CN111289919A - 多量程接触网泄漏电流检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多量程接触网泄漏电流检测装置，包括C型磁芯，被测接触网的供电线缆穿过C型磁芯的中心位置，C型磁芯的气隙处设置有霍尔传感器，C型磁芯上缠绕有补偿线圈，补偿线圈和霍尔传感器之间设置有电流回路，电流回路上依次设置有闭环驱动电路模块和补偿线圈选择模块；闭环驱动电路模块上还分别设置有模/数处理模块和CPU处理模块，模/数处理模块与CPU处理模块连接，CPU处理模块与输出模块连接，本发明不仅可以准确测量泄漏电流的数值大小，并且可以保证测量结果的可靠性，为轨道维护工作提供有利辅助，提高地铁维保人员的工作效率，节约成本。三段量程自动切换可解决目前多数方案中量程不足或测量精度不够的缺点，具有更广阔的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种多量程接触网泄漏电流检测装置。
背景技术
在轨道交通系统中，接触网是沿着地铁路线上空架设的向机车供电的特殊形式的输电线路，他担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给机车使用的重要任务，因此接触网的质量和工作状态就显得格外重要。接触网结构复杂，工作环境恶劣，且在机车的运行过程中不断振动周围环境易造成接触网脏污，接触网设备易发生绝缘击穿等造成接地短路跳闸等现象。
轨道交通系统中接触网的故障判断是通过其两侧供电的直流开关柜中的保护装置来实现的，但若此时泄漏电流值未达到跳闸保护定值，牵引供电系统交流部分三相电流并不会发生变化，可接触网的电压则以一定幅度下降，电流也会出现轻微泄漏。当接触网发生的小电流泄漏超过某一阙值后，会烧坏绝缘子、电缆等。
如果发生上述情况，需要人为查找原因，由于没有相关泄漏电流值大小数据作为依据，只能对接触网全线各区间段进行巡检，这无法确保地铁的正常运行，并会给地铁维护人员带来大量的工作量，增加地铁维护成本，严重时甚至可以造成直流、交流牵引供电系统设备受到严重的破坏、甚至发生人身安全事故。
目前，对于泄漏电流的检测技术一般采用开环方式，运用霍尔效应的原理测量由泄漏电流引起的磁通量变化进而估算泄漏电流的大小。然而这种方式测量结果的可靠性并不理想，因为泄漏电流的电流值变化不定，大小起伏跨度大，单一量程的采样元件容易出现初级电流超量程而导致的磁芯饱和，进而导致输出电压满偏，并无法准确测量泄漏电流值，而如果选用宽量程的采样元件(1A～100A)，则对于微小泄漏电流无法及时检测到。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种多量程接触网泄漏电流检测装置以及检测方法，主要解决背景技术中的问题。
本发明提出一种多量程接触网泄漏电流检测装置，包括C型磁芯，被测接触网的供电线缆穿过所述C型磁芯的中心位置，所述C型磁芯的气隙处设置有霍尔传感器，所述C型磁芯上缠绕有补偿线圈，所述补偿线圈和所述霍尔传感器之间设置有电流回路，所述电流回路上依次设置有闭环驱动电路模块和补偿线圈选择模块；
所述闭环驱动电路模块上还分别设置有模/数处理模块和CPU处理模块，所述模/数处理模块与CPU处理模块连接，所述CPU处理模块与输出模块连接。
进一步改进在于，所述补偿线圈的数目至少是3个，分别为第一补偿线圈、第二补偿线圈和第三补偿线圈，所述第一补偿线圈的电流量程为0～10mA，所述第二补偿线圈的电流量程为10mA～1A，所述第三补偿线圈的电流量程为1A～100A。
进一步改进在于，所述补偿线圈选择模块用于连通/断开所述补偿线圈与所述霍尔传感器之间的电流回路，且所述补偿线圈选择模块的数目与所述补偿线圈的数目一一对应。
进一步改进在于，所述闭环驱动电路模块的数目与所述补偿线圈的数目一一对应，且若干个所述闭环驱动电路模块与所述霍尔传感器的接线端并联。
进一步改进在于，所述闭环驱动电路模块内还设置有自动预警模块，当通过所述闭环驱动电路模块的电路超量程时，所述自动预警模块向所述CPU处理模块传递报警信息。
进一步改进在于，所述输出模块至少包括以太网接口、光纤接口。
进一步改进在于，所述霍尔传感器为磁平衡式电流传感器。
进一步改进在于，所述闭环驱动电路模块包括调理电路模块、线圈驱动模块和采样放大模块，所述调理电路模块的输入端与所述霍尔传感器的接线端连接，所述调理电路模块的输出端与所述线圈驱动模块的输入端连接，所述线圈驱动模块的输出端与所述补偿线圈选择模块连接。
进一步改进在于，所述线圈驱动模块与所述补偿线圈选择模块的连接电路上设置有电阻Rs，所述采样放大模块与所述电阻Rs并联。
进一步改进在于，所述采样放大模块用于测量和放大所述Rs处的压差V，并将所述压差V信息传递到所述模/数处理模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用闭环控制的方式，并利用补偿线圈提供驱动电流抵消由泄漏电流引起的磁通变化，通过测量电阻Rs两端电压完成泄漏电流的采样。考虑到现实中泄漏电流的幅值变化，以保证测量精度和准确度为目标，本发明设计三段电流测量量程(0～10mA，10mA～1A，1A～100A)的补偿采样电路，根据实际泄漏电流数值大小切换到适合的测量通道，完成泄漏电流的测量。采集后的测量值经过模/数处理模块传送至CPU处理模块，经以太网口和光纤接口以数字量形式传输至外部上位机或者其他监控平台，实现了泄漏电流由模拟量到数字量的转变；本发明不仅可以准确测量泄漏电流的数值大小，并且以数字量形式进行传输可保证测量结果的可靠性，为轨道维护工作提供有利辅助，提高地铁维保人员的工作效率，节约成本。三段量程自动切换可解决目前多数方案中量程不足或测量精度不够的缺点，具有更广阔的适用性。
附图说明
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
图1为本发明一实施方式的整体结构示意图；
其中：1、补偿线圈选择模块；2、第一补偿线圈；3、供电线缆；4、C型磁芯；5、闭环驱动电路模块；6、模/数处理模块；7、CPU处理模块；8、以太网接口；9、光纤接口；10、霍尔传感器；11、第二补偿线圈；12、第三补偿线圈；13、自动预警模块；14、调理电路模块；15、线圈驱动模块；16、采样放大模块。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
参照图1，一种多量程接触网泄漏电流检测装置，包括C型磁芯4，被测接触网的供电线缆3穿过所述C型磁芯4的中心位置，所述C型磁芯4的气隙处设置有霍尔传感器10，所述C型磁芯4上缠绕有补偿线圈，所述补偿线圈和所述霍尔传感器10之间设置有电流回路，所述电流回路上依次设置有闭环驱动电路模块5和补偿线圈选择模块1；
所述闭环驱动电路模块5上还分别设置有模/数处理模块6和CPU处理模块7，所述模/数处理模块6与CPU处理模块7连接，所述CPU处理模块7与输出模块连接。
作为本发明一优选实施方案，所述补偿线圈的数目至少是3个，分别为第一补偿线圈2、第二补偿线圈11和第三补偿线圈12，所述第一补偿线圈2的电流量程为0～10mA，所述第二补偿线圈11的电流量程为10mA～1A，所述第三补偿线圈12的电流量程为1A～100A。
作为本发明一优选实施方案，所述补偿线圈选择模块1用于连通/断开所述补偿线圈与所述霍尔传感器10之间的电流回路，且所述补偿线圈选择模块1的数目与所述补偿线圈的数目一一对应。
作为本发明一优选实施方案，所述闭环驱动电路模块5的数目与所述补偿线圈的数目一一对应，且若干个所述闭环驱动电路模块5与所述霍尔传感器10的接线端并联。
作为本发明一优选实施方案，所述闭环驱动电路模块5内还设置有自动预警模块13，当通过所述闭环驱动电路模块5的电路超量程时，所述自动预警模块13向所述CPU处理模块7传递报警信息。
作为本发明一优选实施方案，所述输出模块至少包括以太网接口8、光纤接口9，所述以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802.3系列标准相类似；包括标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)和10G(10Gbit/s)以太网。它们都符合IEEE802.3；而所述光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是'光的全反射'；以上两种均为当下传输较为快速的数据传输端口。
作为本发明一优选实施方案，所述霍尔传感器10为磁平衡式电流传感器，具体地，所述磁平衡式电流传感器也叫霍尔闭环电流传感器，也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态，选用霍尔闭环电流传感器不仅可以协助更准确测量泄漏电流的数值大小，还可以数字量形式进行传输可保证测量结果的可靠性，为轨道维护工作提供有利辅助，提高地铁维保人员的工作效率，节约成本。
作为本发明一优选实施方案，所述闭环驱动电路模块5包括调理电路模块14、线圈驱动模块15和采样放大模块16，所述调理电路模块14的输入端与所述霍尔传感器10的接线端连接，所述调理电路模块14的输出端与所述线圈驱动模块15的输入端连接，所述线圈驱动模块15的输出端与所述补偿线圈选择模块1连接。
作为本发明一优选实施方案，所述线圈驱动模块15与所述补偿线圈选择模块1的连接电路上设置有电阻Rs，所述采样放大模块16与所述电阻Rs并联。
作为本发明一优选实施方案，所述采样放大模块16用于测量和放大所述Rs处的压差V，并将所述压差V信息传递到所述模/数处理模块6。
具体地，所述磁芯选用C型磁芯4，不仅可以反映所述供电线缆3通电时所产生的磁场，也利于在所述C型磁芯4的气隙处设置所述霍尔传感器10，所述C型磁芯4上还缠绕有若干个一定匝数比的补偿线圈，所述补偿线圈与所述霍尔传感器10之间设置有电流回路，所述电流回路主要起两个作用：1、测量所述霍尔传感器10产生的电流大小，通过设置若干个只有量程不同的闭环驱动电路模块5，让所述电流分别通过上述多个闭环驱动电路模块5，当电流超过当前闭环驱动电路模块5的最大量程时，所述自动预警模块13向所述CPU处理模块7传递告警信息，而没有超过最大量程的闭环驱动电路则无反应，若同时存在2个以上无反应的闭环驱动电路时，选择最小量程的闭环驱动电路，连通相应电路的所述补偿线圈选择模块1，其他电路的所述补偿线圈选择模块1保持断开，则可以开启第2个作用，让补偿线圈通电并产生与所述供电线缆3所产生的磁场相反的磁场，并让两者互相抵消，直至所述霍尔传感器10的磁通量为0，这时，所述电阻Rs处会形成一个压差V，所述采样放大模块测量并放大所述压差V，并将之传递到所述模/数处理模块6，所述模/数处理模块6为一AD转换电路，利用欧姆定律可以得到相应的补偿电流的数值，并将此电流值传递到所述CPU处理单元，所述CPU处理单元按照一定的比例关系推算出所述供电线缆3中的泄漏电流的电流值，通过所述输出模块上传至上位机或者其他监控平台。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用闭环控制的方式，并利用补偿线圈提供驱动电流抵消由泄漏电流引起的磁通变化，通过测量电阻Rs两端电压完成泄漏电流的采样。考虑到现实中泄漏电流的幅值变化，以保证测量精度和准确度为目标，本发明设计三段电流测量量程(0～10mA，10mA～1A，1A～100A)的补偿采样电路，根据实际泄漏电流数值大小切换到适合的测量通道，完成泄漏电流的测量。采集后的测量值经过模/数处理模块6传送至CPU处理模块7，经以太网口和光纤接口9以数字量形式传输至外部上位机或者其他监控平台，实现了泄漏电流由模拟量到数字量的转变；本发明不仅可以准确测量泄漏电流的数值大小，并且以数字量形式进行传输可保证测量结果的可靠性，为轨道维护工作提供有利辅助，提高地铁维保人员的工作效率，节约成本。三段量程自动切换可解决目前多数方案中量程不足或测量精度不够的缺点，具有更广阔的适用性。
实施例1：
在本发明实施例中，所述补偿线圈为3个，分别是第一补偿线圈2、第二补偿线圈11和第三补偿线圈12，所述第一补偿线圈2的电流量程为0～10mA，所述第二补偿线圈11的电流量程为10mA～1A，所述第三补偿线圈12的电流量程为1A～100A，三个所述补偿线圈包括端口1a、1b；2a、2b；3a、3b，上述端口设置在所述补偿线圈选择模块1的一端，由所述补偿线圈选择模块1控制通断，所述补偿线圈选择模块1的另一端针对上述端口一一对应设置有三个所述闭环驱动电路模块5。
本发明的多量程接触网泄漏电流检测装置工作时，需要将所述供电线缆3穿过所述C型磁芯4的中心位置，如果有泄漏电流通过供电线缆3时，则会在所述C型磁芯4内形成磁场，处于气隙位置的所述霍尔传感器10在磁场的作用下会输出感应电流，该电流流入三个所述闭环驱动电路模块5中的调理电路。如果该电流超过该通道的量程，所述自动预警模块13则会向所述CPU处理模块7发送告警信号，如果有2个以上的所述闭环驱动电路模块5未显示告警，则优先选择最小量程的所述闭环驱动电路模块5。量程确定即通道确定，所述补偿线圈选择模块1连通对应通道的开关，保证对应补偿线圈与闭环驱动电路形成环路，剩余四个补偿线圈端子则保持断开状态。经过调制放大后产生的线圈补偿电流经过电阻Rs后通过补偿线圈端子(1a/1b或2a/2b或3a/3c)进入补偿线圈。当补偿线圈中通过补偿电流时会在C型磁芯4上产生一个磁场，通过调整补偿电流的大小可以使得该磁场与供电线缆3中的泄漏电流产生的磁场大小相等、方向相反，即通过霍尔传感器10的磁通量为零。此时，通过测量Rs两端的电压即可反映补偿电流的大小，进而可按照一定比例推算出供电线缆3中的泄漏电流大小。该电流通过太网接口和/或光纤接口9将泄漏电流数值准确上传至上位机或者其他监控平台。
图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多量程接触网泄漏电流检测装置，其特征在于，包括C型磁芯(4)，被测接触网的供电线缆(3)穿过所述C型磁芯(4)的中心位置，所述C型磁芯(4)的气隙处设置有霍尔传感器(10)，所述C型磁芯(4)上缠绕有补偿线圈，所述补偿线圈和所述霍尔传感器(10)之间设置有电流回路，所述电流回路上依次设置有闭环驱动电路模块(5)和补偿线圈选择模块(1)；
所述闭环驱动电路模块(5)上还分别设置有模/数处理模块(6)和CPU处理模块(7)，所述模/数处理模块(6)与CPU处理模块(7)连接，所述CPU处理模块(7)与输出模块连接。
2.根据权利要求1所述的多量程接触网泄漏电流检测装置，其特征在于，所述补偿线圈的数目至少是3个，分别为第一补偿线圈(2)、第二补偿线圈(11)和第三补偿线圈(12)，所述第一补偿线圈(2)的电流量程为0～10mA，所述第二补偿线圈(11)的电流量程为10mA～1A，所述第三补偿线圈(12)的电流量程为1A～100A。
3.根据权利要求2所述的多量程接触网泄漏电流检测装置，其特征在于，所述补偿线圈选择模块(1)用于连通/断开所述补偿线圈与所述霍尔传感器(10)之间的电流回路，且所述补偿线圈选择模块(1)的数目与所述补偿线圈的数目一一对应。
4.根据权利要求3所述的多量程接触网泄漏电流检测装置，其特征在于，所述闭环驱动电路模块(5)的数目与所述补偿线圈的数目一一对应，且若干个所述闭环驱动电路模块(5)与所述霍尔传感器(10)的接线端并联。
5.根据权利要求1所述的多量程接触网泄漏电流检测装置，其特征在于，所述闭环驱动电路模块(5)内还设置有自动预警模块(13)，当通过所述闭环驱动电路模块(5)的电路超量程时，所述自动预警模块(13)向所述CPU处理模块(7)传递报警信息。
6.根据权利要求1所述的多量程接触网泄漏电流检测装置，其特征在于，所述输出模块至少包括以太网接口(8)、光纤接口(9)。
7.根据权利要求1所述的多量程接触网泄漏电流检测装置，其特征在于，所述霍尔传感器(10)为磁平衡式电流传感器。
8.根据权利要求1所述的多量程接触网泄漏电流检测装置，其特征在于，所述闭环驱动电路模块(5)包括调理电路模块(14)、线圈驱动模块(15)和采样放大模块(16)，所述调理电路模块(14)的输入端与所述霍尔传感器(10)的接线端连接，所述调理电路模块(14)的输出端与所述线圈驱动模块(15)的输入端连接，所述线圈驱动模块(15)的输出端与所述补偿线圈选择模块(1)连接。
9.根据权利要求8所述的多量程接触网泄漏电流检测装置，其特征在于，所述线圈驱动模块(15)与所述补偿线圈选择模块(1)的连接电路上设置有电阻Rs，所述采样放大模块(16)与所述电阻Rs并联。
10.根据权利要求9所述的多量程接触网泄漏电流检测装置，其特征在于，所述采样放大模块(16)用于测量和放大所述Rs处的压差V，并将所述压差V信息传递到所述模/数处理模块(6)。
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