而铠装对负极的绝缘电阻Rs不变，Us随Rc的减小而增大，Us/U也随之增大，最严重情况下Rc＝0，则Us＝U，Us/U＝1。
导体对铠装绝缘故障时的报警设置：正常运行时Us/U为固定值，设为A，导体对铠装绝缘故障最严重情况下Us/U＝1，设基准值为(1-A)。随时监测U及Us，并计算Us/U的值，随着绝缘电阻的下降，Us/U的值增大。计算(Us/U-A)/(1-A)的值，根据此值来报警。
Figure BDA0003080211440000045
Figure BDA0003080211440000051
报警值可设为39.29％，对应导体对铠装的绝缘电阻降低到正常时的0.01倍。
铠装对地绝缘故障：
铠装对负极绝缘故障时，其绝缘电阻Rs减小，而导体对铠装的绝缘电阻Rc不变，Us随Rs的减小而减小，Us/U也随之减小，最严重情况下Rs＝0，则Us＝0，Us/U＝0。
铠装对负极绝缘故障时的报警设置：
正常运行时Us/U为固定值A，铠装对负极绝缘故障最严重情况下Us/U＝0，设基准值为A。随时监测U及Us，并计算Us/U的值，随着绝缘电阻的下降，Us/U的值减小。计算(Us/U-A)/A，根据此值来报警。
项目 符号 正常 0.01倍绝缘电阻 0倍绝缘电阻
导体对铠装的绝缘电阻 Rc(Ω) 10,000,000 10,000,000 10,000,000
铠装对负极的绝缘电阻 Rs(Ω) 5,000,000 50,000 0
附加电阻 R1(Ω) 200,000 200,000 200,000
附加电阻 R2(Ω) 100,000 100,000 100,000
导体对负极的电压 U(V) 1800 1800 1800
R1与Rc并联的电阻 R1′(Ω) 196078.43 196078.43 196078.43
R2与Rs并联的电阻 R2′(Ω) 98039.22 33333.33 0
铠装对负极的电压 Us(V) 600 261.54 0
电压Us的占比 Us/U 0.333 0.145 0
基准值 A＝0.333 0.333
电压偏差百分比 (Us/U-A)/A 0.00％ -56.41％ -100.00％
报警值可设为-56.41％，对应铠装对负极的绝缘电阻降低到正常时的0.01倍。
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (8)

1.一种城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统，其特征在于：包括测量模块和监测装置，所述测量模块的输入端分别与直流铠装电缆的导体、铠装连接，用于分别测量导体对负极、铠装对负极的电压值，所述测量模块的输出端与监测装置连接，所述监测装置的输出端与直流铠装电缆回路的断路器跳闸回路连接。
2.如权利要求1所述的城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统，其特征在于：所述测量模块由电阻R1、电阻R2和两个电压变送器组成，电阻R1接在导体与铠装之间，电阻R2接在铠装与负极之间，电压变送器分别测量导体对负极的电压、铠装对负极的电压。
3.如权利要求1所述的城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统，其特征在于：所述监测装置包括依次连接的输入模块、A/D转换模块、CPU和输出模块，所述输入模块接测量模块，输出模块接直流铠装电缆上的断路器。
4.如权利要求3所述的城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统，其特征在于：所述CPU还与电源模块、存储器、以太网模块连接。
5.如权利要求1所述的城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统，其特征在于：馈线由多根直流铠装电缆并联组成，所有直流铠装电缆的铠装连接在一起。
6.如权利要求5所述的城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测系统，其特征在于：所述馈线的数量为四个，每个所述馈线配有一个所述测量模块，所述监测装置的输出端分别与四个馈线上的断路器连接。
7.一种城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测方法，其特征在于：分别测量直流铠装电缆的导体对负极、铠装对负极的电压值，计算铠装对负极的电压值与导体对负极的电压值的比值；比值出现变化，则直流铠装电缆的主绝缘或外护套出现绝缘故障。
8.如权利要求7所述的城市轨道交通直流铠装电缆绝缘在线监测方法，其特征在于：比值变大，则主绝缘出现绝缘故障；比值变小，则外护套出现绝缘故障。
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