機車直流絕緣監(jiān)測裝置的研制

1、機車直流絕緣監(jiān)測裝置的研制陳愛軍 1, 漆志佳 2, 劉 宏 1, 毛業(yè)軍 1, 廖洪濤 1(1. 南車株洲電力機車有限公司 , 湖南 株洲 412001; 2. 株洲長河機電產品開發(fā)公司 , 湖南 株洲 412001摘要 :在傳統(tǒng)檢測方法的基礎上 , 開發(fā)了一種新的基于單片機技術的機車直流絕緣監(jiān)測裝置 , 該裝置不僅能實時監(jiān)測機車直流系統(tǒng)正負母線對地的絕緣電阻 , 而且還能檢測出輸入斷線的問題。裝車試運行證明 , 該裝置功能可靠、 運行穩(wěn) 定、 自動化程度高。關鍵詞 :機車 ; 直流系統(tǒng) ; 絕緣 ; 監(jiān)測裝置 中圖分類號 :U269.32+2文獻標識碼 :A文章編號 :1672-1187(

2、2008 01-0041-02Development of insulation monitoring device for locomotive DC systemCHEN Ai-jun 1, QI Zhi-jia 2, LIU Hong 1, M AO Ye-jun 1, LIAO Hong-tao 1(1. CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co. , Ltd. , Zhuzhou 412001, China ;2. Zhuzhou Changhe Electromechanical Co. , Zhuzhou 412001, China Abstract

3、:Based on traditional measurement methods, applying microcontroller technology, a new insulation-monitoring device is developed for locomotive DC system. This device can not only measure the insulation resistance of DC system, but also detect the problem that input wires are broken. After applicatio

4、n in locomotive, this device is proved reliable, stable and convenient.Key words :locomotive ; DC system ; insulation ; monitoring device電力機車與城軌車輛Electric Locomotives &Mass Transit Vehicles檢測 試驗第 31卷 第 1期 2008年 1月 20日Vol. 31No. 1Jan. 20th , 2008收稿日期 :2007-04-05作者簡介 :陳愛軍 , 2005年獲重慶大學儀器科學與技術專業(yè)碩士學位 , 現

5、從事機車電氣系統(tǒng)設計工作。0引言機車 110V 直流電源是機車控制單元、信號通訊系統(tǒng)、 繼電器保護回路及其他自動裝置的工作電源。 由于機 車運行環(huán)境惡劣 , 110V 電氣設備或導線的絕緣損壞常常 會造成電路的接地故障。雖然單點接地故障對機車的運 行不會產生影響 , 但是若出現兩處或兩處以上的多點接 地故障時 , 電路可能會產生短路而燒損設備和導線 , 從而 嚴重影響機車正常運行的安全性和可靠性。因此研制機 車直流絕緣監(jiān)測裝置顯得十分重要。該裝置可實時在線 監(jiān)測直流電源系統(tǒng)正負母線對地的絕緣電阻 , 當絕緣電 阻過低時 , 可給出報警信息 , 從而消除接地故障給機車運 行帶來的安全隱患。1監(jiān)測

6、原理目前 , 直流電源系統(tǒng)對地絕緣的傳統(tǒng)檢測方法有電橋法、 注入低頻交流信號法和漏電流檢測法等幾種方法 , 這幾種方法各自都有其優(yōu)缺點 1-5。為了克服以上幾種方 法的不足之處 , 在傳統(tǒng)檢測方法的基礎上 , 筆者提出了一種新的針對機車直流系統(tǒng)的絕緣電阻檢測方法 , 其原理 見圖 1。在原理圖中 , L+和 L-為機車直流電源系統(tǒng)的正 負母線 , L+和 L-均對地懸浮 ,為接地點 , R p 和 R n 分別為待測的正負母線對地的絕緣電阻 , R c1、 R c2、 R c3和 R c4為測量用的已知阻值的精密電阻 , S1和 S2為電子開關。圖 1直流絕緣電阻檢測原理圖設直流電網電壓為 U

7、 , R p /R c3(“ /” 表示兩電阻并聯 為R cp , R n /R c4為 R cn , R cp 、 R cn 對 地 電 壓 分 別 為 U cp 、 U cn , U cp 和 U cn 的大小可以分別通過采集 R c3和 R c4兩端的電壓得到。當開關 S1, S2全部斷開時 , 測量 R c3和 R c4兩端電壓 為 U cp0和 U cn0。 由圖 1可知 , 所測的 U cp0和 U cn0分別為此時 正負母線與地之間的電壓 , 由此可得 :-41-U cp0cp =U cn0cn(1當開關 S1閉合、 S2斷開時 , 則在正母線與地之間加 入了一個標準電阻 R c

8、1, 測量此時 R c3和 R c4兩端的電壓 , 得到正負母線與地之間的電壓分別為 U cp1和 U cn1。 由此可 得 :U cp1cp +U cp1c1=U cn1cn(2由式 (1 和式 (2 聯合可以得到 :R cp =R c1U U cp1 U cn0- 1R cn=R c1U cp0 U cn1-U cn0 U cp1cp0 cp1 由以上兩式計算出 R cp 和 R cn 的值 , 由于 R c3和 R c4的 電阻值已知 , 因此可以通過電阻并聯原理計算得到直流 系統(tǒng)正負母線對地的絕緣電阻 R p 和 R n 。由圖 1可知 , 在下面兩種情況也可以得到直流系統(tǒng) 正負母線對

9、地的絕緣電阻 :1 S1和 S2全部斷開 , 然后 S1斷開和 S2閉合 ; 2 S1閉合和 S2斷開 , 然后 S1斷開和 S2閉合。 此檢測方法不僅可以檢測正負母線對地的絕緣電阻 大小 , 還可以檢測到 L+/L-和 任一連線斷開的故障。由圖 1可知 , 如果 L+/L-斷開 , 采集到的電網電壓將為零值 , 如果斷開 , 在開關 S1和 S2切換前后 R c3和 R c4上所采集的電壓不會變化 , 因此可通過以上的方法來檢測 絕緣監(jiān)測裝置是否斷線。2硬件結構為了實現在線實時自動監(jiān)測機車直流系統(tǒng)正負母線對地的絕緣電阻 , 絕緣監(jiān)測裝置采用了單片機控制技術 , 硬件系統(tǒng)結構如圖 2所示。機車

10、直流絕緣監(jiān)測裝置由單 片 機 和 外 圍 電 路 組 成 , 單 片 機 選 用 Philips 公 司 的P89LPC938FA , 看門狗電路保證了單片機系統(tǒng)的可靠運 行 , 系統(tǒng)工作電源為 DC 110V , 隔離電源模塊具有保護絕 緣監(jiān)測裝置不受機車直流電源過電壓沖擊的作用。按鍵 包括設置、 測試、 復位和確定等 4個按鈕 , 裝置還包括 4個 8位共陽極 LED 數碼管。外部電壓信號通過信號采集電路、 隔離電路、 信號調 理 , 經 A/D 轉換輸入到單片機中 , 單片機通過分析計算 , 得到機車直流系統(tǒng) 正 負 母 線 對 地 的 絕 緣 電 阻 , 并 通 過LED 數碼管顯示。

11、絕緣監(jiān)測裝置通過按鍵輸入電路可以 設置絕緣電阻的報警值 , 當所測得的電阻值低于設定的 報警值時 , 報警指示燈給出提示信號 , 報警繼電器輸出報 警信息給機車控制系統(tǒng) , 然后由機車控制系統(tǒng)再給出機 車直流系統(tǒng)接地保護動作。 通過按 “測試” 按鈕 , 裝置執(zhí)行 自我測試功能 , 檢測各個模塊的功能是否正常。圖 2硬件系統(tǒng)結構框圖3軟件結構 (見圖 3系統(tǒng)軟件采用基于單片機的 C 語言編程 , 為了可靠實現絕緣監(jiān)測裝置的功能 , 軟件系統(tǒng)采用模塊化設計 , 主 要包括按鍵輸入處理模塊、 絕緣電阻計算模塊、 故障檢測 模塊、 故障處理報警模塊和顯示模塊等。圖 3軟件系統(tǒng)結構框圖4結論針對正負母

12、線對地懸浮的直流系統(tǒng) , 筆者在傳統(tǒng)檢測方法的基礎上 , 采用一種新的檢測方法 , 開發(fā)了基于單 片機技術的機車直流絕緣監(jiān)測裝置。該裝置不僅能在線 實時檢測直流系統(tǒng)正負母線對地的絕緣電阻 , 當所測的 絕緣電阻低于設定值時 , 絕緣監(jiān)測裝置給出報警信號 , 并 通知機車控制系統(tǒng)給出直流系統(tǒng)接地保護的命令 , 從而 避免直流電源系統(tǒng)正 負 母 線 接 地 故 障 而 造 成 的 機 車 事 故 , 而且還能判斷裝置輸入接線是否斷開 , 從而避免由于 斷線而引起裝置失效的問題。 通過裝車試運行發(fā)現 , 該裝 置功能準確可靠 , 運行穩(wěn)定 , 自動化程度高。參考文獻 :1王光拄 , 魏殿杰 , 王 雷 . 直流系統(tǒng)絕緣自動檢測儀的研制 J. 電子測量與儀器學報 , 1998(12 :51-54.2劉孝義 ,