一种地面式的列车辅助供电系统检测平台的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种地面式的列车辅助供电系统检测平台，包括：测试件，为列车辅助供电系统，包括辅助电源装置和/或辅助整流装置；主电路系统，用于为所述测试件提供所需电源及不同的负载，以模拟辅助供电系统实际运行情况；测量系统，用于检测所述测试件和主电路系统中各设备的输入输出电流及电压参数，进而评判各种工况下辅助供电系统的电源品质；控制系统，用于控制所述测试件及主电路系统。本发明可以高度模拟辅助供电系统实际运行情况，对辅助供电系统输出的各种电源品质进行测量，而且辅助供电系统独立运行，不受其他设备的干扰，检测结果更加准确可靠，充分地指导辅助供电系统各参数的选择，系统优化设计等方面，缩短设计周期。
【专利说明】—种地面式的列车辅助供电系统检测平台
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电气设备的检测平台，特别涉及一种在地面上操作的针对列车辅助供电系统的电源品质进行检测的检测平台，属于轨道车辆辅助供电系统检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]电力机车动车牵引运行必须有主电源，此外还需要有为保证头灯、车内照明灯、空调用的风扇和冷气装置以及采暖装置等辅助设备工作的稳定低压电源。主电路以外的电路为辅助电路，其电源装置为辅助电源装置。
[0003]随着动车组技术的发展和运输质量要求的提高，辅助供电系统的构成形式也逐渐多样化，功能逐渐增加，对辅助供电系统的性能指标及可靠性要求也越来越高。辅助供电系统所带的负载种类也多种多样，如牵引变流器电动送风机、牵引电动机电动送风机、变压器油循环泵、变压器电动送风机、为受电弓升降弓提供气压的空气压缩机，及空调、给水、照明等设备，所以辅助供电系统所提供的电源制式日趋多样化，对电源的品质要求也越来越高。对辅助供电系统的优化设计，对辅助供电系统多制式电源的检测越来越受到关注，已成为学术界广泛关注的研究课题。
[0004]目前对列车辅助供电系统的检测一般采用两种方式:一种是对辅助供电系统组成部件进行检测，或者列车总成后对辅助供电系统进行检测。对于辅助供电系统组成部件的检测，其检测结果并不能体现整个辅助供电系统的性能。而在列车总成后，辅助供电系统布线繁琐，而且受周围设备的干扰频繁，检测结果偏差也比较大。
【发明内容】
[0005]本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种检测方式可靠高、电磁兼并容性好、检测精确度高的地面式的列车辅助供电系统检测平台。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0007]—种地面式的列车辅助供电系统检测平台，包括:测试件，为列车辅助供电系统，包括辅助电源装置和/或辅助整流装置；主电路系统，用于为所述测试件提供所需电源及不同的负载，以模拟辅助供电系统实际运行情况；测量系统，用于检测所述测试件和主电路系统中各设备的输入输出电流及电压参数，进而评判各种工况下辅助供电系统的电源品质；控制系统，用于控制所述测试件及主电路系统。
[0008]进一步，所述主电路系统包括用于为所述测试件提供所需动力电源的动力变换单元、为所述测试件加载不同负载的负载装置，所述动力变换单元与所述测试件的输入端连接，所述负载装置与所述测试件的输出端连接。
[0009]进一步，所述动力变换单元由依次连接的单相感应调压器输入柜、单相感应调压器、单相变压器输入输出柜组成；所述负载装置由变流器负载输出柜、负载柜和负载风机组成；所述单相感应调压器输入柜的输入端接厂房电源，所述单相变压器输入输出柜的输出端接所述辅助电源装置，所述辅助电源装置的输出端接所述变流器负载输出柜和负载柜，所述变流器负载输出柜的输出端接所述辅助整流装置，所述辅助整流装置的输出端接所述负载柜；所述负载风机接所述单相感应调压器输入柜的输出端或直接接入所述厂房电源。
[0010]进一步，在所述单相变压器输入输出柜与所述辅助电源装置之间接入输入接线柜，在所述辅助电源装置的输出端与所述变流器负载输出柜和负载柜之间接入输出接线柜及变流器输出接口柜。
[0011 ] 进一步，所述辅助电源装置输出三相AC400V及AC100V两种制式电源，所述辅助整流装置输出DC100V、单相AC100V、单相AC220V电源。
[0012]进一步，所述测量系统包括电流传感器、电压传感器、信号调理模块、PCI采集卡及PC机，所述电压传感器和电流传感器安装在所述主电路系统上各设备的输入和输出端，所述信号调理模块上分布有与各个所述电压传感器和电流传感器相匹配的调理电阻，所述PCI数据采集卡采集各所述调理电阻上的电压信号，并将模拟信号转换为数字信号，所述PC机对数据进行处理及显示。
[0013]进一步，所述控制系统包括工控机、PLC模块、扩展I/O。
[0014]进一步，所述PLC模块由CPU226模块及两个EM233模块组成，分别与所述主电路系统中各设备信号连接。
[0015]进一步，所述PLC模块选用西门子PLC S7-200。
[0016]综上内容，本发明所述的一种地面式的列车辅助供电系统检测平台，是一种多制式的电源检测平台，可以高度模拟辅助供电系统实际运行情况，对辅助供电系统输出的各种电源品质进行测量。该检测平台的辅助供电系统独立运行，相比与列车总成以后的辅助供电系统减少了其他设备的干扰，提高对辅助供电系统电磁兼容性的测试精度，检测结果更加准确可靠，可以充分地指导辅助供电系统各参数的选择，系统优化设计等方面，使设计方案与试验结果相结合，缩短设计周期，提高列车辅助供电系统的设计水平，进而保证列车辅助供电系统的安全性和稳定性，最大限度地保证列车的安全性和舒适性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明检测平台原理框图；
[0018]图2是本发明检测平台主电路系统原理图；
[0019]图3是本发明检测平台主电路系统内部接线图；
[0020]图4是本发明检测平台测试系统原理图；
[0021]图5是本发明检测平台控制系统核心结果示意图；
[0022]图6是本发明检测平台试验流程图。
[0023]如图1至图6所示，主电路系统1，测量系统2，控制系统3，辅助电源装置4，辅助整流装置5，电压传感器6，电流传感器7，信号调理模块8，PCI采集卡9，PC机10，工控机11，PLC模块12，单相感应调压器输入柜13，单相感应调压器14，单相变压器输入输出柜15，变流器负载输出柜16，负载柜17，负载风机18，输入接线柜19，输出接线柜20，变流器输出接口柜 21。
【具体实施方式】[0024]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:,[0025]如图1所示，一种地面式的列车辅助供电系统检测平台，主要包括测试件、主电路系统1、测量系统2、控制系统3。
[0026]其中，测试件即为需要检测的列车辅助供电系统，测试件包括两个，分别为辅助电源装置4 (APU)和辅助整流装置5 (ARF)0
[0027]主电路系统2与辅助电源装置4和辅助整流装置5连接，用于提供辅助电源装置4和辅助整流装置5所需要的电源及加载不同的负载，以模拟辅助供电系统实际运行情况，并保证辅助电源装置4和辅助整流装置5的正常运行。
[0028]测量系统3用于检测主电路系统I中各设备的输入和输出电流值和电压值，辅助设计人员评判被测的辅助供电系统在各种工况下输出的各种电源品质。测量系统3包括在各设备上安装的电压传感器6和电流传感器7、信号调理模块8、PCI采集卡9和PC机10，信号调理模块8上分布有与各个电压传感器6和电流传感器7相匹配的调理电阻，经PCI采集卡9采集数据后，最终在PC机10内进行数据处理及显示。
[0029]控制系统4主要由工控机11、PLC模块12、扩展I/O组成，用于完成对主电路系统I中相关设备的通断、保护和隔离、负载的接入和切除，实现对高网压、低网压控制，保证按检测要求对主电路系统I中相关设备进行控制，以便能高度模拟辅助供电系统实际运行情况。
[0030]如图2所示，主电路系统I由动力变换单元及负载装置等组成。其中，动力变换单元用于向辅助电源装置4和辅助整流装置5提供所需电源，负载装置用为辅助电源装置4和辅助整流装置5加载不同的负载。
[0031]动力变换单元由单相感应调压器输入柜13、单相感应调压器14、单相变压器输入输出柜15组成。负载装置由变流器负载输出柜16、负载柜17和负载风机18组成。在本实施例中，还包括输入接线柜19、输出接线柜20、变流器输出接口柜21。
[0032]其中，单相感应调压器输入柜13的输入端接厂房电源，单相感应调压器输入柜13的输出端接单相感应调压器14，单相感应调压器14的输出端接单相变压器输入输出柜15，单相变压器输入输出柜15的输出端连接输入接线柜19,输入接线柜19的输出端与辅助电源装置4连接，辅助电源装置4的输出端连接输出接线柜20，输出接线柜20的输出端接入变流器输出接口柜21，变流器输出接口柜21接变流器负载输出柜16和负载柜17，变流器负载输出柜16的输出端与辅助整流装置5连接，为辅助整流装置5提供输入电源，辅助整流装置5的输出端接负载柜17。负载风机18与单相感应调压器输入柜13的输出端连接，负载风机18的作用是为设备降温，负载风机18也可以单独接入厂房电源。其中，单相变压器输入输出柜15的输出端可直接与辅助电源装置4连接，辅助电源装置4的输出端可直接与变流器负载输出柜16和负载柜17连接。
[0033]如图3所示，厂房电源为工业用的三相AC380V，50Hz电源，取三相电中的两相给单相感应调压器输入柜13提供电源，单相感应调压器H(ITM1)将三相AC380V交流电变换为单相AC400V交流电，单相AC400V交流电再经单相变压器输入输出柜15内的隔离变压器(ITM2)隔离后，经输入接线柜19，输入接线柜19的输出端接辅助电源装置4，为辅助电源装置4提供动力电源，此处电源调整到单相AC400V (+24°/1-37%)范围内。单相感应调压器输入柜13留有与调压电机、负载风机18、控制台等其他设备相连接的电气接口，为各设备提供动力电源。
[0034]辅助电源装置4输出两种制式的电源，一个是三相AC400V电源，另一个是单相AC100V 电源。
[0035]辅助电源装置4输出的三相AC400V电源经过输出接线柜20、变流器输出接口柜21和变流器负载输出柜16后，向辅助整流装置5提供电源，辅助整流装置5的输出端接负载柜17，以检测辅助整流装置5的输出品质和带负载能力。
[0036]辅助电源装置4输出的单相AC100V电源，通过变流器输出接口柜21与负载柜17相连，以检测辅助电源装置4的输出品质和带负载能力。
[0037]辅助整流装置5输出三种制式的电源，分别是DC100V电源、单相AC100V电源、单相AC220V电源。
[0038]变流器负载输出柜16内汇集了辅助电源装置4和辅助整流装置5的输出，变流器负载输出柜16内安装电压传感器6和电流传感器7，完成对辅助电源装置4输出的三相AC400V电源和单相AC100V电源的检测，同时完成对辅助整流装置5输出的DC100V电源、单相AC100V电源、单相AC220V电源的检测。辅助整流装置5的各输出电源经变流器负载输出柜16与负载柜17相连，用于检验列车辅助供电系统带负载后的电源品质。
[0039]变流器负载输出柜16为其他设备或检测平台预留电气接口，如蓄电池、滚动检测平台、空调检测平台、网络检测平台、制动检测平台等，实现各检测平台间的联调联试。
[0040]负载柜17可提供五种不同的负载，其中一种负载代表空调、显示器等，一种负载代表供暖装置、开水炉等，一种为插座所带负载，一种负载代表通风机，一种为广播、ATP、控制及照明等负载。通过为辅助供电系统配置在实际运行过程中所带的各种不同负载，以检测列车辅助供电系统带负载后的电源品质。
[0041]如图3所示，在单相感应调压器输入柜13内电缆(A1105，C1105)安装电压传感器6 (IBVll)和电流传感器7 (IBAll),并分别匹配(100 Ω，15 Ω )的调理电阻，以检测单相感应调压器14的输入电压和输入电流。
[0042]在单相变压器输入输出柜15内电缆(A1203，C1203)安装电压传感器6 (2BV11)和电流传感器7 (2BA11),并分别匹配(100Ω，25Ω)调理电阻，以检测单相感应调压器14的输出电压和输出电流。在单相变压器输入输出柜15内，隔离变压器输出线(A1205，C1205)安装电压传感器6 (2BV12)和电流传感器7 (2BA12),并匹配(100 Ω，25 Ω )调理电阻，以检测经隔离变压器隔离后输出的电压和电流情况。
[0043]在输入接线柜19内安装电压传感器6 (5BV11)和电流传感器7 (5BA11)，检测辅助电源装置4的输入电源特性。
[0044]辅助电源装置4的单相输出电压和单相输出电流分别通过电压传感器6 (4BV11)和电流传感器7 (4BA11)测量，电缆线为(L101，L104)，并分别匹配(100 Ω，50 Ω )调理电阻，以检测辅助电源装置4的单相输出电源特性。
[0045]辅助电源装置4输出的三相交流电的电压分别由设置在变流器负载输出柜16内的电压传感器6 (3BV11，3BV12，3BV13)进行测量，并分别匹配100 Ω的调理电阻，三相交流电的电流分别由电流传感器7 (3BA11, 3BA12，3BA13)进行测量，并分别匹配25 Ω的调理电阻，以检测辅助电源装置4的三相输出电源特性。
[0046]辅助整流装置5输出的DC100V电源、单相AC100V电源、单相AC220V电源分别由设置在变流器负载输出柜16内的电压传感器6 (3BV14、3BV15、3BV16)和电流传感器7(3BA14、3BA15、3BA16)分别进行测量，并分别匹配(100 Ω，25 Ω )调理电阻，综合检测辅助供电系统的电源特性。电缆(L1301，L1302)为DC100V电源输出端，电缆(A1321，B1321)为AC220V电源的输出端，电缆(A1325，B1325)为AC100V电源的输出端。
[0047]如图4所示，测量系统3包括在上述的单相感应调压器输入柜13、单相变压器输入输出柜15、输入接线柜19、变流器负载输出柜16、变流器输出接口柜21内安装的电压传感器6和电流传感器7，电压传感器6和电流传感器7与信号调理模块8连接，信号调理模块8上分布有与各个电压传感器6和电流传感器7相匹配的调理电阻，PCI数据采集卡采集各调理电阻上的电压信号，并模拟信号转换为数字信号，最终在PC机10内进行数据处理及显示。PC机10内对数据处理及显示是基于LabVIEW的软件完成的。
[0048]测量系统3在单相感应调压器14的输入输出端、测试件的输入输出端、负载的输入输出端分别安装电压传感器6和电流传感器7，并分别匹配特定的调理电阻，用于监测检测平台的输入电源品质、检测辅助供电系统输出电源的电压和电流特性、检测辅助供电系统带负载后的电源品质特性，本检测平台的测试采集精度可以达到:电压< 1%，电流< 1%。
[0049]如图5所示，控制系统4主要由工控机11、PLC模块12、扩展I/O等组成，本实施例中，应用西门子PLC S7-200对主电路系统I进行集中控制，实现对设备指控的智能化、可视化。具体包括对单相感应调压器14的调压电机进行正转控制或反转控制，实现对辅助电源装置4和辅助整流装置5输入网压的控制，用于检验辅助供电系统运行在低网压、高网压两种条件下，辅助供电系统是否符合设计要求；对负载柜17中5路信号进行控制，为辅助供电系统配置不同的负载，通过电阻不同匹配加载不同负载，满足空载测试、轻载测试等测试需求，同时再通过电组突然加入或切除完成负载突变测试。该检测平台通过ETHERNET建立SIMATIC NET OPC服务器，通过OPC SERVER与S7 PLC建立连接，并读取PLC中的数据，利用LabVIEff软件开发的信号分析模块对数据进行处理及显示。
[0050]对PLC中的各模块进行如下配置:CPU226模块要控制24路信号，分别为单相感应调压器输入柜13内13路信号、单相变压器输入输出柜15内2路信号，变流器负载输出柜16内9路信号；一个EM233模块单独控制变流器输出接口柜21共16路信号；另一个EM233模块控制15路信号，为控制单相感应调压器14 (ITM1)配备2路信号，为控制单相感应调压器14 (ITM3)配备2路信号，为控制负载柜17配备5路信号，其他手动按钮等6路信号。
[0051]如图6所示，下面详细描述该检测平台的工作流程。
[0052]1、为主电路系统I送电，电源为工业用的三相AC380V，50Hz电源。
[0053]2、对辅助电源装置4、辅助整流装置5及主电路系统I中的各个部件进行绝缘
[0054]试验,满足绝缘等级要求。
[0055]如果不满足绝缘等级,则直接判定为不合格。
[0056]3、如果满足绝缘等级要求，通过控制系统4控制对辅助电源装置4、辅助整流装置5依次进行空载试验、轻载试验、负载突变试验、网压变化试验、温升试验。
[0057]在每个过程中，通过各个电压传感器6和电流传感器7检测单相感应调压器14的输入输出端、辅助电源装置4、辅助整流装置5的输入输出端、负载的输入输出端的电压和电流，通过测量系统3在PC机10内进行数据处理及显示，用于监测检测平台的输入电源品质、检测辅助供电系统输出电源的电压和电流特性。检测结果如果满足IEC61287-1-2005标准的要求，则可判定辅助电源装置4和辅助整流装置5合格，否则，则判定辅助电源装置4和辅助整流装置5不合格，并依此结果进行系统优化设计等。
[0058]本检测平台可以实现在地面对辅助供电系统进行联调试验，可以提供辅助供电系统在实际运行过程中所带各种负载，实现对供电网压的智能控制，检验辅助供电系统的综合性能，校核系统及各部件的参数是否匹配，对辅助供电系统输出的电源品质进行更加精确的测量。通过校核参数，实现对辅助供电系统和各负载的优化设计。
[0059]如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种地面式的列车辅助供电系统检测平台，其特征在于，包括: 测试件，为列车辅助供电系统，包括辅助电源装置和/或辅助整流装置； 主电路系统，用于为所述测试件提供所需电源及不同的负载，以模拟辅助供电系统实际运行情况； 测量系统，用于检测所述测试件和主电路系统中各设备的输入输出电流及电压参数，进而评判各种工况下辅助供电系统的电源品质； 控制系统，用于控制所述测试件及主电路系统。
2.根据权利要求1所述的地面式的列车辅助供电系统检测平台，其特征在于:所述主电路系统包括用于为所述测试件提供所需动力电源的动力变换单元、为所述测试件加载不同负载的负载装置，所述动力变换单元与所述测试件的输入端连接，所述负载装置与所述测试件的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的地面式的列车辅助供电系统检测平台，其特征在于:所述动力变换单元由依次连接的单相感应调压器输入柜、单相感应调压器、单相变压器输入输出柜组成； 所述负载装置由变流器负载输出柜、负载柜和负载风机组成； 所述单相感应调压器输入柜的输入端接厂房电源，所述单相变压器输入输出柜的输出端接所述辅助电源装置，所述辅助电源装置的输出端接所述变流器负载输出柜和负载柜，所述变流器负载输出柜的输出端接所述辅助整流装置，所述辅助整流装置的输出端接所述负载柜； 所述负载风机接所述单相感应调压器输入柜的输出端或直接接入所述厂房电源。
4.根据权利要求3所述的地面式的列车辅助供电系统检测平台，其特征在于:在所述单相变压器输入输出柜与所述辅助电源装置之间接入输入接线柜，在所述辅助电源装置的输出端与所述变流器负载输出柜和负载柜之间接入输出接线柜及变流器输出接口柜。
5.根据权利要求3所述的地面式的列车辅助供电系统检测平台，其特征在于:所述辅助电源装置输出三相AC400V及AClOOV两种制式电源，所述辅助整流装置输出DC100V、单相AC100V、单相 AC220V 电源。
6.根据权利要求1所述的地面式的列车辅助供电系统检测平台，其特征在于:所述测量系统包括电流传感器、电压传感器、信号调理模块、PCI采集卡及PC机，所述电压传感器和电流传感器安装在所述主电路系统上各设备的输入和输出端，所述信号调理模块上分布有与各个所述电压传感器和电流传感器相匹配的调理电阻，所述PCI数据采集卡采集各所述调理电阻上的电压信号，并将模拟信号转换为数字信号，所述PC机对数据进行处理及显不O
7.根据权利要求1所述的地面式的列车辅助供电系统检测平台，其特征在于:所述控制系统包括工控机、PLC模块、扩展I/O。
8.根据权利要求7所述的地面式的列车辅助供电系统检测平台，其特征在于:所述PLC模块由CPU226模块及两个EM233模块组成，分别与所述主电路系统中各设备信号连接。
9.根据权利要求7所述的地面式的列车辅助供电系统检测平台，其特征在于:所述PLC模块选用西门子PLC S7-200。
【文档编号】G05B19/05GK103454511SQ201210177377
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年6月1日 优先权日:2012年6月1日
【发明者】曹建刚, 孙国成 申请人:南车青岛四方机车车辆股份有限公司