CN220896367U - 城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块包括电源模块和微处理器，电源模块包括光耦隔离信号采样输入单元，微处理器包括监视与处理单元、动作信号输出端、第一频闪脉冲输出端、第二频闪脉冲输出端和复位单元，还包括输出信号光耦隔离单元；微处理器能监测并控制本站各联跳回路情况，当电压持续时间超过预设置定值，故障指示灯闪亮，联跳回路断开，告警信号发出，如出现回路接点接触不良、继电器触点抖动、结露、经过度电阻粘连等非正常带电情况，则告警指示灯闪烁，同时断开继电器，联跳回路断开，告警信号发出，可以区分并监视到不同的故障原因，做到防微杜渐，确保运营列车不再因二次回路故障造成行进中的突然停运。

Description

城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块

技术领域

本实用新型涉及智能城市轨道交通直流供电技术领域，特别是涉及城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块。

背景技术

在城市轨道交通列车牵引供电方面，为保证列车安全运行，该系统是一主供电回路广泛采用直流双边供电模式，这种模式的最大优点是沿线路各点的电源电压相对稳定、同一供电臂相邻的供电设备可同时对该供电臂供电，也可互为备用，即，当一供电所出现故障，无法对外供电时，则可由系统自动切除故障所对外的供电设备，使故障所的故障设备与线路离线，同时投入“越区开关”让该供电臂与故障所的邻所供电臂接通，实现所为的“大双边供电”从而保持该区段的双边供电。

为防止因供电臂出现接地故障而在供电保护方面特别设置了双边联跳保护功能。目前双边联跳信号传递模式广泛采用“二次信号直连式”，即在N+1站、N站、N-1站之间采用区间联跳电缆，发送端的综保装置根据故障类别决定是否发送联跳信号，再经发送继电器、隔离继电器、区间联跳电缆、接收继电器兼驱动断路器跳闸继电器、主断路器构成联跳回路；接收端的综保装置采集联跳信号并根据联跳信号性质启动/闭锁接收端执行线路测试功能。当判定为线路瞬时故障时，则双边供电设备启动重合闸，恢复双边供电模式，否则闭锁线路供电。

由于城市轨道交通大多都建设于城市地下，也就是所谓的地铁，鉴于地下环境较地面不同，湿度大，机车运行时随气流（风力）刮起的灰尘夹杂着车轮与钢轨摩擦的微小金属盐飞扬并受带电设备的电场力作用而附着在电器设备表面及设备内部，极易造成设备既有功能失效，就联跳回路而言，可造成被控设备误动或拒动。严重威胁到了机车运行安全。

为防范直流牵引系统所有设备误动或拒动，各供电维管部门直至目前仍然沿用定期检修与试验、日常人工现场巡视模式，这种模式虽可以提前发现并预防设备已存在的潜在问题，但不能预警并应对设备内部突发故障而及时规避故障从而导致的供电事故，尤其是双边联跳回路。因为该回路的二次操控信号传输路径接点多，线路长，且有些设备安装在接近地面的高压区（断路器小车下部），仅靠上述的定期检修与试验、日常人工现场巡视模式很难做到提前预警并应对设备内部突发故障而及时规避故障导致的供电事故。

所以亟需提供一种“设备”能时时监视与自动临时解除非正常的双边联跳动作。

实用新型内容

本实用新型目的是要提供城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块，能全面时时监测并控制本站各联跳回路情况。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供了城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块，城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块，其特征在于，包括电源模块和微处理器，所述电源模块包括工作电源和、电源开关和多路的光耦隔离信号采样输入单元，所述微处理器包括监视与处理单元、动作信号输出端、第一频闪脉冲输出端、第二频闪脉冲输出端和复位单元，还包括输出信号光耦隔离单元；

多路所述光耦隔离信号采样输入单元分别耦合有联跳回路的输出端，每个所述联跳回路均包括有常闭继电器；

所述微处理被配置为接收所述多路的光耦隔离信号采样输入单元的信号且对应反馈至动作信号输出端、第一频闪脉冲输出端和第二频闪脉冲输出端；当判断单元接收到任一光耦隔离信号采样输入单元的信号连续时长不小于预先设定值时，则输出信号至动作信号输出端和第一频闪脉冲输出端，当判定单元接收到任一光耦隔离信号采样输入单元的信号存在有预先设定值内有且大于10mS宽度的正脉冲，且脉冲个数不小于2个时，则输出信号至第二频闪脉冲输出端；

所述第一频闪脉冲输出端耦合有故障指示灯；

所述动作信号输出端和第二频闪输出端耦合有输出信号光耦隔离单元动作输入端，所述输出信号光耦隔离单元的动作输出端与驱动单元相连，所述驱动单元的输出端与所述常闭继电器线圈电连接，所述驱动单元的输出端还与控制继电器线圈电连接，所述控制继电器的输出端与信号传送器电连接；

所述第二频闪脉冲输出端还与输出信号光耦隔离单元的频闪输入端相连接，所述驱动单元的频闪脉冲输出端与异常告警灯相连接；

所述复位单元包括电阻复位按钮，所述复位按钮的输出端和微处理器的信号输入端相连接。

优选地，每个所述的常闭继电器上均设有动作指示灯。

优选地，还包括二进制拨码开关，所述二进制拨码开关的输出端与微处理器的信号输入端相连接并用以形成所述预先设定值。

优选地，所述微处理器的运行状态输出端还耦合有运行指示灯。

优选地，所述第一频闪脉冲输出端和第二频闪脉冲输出端均输出频率为1S、占空比为50%的频闪脉冲。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型为填补即有城轨交通直流双边供电联跳回路在监视与保护方面功能缺失的空白，通过光耦隔离信号采样输入单元能全面时时监测并控制本站各联跳回路情况，在联跳回路电压持续时间超过预设置定值，则判断其线路发生故障，此时告警指示灯闪亮，联跳回路断开、告警信号发出，一旦动作发出或动作将一直保持，（不能自动恢复）要想恢复上述动作到动作前状态，必须人工在现场处理完各路故障后，方可按动复位按键2S才可恢复到事先状态，如出现回路接点接触不良、继电器触点抖动、结露、经过度电阻粘连等非正常带电情况，则告警指示灯闪烁，同时继电器动作、联跳回路断开、告警信号发出，本发明可以区分并监视到不同的故障原因，为尽快恢复列车提供问题处理思路，做到防微杜渐，确保运营列车不再因联跳二次回路故障造成行进中的突然停运故障。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本实用新型实施例的原理框图；

图2是本实用新型实施例工作电源和微处理器的电路图；

图3是本实用新型实施例的驱动单元、输出信号光耦隔离单元和多路继电器的电路图。

其中，附图标记说明如下：

1、工作电源和电源开关；11、运行指示灯；12、故障指示灯；

2、光耦隔离信号采样输入单元；

3、微处理器；

4、输出信号光耦隔离单元；

5、驱动单元；

6、复位按钮；

7、二进制拨码开关；

8、微处理在线编程接口；

9、外部功能扩展串行接口；

101、常闭继电器；102、控制继电器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，包括电源模块、微处理器3、输出信号光耦隔离单元4和多路继电器，电源模块包括工作电源和电源开关1以及多路的光耦隔离信号采样输入单元2，继电器包括控制继电器102和常闭继电器101。还包括运行指示灯、故障指示灯和异常告警灯；工作电源包括多种隔离变化后的供电电源，用于多种器件的供电。

打开电源开关K，电源指示灯点亮; 微处理器3（MCU）开始工作，微处理器3的运行状态输出端还耦合有运行指示灯11，运行指示灯11闪亮。（被保护线路无故障时其它指示灯均不亮）。

本例中有多路光耦隔离信号采样输入单元2，在本例中包括有6路，分别用于检测收集不同联跳回路的信号，联跳回路中设置有常闭继电器101，用于控制联跳回路的通断。

微处理器3包括监视与处理单元、动作信号输出端、第一频闪脉冲输出端、第二频闪脉冲输出端和复位单元。

如图2和图3所示，微处理器3被配置为接收光耦隔离信号采样输入单元2的信号且对应反馈至动作信号输出端、第一频闪脉冲输出端和第二频闪脉冲输出端，其中采样输入端用于接收光耦隔离信号采样输入单元2的信号，监视与处理单元将接收的信号与预先设置的数值和时间进行对比，然后根据不同信号对应反馈至动作信号输出端、第一频闪脉冲输出端和第二频闪脉冲输出端，可以单个输出，也可以同时输出两个不同输出端，当采样输入端接收到任一路光耦隔离信号采样输入单元2输入的信号连续时长不小于预先设定值时，则输出信号至动作信号输出端和第一频闪脉冲输出端，当采样输入端接收到任一路光耦隔离信号采样输入单元2输入的信号存在有在预先时间内有且大于10mS正脉冲宽度，且脉冲个数不小于2个时，则输出信号至第二频闪脉冲输出端和动作信号输出端。

第一频闪脉冲输出端耦合有故障指示灯12；提示工作人员联跳回路因为对应回路有超时联跳电压已断开，多个动作信号输出端口均耦合有输出信号光耦隔离单元4，经过输出信号光耦隔离单元4进行隔离并倒相，输出信号光耦隔离单元4的高电平输出端和驱动单元5相耦合，驱动单元5的动作信号输出端与常闭继电器101线圈电连接，当采样输入端接收到任一路光耦隔离信号采样输入单元2输入的信号连续时长不小于拨码开关设定值时，微处理器3的对应的动作信号输出端口（OUT1-OUT6其中一个）输出低电平，这个低电平经输出信号光耦隔离单元4（PS2801-4）的高电平输出端（IC1-IC6其中一个）输出高电平送给驱动单元5（继电器驱动芯片ULN2803）对应的输入端口，驱动单元5（继电器驱动芯片ULN2803）的低电平输出端口（DOUT1-DOUT6其中一个）输出低电平驱动对应常闭继电器101（JK1-JK6其中一个），常闭继电器101的常闭接点打开，切断联跳回路。

驱动单元5的动作信号输出端还与控制继电器102线圈电连接，控制继电器102的动作信号输出端和频闪脉冲输出端和信号传送器电连接，同时微处理器3的对应的动作信号输出端口（OUT7）端口输出低电平送到输出信号光耦隔离单元4（PS2801-4），经过光耦隔离传输到驱动单元5（继电器驱动芯片ULN2803）对应的输入端口，驱动单元5（继电器驱动芯片ULN2803）对应的动作信号输出端口（DOUT7）输出低电平送到驱动控制继电器102JK7的1脚，继电器JK7线圈得电，其对外输出接点动作，将频闪信号传递至信号传送器，信号传送器将此信号送给远程监控系统，以此告知供电调度人员。

第二频闪脉冲输出端耦合有频闪输入端。驱动单元5的频闪脉冲输出端与异常告警灯相连接。

当微处理器3在拨码开关设定值内监测到任何一路输入信号存在有＜预先设定值＞10mS正脉冲宽度，且脉冲个数 ≥ 2个的信号时，第二频闪脉冲输出端（OCUT8）输出频率为1S的频闪脉冲（占空比50%），该频闪脉冲经输出信号光耦隔离单元4（PS2801-4）隔离后送到驱动单元5（继电器驱动芯片（ULN2803））对应的输入端口（08），其驱动单元5的频闪脉冲输出端（DOUT8）输出频率为1S的频闪脉冲至J8输出端口， J8输出端口实际上就是一个OC门，可直接驱动告警指示灯闪烁，同时动作信号输出端（OUT7）同样输出低电平至输出信号光耦隔离单元4，输出信号光耦隔离单元4再传递至驱动单元5，驱动单元5控制常闭继电器101和控制继电器102动作。

常闭继电器101、告警指示灯和控制继电器102，使得常闭继电器101打开，进而联跳回路断开，使得控制继电器102打开，进而信号传送器接收到故障信号，告警指示灯闪烁。

复位模块包括复位电阻和复位按钮6，复位按钮6的输出端和微处理器3的信号输入端相连接，以上信号及出口一旦发出，动作将一直保持，（不能自动恢复）要想恢复上述动作到动作前状态，必须人工在现场处理完各路故障后，方可按动复位按键2S将复位按钮6输出端传递至微处理器3信号输入端，微处理器3接收带到该复位信号后，会使模块全部输出端停止输出，使得系统恢复到联跳模式，如有未经处理，则系统将禁止复位。

每个常闭继电器101上均设有动作指示灯。这样对应的常闭继电器101接收驱动单元5的动作信号输出端信号后，断开且动作指示灯点亮，能准确看出具体为哪个联跳回路出现问题，但如果是驱动单元5的频闪脉冲输出端输出的信号后，多个常闭继电器101均动作，多个动作指示灯均闪烁，多条联跳回路均断开。

SW2是一个两位二进制拨码开关7，用户可根据应用保护设备，即不同厂家的直流开关柜保护设定的联跳信号有效时长选择该拨码开关的位置，通过二进制拨码开关7形成预先设定的时间数值，本例中的预先设定在（模块预设00=3S、01=4S、10=5S、11=6S，共4组选择），本例中是6S，即观察是是否有高电平信号等于6S，有则输出信号至动作信号输出端和第一频闪脉冲输出端，再观察6S内是否有大于10mS正脉冲宽度，且脉冲的个数≥2个时，则输出信号至动作信号输出端和第二频闪脉冲输出端，微处理器3以此时长鉴别联跳信号是否异常，是否需要切除联跳并闭锁，如有必要也可在线修改程序。

第一频闪脉冲输出端和第二频闪脉冲输出端均输出频率为1S、占空比50%的频闪脉冲。到达快速闪烁，以提醒巡检人员注意。

微处理在线编程接口8即 J2接口是系统预留的为本模块在线修改程序的专用接口，它可以通过一个专用接口转USB与PC机连接，实现在线编程。

外部功能扩展串行接口9即J3接口是系统预留的一个串行数据输出接口，它可以与外设备通信，方便日后功能扩展。

J8插口是系统预留的一个OC门输出接口，它可以直接驱动一个外接不大于200mA的阻性或感性设备（感性负载需外接续流二极管）。

具体工作流程如下：1、模块自上电开始，同时监测6路（其中1路为备用）联跳回路电压存在时间，当任意联跳回路电压持续时间超过预设置定值时，模块将自动切断对应联跳回路（对应继电器动作指示灯点亮），并在当地闪亮告警指示灯，同时向信号发送器系统发“联跳回路切除”信号。这一动作及三个信号将一直保持到人工在模块上按动“复位键 ”2S才能恢复联跳回路到正常投入模式。（如果回路电压依然存在，则模块将自动重复到前述过程、拒绝复位）。

2、出现上述“1”情况并不影响模块自动监视和控制其它回路,其动作与显示状态与“1”相同。

3、当联跳回路出现回路接点接触不良、继电器触点抖动、结露、经过度电阻粘连等非正常带电，该模块则依据 “在600mS内连续出现2次＞10mS宽度的脉冲信号”为判据，告警指示灯闪烁。该信号同样会切断联跳回路、并发信号给信号传送器，以此告知系统调度“联跳回路闪联”。一次供电回路短路动作，模块状态与 “1”相同。该模块一旦有动作，则将一直保持到人工在模块上按动“复位”键2S才能恢复。以此灯光的闪烁和继电器的动作情况判断到底是何种故障，是发生线路的瞬时故障，需要进行双边供电，还是二次线路的继电器等设备出现故障问题，以便维护部门，尽快维修。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块，其特征在于，包括电源模块和微处理器，所述电源模块包括工作电源、电源开关和多路的光耦隔离信号采样输入单元，所述微处理器包括监视与处理单元、动作信号输出端、第一频闪脉冲输出端、第二频闪脉冲输出端和复位单元，还包括输出信号光耦隔离单元；

多路所述光耦隔离信号采样输入单元分别耦合有联跳回路的输出端，每个所述联跳回路均包括有常闭继电器；

所述微处理被配置为接收所述多路的光耦隔离信号采样输入单元的信号且对应反馈至动作信号输出端、第一频闪脉冲输出端和第二频闪脉冲输出端；当监视与处理单元接收到任一光耦隔离信号采样输入单元的信号连续时长不小于预先设定值时，则输出信号至动作信号输出端和第一频闪脉冲输出端，当监视与处理单元接收到任一光耦隔离信号采样输入单元的信号存在有预先设定值内有且大于10mS宽度的正脉冲，且脉冲个数不小于2个时，则输出信号至第二频闪脉冲输出端和动作信号输出端；

所述第一频闪脉冲输出端耦合有故障指示灯；

所述动作信号输出端耦合有输出信号光耦隔离单元动作输入端，所述输出信号光耦隔离单元的动作输出端与驱动单元相连，所述驱动单元的输出端与所述常闭继电器线圈电连接，所述驱动单元的输出端还与控制继电器线圈电连接，所述控制继电器的输出端与信号传送器电连接；

所述第二频闪脉冲输出端与输出信号光耦隔离单元的频闪输入端相连接，所述驱动单元的频闪脉冲输出端与异常告警灯相连接；

所述复位单元包括电阻复位按钮，所述复位按钮的输出端和微处理器的信号输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块，其特征在于：每个所述的常闭继电器上均设有动作指示灯。

3.根据权利要求1所述的城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块，其特征在于：还包括二进制拨码开关，所述二进制拨码开关的输出端与微处理器的信号输入端相连接并用以形成所述预先设定值。

4.根据权利要求3所述的城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块，其特征在于：所述微处理器的运行状态输出端还耦合有运行指示灯。

5.根据权利要求1所述的城轨交通直流双边供电联跳回路监视与保护模块，其特征在于：所述第一频闪脉冲输出端和第二频闪脉冲输出端均输出频率为1S、占空比为50%的频闪脉冲。