CN108303583A - 一种电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置，属于电动车辆沿路轨的装置中与车辆集电器接触的电源线路技术领域。其包括电流互感器、运算放大电路、信号捕获电路和处理器，电流互感器用于测量电气化铁路接触网支撑杆接地引线中的电流信号并将电气化铁路接触网支撑杆接地引线中的电压信号发送至运算放大电路；运算放大电路用于对电压信号进行运算并放大，得到放大后的信号，并将放大后的信号一路发送给信号捕获电路，另一路发送给处理器；信号捕获电路得到捕获信号，并将捕获信号发送至处理器；处理器监测到捕获电路的捕获后，根据另一路放大后的信号，计算并判断闪络电流。其能够计算并判断电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流。

Description

一种电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置

技术领域

本发明涉及电动车辆沿路轨的装置中与车辆集电器接触的电源线路技术领域，特别是涉及一种电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置。

背景技术

铁路运输的牵引动力，目前主要有蒸汽牵引、内燃牵引和电力牵引三种形式。以电力牵引作为主要牵引方式的干线铁路称为电气化铁路。电气化铁路具有多拉快跑、提高运输能力；综合利用资源、降低燃料消耗；降低运输成本、提高劳动生产率；改善劳动条件、不污染环境等优越性。电气化铁路是由电力机车、牵引变电所和接触网组成的。电力机车由机械、电气和空气管路***组成。机械部分主要包括车体和走行部分。电气部分主要包括受电弓、主断路器、牵引变压器、转换硅机组、调压开关、整流硅机组、平波电抗器、牵引电动机和制动电阻柜等。空气管路***主要包括空气制动、控制及辅助气路***。受电弓将接触网的高压电源引入机车内部，与接触网滑动摩擦取流。其中，接触网是架设在铁路线路上空，向电力机车供给电能的特殊形式的输电线路。接触网由支柱与基础、支持装置和接触悬挂三部分组成。由于接触网没有备用，长年暴露于铁路上方，经受污染、腐蚀和机车受电弓摩擦，其需要具备以下性能：1)在各种恶劣环境条件下能不间断供电，以保证电力机车在最大运行速度时能正常取流；2)器材要有足够的机械强度和电气强度，要有相应的抗腐蚀能力，零件要尽量标准化、系列化、扩大互换性；3)结构合理，方便施工和运营；4)接触网发生事故后，通过抢修能尽快恢复供电。其中，绝缘子的作用是保持接触悬挂对地的电气绝缘。

随着电气化铁路向高速性、稳定性、安全性发展，对接触网的运行提出了越来越高的要求。但由于目前环境污染日益严重，对供电设备产生越来越大的恶劣影响，因此确保牵引供电***持续稳定供电的研究势在必行。接触网绝缘工频闪络是导致电气化铁路跳闸停电故障的主要原因之一，严重时会造成接触网断线，影响铁路运输。接触网绝缘工频闪络又叫接触网绝缘子闪络，绝缘子闪络的意思是绝缘子表面放电，分为污闪和击穿。污闪顾名思义就是绝缘子表面脏污引起的闪络；击穿就是绝缘子的绝缘性能被破坏，失去绝缘性能。

申请公布号为CN 104464985 A的中国发明专利申请公开了一种可降低绝缘子闪络的防护装置。其包括绝缘子防护帽，还包括盘形遮护伞和亲水干燥涂层，所述绝缘子防护帽和盘形遮护伞做成一体，在盘形遮护伞的内表层涂有亲水干燥涂层，通过阻碍绝缘子表面污秽物电解质溶解、电离的过程，降低闪络效应的发生率。但是，其只能定性地降低绝缘子闪络效应的发生率，而无法对绝缘子闪络电流进行检测。

授权公告号为CN 2537108 Y的中国实用新型专利公开了一种绝缘子闪络指示器，其包括连接件、电爆管、运动机构及信号装置；连接件包括连接帽和连接脚，连接帽与连接脚之间有绝缘层且两者相互绝缘固定连接在一起；电爆管是一个能被而定电流所引爆的器件；运动机构包括支撑件、运动扣机、芯轴、弹簧、压紧头和连接帽；连接脚、支撑件、电爆管、运动扣机是导电体；信号装置安装在连接件或运动机构上。该绝缘子闪络指示器能够有效记录、指示发生在高压输电线路绝缘子串上的闪络，抗干扰能力强，不改变现有电网的绝缘结构，不对现有电网的运行安全造成影响，便于巡线人员查找发生过闪络的绝缘子串，快速消除电网运行中潜在的安全隐患。但是，其仍然不能对绝缘子闪络电流进行检测。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置，其能够计算并判断电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流，从而更加适于实用。

为了达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

本发明提供的电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置基于电气化铁路接触网支撑杆接地引线而实现，其包括电流互感器、运算放大电路、信号捕获电路和处理器，

所述电流互感器用于测量所述电气化铁路接触网支撑杆接地引线中的电流信号并将所述电气化铁路接触网支撑杆接地引线中的电流信号转换成电压信号发送至所述运算放大电路；

所述运算放大电路用于对所述电气化铁路支撑杆中的电流信号转换成电压信号，进行运算并放大，得到放大后的信号，并将所述放大后的信号一路发送给所述信号捕获电路，另一路发送给处理器；

所述信号捕获电路通过比较接收到的所述放大后的信号，得到捕获信号，并将所述捕获信号发送至所述处理器；

所述处理器监测到所述捕获电路的捕获后，根据所述另一路放大后的信号，计算并判断闪络电流。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述运算放大电路用于将所述电气化铁路支撑杆中的电流信号转换成电压信号，放大至600mV～2000mV。

作为优选，所述运算放大电路和信号捕获电路包括电容C21、C23、C10、C11、C26、C27，电阻R19、R24、R3、R25、R20、R26、R27、R4、R5、R28、R29、R8、R22、R6、R7、R23，二极管D5、D6、D4，放大器U3C、U3A、U3D、U5A、U3B、U5B；

C21的一端连接于电流互感器的一端，C21的另一端连接于电流互感器的另一端；R19的一端连接于电流互感器的一端，R19的另一端连接于R24的一端，R24的另一端连接于电流互感器的另一端；D5的正极连接于电流互感器的一端，D5的负极端连接于电流互感器的另一端；D6的负极连接于电流互感器的一端，D6的正极连接于电流互感器的另一端；R3的一端同时连接于电流互感器的一端、R19的一端、D5的正极和D6的负极，R3的另一端同时连接于C23的一端、R20的一端、U3C的-输入端，R25的一端同时连接于电流互感器的另一端、C21的另一端、R24的另一端、D5的负极、D6的正极，R25的另一端连接于U3C的+输入端；C23的另一端同时连接于R20的另一端、U3C的输出端、R26的一端；U3C的+输入端接3.3V，U3C的负输入端接-3.3V，R26的另一端同时连接于C10的一端、R27的一端、U3D的+输入端；C10的另一端接地；R27的另一端同时连接于C11的一端、U3A的输出端；C11的另一端同时连接于U3D的-输入端、R28的一端、U3A的-输入端；R4的一端同时连接于U3A的+输入端、R5的一端，R4的另一端接地；R5的另一端同时连接于R28的另一端、U3D的输出端、U3B的+输入端、U3D的输出端；R28的一端还同时连接于U3A的-输入端、U3D的-输入端、U3B的+输入端；U3B的-输入端和U3B的输出端同时连接于D4的正极；D4的负极同时连接于R6的一端、R22的一端；R6的另一端同时连接于R7的一端、C26的一端，R22的另一端连接于C26的另一端，R7的另一端同时连接于闪络故障检测点的一端、C27的一端，R22的另一端、C26的另一端、C27的另一端还同时接地；

闪络故障检测点的另一端连接于U5A的+输入端，U5A的-输入端和U5A的输出端连接在一起后同时连接于U5B的-输入端、R8的一端、R29的一端、R21的一端，R8的另一端同时连接于R23的一端、U5B的+输入端，R29的另一端接3.3V，R29的另一端还连接于U5B的+输入端，U5B的+输入端也接3.3V，R21的另一端连接于U5B的-输入端，U5B的输出端和R23的输出端连接在一起后共同连接于闪络故障捕获点。

作为优选，所述处理器为单片机，所述单片机上设有A/D转换器，所述A/D转换器用于将所述另一路放大后的信号模拟数据转换为数字数据。

本发明提供的电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置基于电气化铁路接触网支撑杆接地引线而实现，当有闪络故障情况发生时，引线中会产生瞬间的大电流，引线周围会形成磁场，磁场信号通过互感器转换为电压信号，电压信号经过运算放大电路，放大到600mV～2000mV，放大后的信号一路给信号捕获电路，通过比较得到捕获信号，再连接至单片机捕获接口；另一路连接单片机A/D转换器，单片机监测到捕获后，计算开始计算A/D输入电压，计算并判断闪络电流。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置中应用的运算放大电路和信号捕获电路的电路图。

具体实施方式

本发明为解决现有技术存在的无法对电气化铁路接触网绝缘子闪络电流进行检测的问题，提供了一种能够计算并判断电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流的电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置，从而更加适于实用。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

实施例

参见附图1，本发明提供的电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置，基于电气化铁路接触网支撑杆接地引线1而实现，包括电流互感器2、运算放大电路、信号捕获电路和处理器，

电流互感器2用于测量电气化铁路接触网支撑杆接地引线1中的电流信号并将电气化铁路接触网支撑杆接地引线1中的电流限号转换成电压信号发送至运算放大电路；运算放大电路用于对电气化铁路支撑杆中的电流信号转换成电压信号进行运算并放大，得到放大后的信号，并将放大后的信号一路发送给信号捕获电路，另一路发送给处理器；

信号捕获电路通过比较接收到的放大后的信号，得到捕获信号，并将捕获信号发送至处理器；

处理器监测到捕获电路的捕获后，根据另一路放大后的信号，计算并判断闪络电流。

本发明提供的电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置基于电气化铁路接触网支撑杆接地引线1而实现，当有闪络故障情况发生时，引线中会产生瞬间的大电流，引线周围会形成磁场，磁场信号通过互感器转换为电压信号，电压信号经过运算放大电路，放大到600mV～2000mV，放大后的信号一路给信号捕获电路，通过比较得到捕获信号，再连接至单片机捕获接口；另一路连接单片机A/D转换器，单片机监测到捕获后，计算开始计算A/D输入电压，计算并判断闪络电流。

其中，运算放大电路用于将电气化铁路支撑杆中的电流信号放大至600mV～2000mV。

参见附图2，作为运算放大电路和信号捕获电路的一种具体的实现方式，运算放大电路和信号捕获电路包括电容C21、C23、C10、C11、C26、C27，电阻R19、R24、R3、R25、R20、R26、R27、R4、R5、R28、R29、R8、R22、R6、R7、R23，二极管D5、D6、D4，放大器U3C、U3A、U3D、U5A、U3B、U5B；

C21的一端连接于电流互感器2的一端，C21的另一端连接于电流互感器2的另一端；R19的一端连接于电流互感器2的一端，R19的另一端连接于R24的一端，R24的另一端连接于电流互感器2的另一端；D5的正极连接于电流互感器2的一端，D5的负极端连接于电流互感器2的另一端；D6的负极连接于电流互感器2的一端，D6的正极连接于电流互感器2的另一端；R3的一端同时连接于电流互感器2的一端、R19的一端、D5的正极和D6的负极，R3的另一端同时连接于C23的一端、R20的一端、U3C的-输入端，R25的一端同时连接于电流互感器2的另一端、C21的另一端、R24的另一端、D5的负极、D6的正极，R25的另一端连接于U3C的+输入端；C23的另一端同时连接于R20的另一端、U3C的输出端、R26的一端；U3C的+输入端接3.3V，U3C的负输入端接-3.3V，R26的另一端同时连接于C10的一端、R27的一端、U3D的+输入端；C10的另一端接地；R27的另一端同时连接于C11的一端、U3A的输出端；C11的另一端同时连接于U3D的-输入端、R28的一端、U3A的-输入端；R4的一端同时连接于U3A的+输入端、R5的一端，R4的另一端接地；R5的另一端同时连接于R28的另一端、U3D的输出端、U3B的+输入端、U3D的输出端；R28的一端还同时连接于U3A的-输入端、U3D的-输入端、U3B的+输入端；U3B的-输入端和U3B的输出端同时连接于D4的正极；D4的负极同时连接于R6的一端、R22的一端；R6的另一端同时连接于R7的一端、C26的一端，R22的另一端连接于C26的另一端，R7的另一端同时连接于闪络故障检测点的一端、C27的一端，R22的另一端、C26的另一端、C27的另一端还同时接地；

闪络故障检测点的另一端连接于U5A的+输入端，U5A的-输入端和U5A的输出端连接在一起后同时连接于U5B的-输入端、R8的一端、R29的一端、R21的一端，R8的另一端同时连接于R23的一端、U5B的+输入端，R29的另一端接3.3V，R29的另一端还连接于U5B的+输入端，U5B的+输入端也接3.3V，R21的另一端连接于U5B的-输入端，U5B的输出端和R23的输出端连接在一起后共同连接于闪络故障捕获点。

其中，作为处理器的一种具体的实现方式，处理器为单片机，单片机上设有A/D转换器，A/D转换器用于将另一路放大后的信号模拟数据转换为数字数据。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置，基于电气化铁路接触网支撑杆接地引线而实现，其特征在于，包括电流互感器、运算放大电路、信号捕获电路和处理器，

所述电流互感器用于测量所述电气化铁路接触网支撑杆接地引线中的电流信号并将所述电气化铁路接触网支撑杆接地引线中的电流信号转换成电压信号发送至所述运算放大电路；

所述运算放大电路用于对所述电气化铁路支撑杆中的电流信号转换成电压信号，进行运算并放大，得到放大后的信号，并将所述放大后的信号一路发送给所述信号捕获电路，另一路发送给处理器；

所述信号捕获电路通过比较接收到的所述放大后的信号，得到捕获信号，并将所述捕获信号发送至所述处理器；

所述处理器监测到所述捕获电路的捕获后，根据所述另一路放大后的信号，计算并判断闪络电流。

2.根据权利要求1所述的电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测装置，其特征在于，所述运算放大电路用于将所述电气化铁路支撑杆中的电流信号转换成电压信号，放大至600mV～2000mV。

3.根据权利要求1所述的电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测电路，其特征在于，所述运算放大电路和信号捕获电路包括电容C21、C23、C10、C11、C26、C27，电阻R19、R24、R3、R25、R20、R26、R27、R4、R5、R28、R29、R8、R22、R6、R7、R23，二极管D5、D6、D4，放大器U3C、U3A、U3D、U5A、U3B、U5B；

C21的一端连接于电流互感器的一端，C21的另一端连接于电流互感器的另一端；R19的一端连接于电流互感器的一端，R19的另一端连接于R24的一端，R24的另一端连接于电流互感器的另一端；D5的正极连接于电流互感器的一端，D5的负极端连接于电流互感器的另一端；D6的负极连接于电流互感器的一端，D6的正极连接于电流互感器的另一端；R3的一端同时连接于电流互感器的一端、R19的一端、D5的正极和D6的负极，R3的另一端同时连接于C23的一端、R20的一端、U3C的-输入端，R25的一端同时连接于电流互感器的另一端、C21的另一端、R24的另一端、D5的负极、D6的正极，R25的另一端连接于U3C的+输入端；C23的另一端同时连接于R20的另一端、U3C的输出端、R26的一端；U3C的+输入端接3.3V，U3C的负输入端接-3.3V，R26的另一端同时连接于C10的一端、R27的一端、U3D的+输入端；C10的另一端接地；R27的另一端同时连接于C11的一端、U3A的输出端；C11的另一端同时连接于U3D的-输入端、R28的一端、U3A的-输入端；R4的一端同时连接于U3A的+输入端、R5的一端，R4的另一端接地；R5的另一端同时连接于R28的另一端、U3D的输出端、U3B的+输入端、U3D的输出端；R28的一端还同时连接于U3A的-输入端、U3D的-输入端、U3B的+输入端；U3B的-输入端和U3B的输出端同时连接于D4的正极；D4的负极同时连接于R6的一端、R22的一端；R6的另一端同时连接于R7的一端、C26的一端，R22的另一端连接于C26的另一端，R7的另一端同时连接于闪络故障检测点的一端、C27的一端，R22的另一端、C26的另一端、C27的另一端还同时接地；

闪络故障检测点的另一端连接于U5A的+输入端，U5A的-输入端和U5A的输出端连接在一起后同时连接于U5B的-输入端、R8的一端、R29的一端、R21的一端，R8的另一端同时连接于R23的一端、U5B的+输入端，R29的另一端接3.3V，R29的另一端还连接于U5B的+输入端，U5B的+输入端也接3.3V，R21的另一端连接于U5B的-输入端，U5B的输出端和R23的输出端连接在一起后共同连接于闪络故障捕获点。

4.根据权利要求1所述的电气化铁路接触网绝缘工频闪络电流检测电路，其特征在于，所述处理器为单片机，所述单片机上设有A/D转换器，所述A/D转换器用于将所述另一路放大后的信号模拟数据转换为数字数据。