专利名称：用于列车供电系统的接地漏电流检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力机车供电安全领域，具体涉及一种用于列车供电系统的接地漏电流检测装置。
背景技术：
列车供电系统是电力机车上的一个重要设备，电力机车上的大功率变压器将供电网的电源转化为860伏左右的交流电，然后通过晶闸管的半控整流桥将交流电转化为直流600伏电压。列车供电系统将直流600伏的电源输出给客车用电系统使用，如果列车供电系统出现漏电问题，则会影响客车上的设备和乘客的人身安全、影响列车的安全运行。现有技术的列车供电系统漏电流检测方法主要包括电压分压折算法、差分电流传感器检测法和有源接地检测法三种。 I、电压分压折算法根据电阻网络的半电压、全电压分压来计算此时漏电的大小。如图I所示，现有技术使用电压分压折算法的列车供电控制系统通过电压传感器IlSV采集全电压、通过电压传感器13SV采集半电压，电压传感器IlSV并联于列车供电系统的600V+和600V-之间，电压传感器13SV的一端与列车供电系统的600V+相连，电压传感器13SV的另一端通过地电阻与列车供电系统的600V-相连，电压传感器11SV、电压传感器13SV分别与供电控制系统的输入端(AD0/AD1)相连，供电控制系统的输出端通过RS485与显示屏相连。如果接地电阻存在，供电控制系统根据电压传感器IlSV输入的全电压、电压传感器13SV输入的半电压折算出列车供电系统的对地漏电流。供电控制系统通过电阻网络的电压分压折算供电线路是否存在漏电流，然后得出供电系统的绝缘是否良好。但是，这种方法存在的不足就是测量的精度不高，由于功率电阻的精度都比较差，常温下误差为5%，好一点的可以做到误差为2%。而且，电阻在使用过程中会有温升效应，使得精度还要下降，误差还会增大。再加上系统本身的采样误差等原因，电压分压折算法采用电阻网络的电压分压计算方式测量，最大系统误差可达10%。2、差分电流传感器检测法通过在列车供电系统输出的供电线上加装差分的漏电流传感器来测量。差分电流传感器检测法通过差分传感器测量漏电流，在静态情况下可以比较准确的测得漏电流的大小，但是在列车的逆变器工作的情况下，列车的电源带来的干扰很难滤除，因此测量误差超过10%;此外列车的空调启动的时候，会产生浪涌电流，对测量也是干扰，而且这个干扰因素很难去除。3、有源接地检测法通过直接测量接地点的电流大小来测量。最初的列车供电系统采用的是有源接地检测方法，即在供电回路中任意一点接入检测装置，一旦供电回路中某点存在接地故障，在外接+Iiov电源与该点之间就形成回路，使继电器线圈得电工作输出报警信号。如图2和图3所示，这种检测方式假设对地的电流只能通过电流传感器这一回路流回供电线，因此漏电流检测模块(图2和图3中均未绘制)只要通过电流传感器测量这个支路的电流就可以知道供电系统对地的漏电流大小。经过现场运用发现，有源接地检测方法存在着机械动作繁琐，附件较多，可靠性不高，探测有死区及易烧损，供电回路与检测电路未能隔离，电磁兼容性差等缺陷。此外，在安装装置时如果连接器或者电流传感器故障的原因可能造成电流传感器处于开路状态，这样会影响原有电压分压计算，从而影响接地保护。同时，电流传感器处于开路状态下，如果供电线路对地隔离，供电线路上有可能产生几千伏的浮电压，几千伏的浮电压会对供电线路的绝缘造成不良影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电流传感器在正常、短路、开路时均不会影响电路原有的保护功能和接地检测，在电流传感器失效时仍然能够起到接地保护作用，能够防止开路引起的浮电压对供电线路的绝缘造成不良影响，测量精度高、安全性能好、电磁兼容性好、电路简单、成本低廉的用于列车供电系统的接地漏电流检测装置。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为 一种用于列车供电系统的接地漏电流检测装置，包括相互连接的电流传感器和漏电流检测模块，所述列车供电系统的接地点通过所述电流传感器接地，所述电流传感器的外部并联有一个保护电阻，所述列车供电系统的接地点同时通过所述保护电阻接地。作为上述技术方案的进一步改进
所述漏电流检测模块包括依次相连的信号调理电路、模数采样电路、检测处理器，所述信号调理电路的输入端与所述电流传感器的信号输出端相连，所述信号调理电路将电流传感器输出的模拟电流信号转换电压，所述模数采样电路将转换电压后的模拟电流信号转换为数字电流信号后输出至检测处理器，所述检测处理器根据输入的数字电流信号获取当前的接地漏电流。所述接地漏电流检测装置还包括用于远程采集列车供电系统接地漏电流的主处理机，所述漏电流检测模块还包括用于与主处理机进行通信的通信接口，所述通信接口通过远程通信线路与所述主处理机相连。所述通信接口为RS485通信接口。所述保护电阻的电阻值为8 Ω 25 Ω。本发明还包括串联设于所述列车供电系统的两个输出电极之间的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻、第二电阻之间的串联连接线通过一个分压电阻与所述接地点连接导通。所述第一电阻、第二电阻的阻值大小均为600 Ω，所述分压电阻的阻值大小为750 Ω。本发明具有下述优点
I、本发明采用直接测量接地点的电流，并通过在电流传感器的外部并联有一个保护电阻，列车供电系统的接地点同时通过保护电阻接地，这个保护电阻对原有的接地保护和供电线路对地浮电压的泄放不构成影响，当传感器发生故障时可确保对原有的列供漏电流保护功能和接地检测不造成干扰。本发明通过保护电阻，使得电流传感器在正常、短路、开路时对电路原有的功能均无影响，即不会影响电路原有的保护功能和接地检测，而且在电流传感器失效时仍然能够起到接地保护作用，能够防止开路引起的浮电压对供电线路的绝缘造成不良影响，具有测量精度高、安全性能好、电磁兼容性好、电路简单、成本低廉的优点。2、本发明进一步包括用于远程采集列车供电系统接地漏电流的主处理机，漏电流检测模块还包括用于与主处理机进行通信的通信接口，通信接口通过远程通信线路与主处理机相连，因此通过远程通信线路能够方便地将接地漏电流测量值发送到远程的主处理机，能够方便构建列车供电系统的接地漏电流分布式测量系统，具有应用场景广泛、实用性强的优点。
图I为现有技术的列车供电系统的电路原理示意图。图2为现有技术有源接地检测法检测接地漏电流的等效电路原理示意图。图3为现有技术有源接地检测法检测接地漏电流的简化电路原理示意图。
图4为本发明实施例的电路原理示意图。图5为本发明实施例中漏电流检测模块的框架结构示意图。图6为本发明实施例中漏电流检测模块的电路原理示意图。图7为本发明实施例中检测处理器的工作流程示意图。图例说明1、电流传感器；10、接地点；2、漏电流检测模块；21、信号调理电路；22、模数采样电路；23、检测处理器；24、通信接口 ；3、保护电阻；4、主处理机；5、第一电阻；6、第二电阻；7、分压电阻。
具体实施例方式如图4所示，本实施例用于列车供电系统的接地漏电流检测装置包括相互连接的电流传感器I和漏电流检测模块2，列车供电系统的接地点10通过电流传感器I接地，电流传感器I的外部并联有一个保护电阻3，列车供电系统的接地点10同时通过保护电阻3接地，本实施例通过在电流传感器I的外部并联一个保护电阻3，对电路原有的保护功能和接地检测没有影响，又可以在电流传感器I失效时起保护作用，能够防止开路引起的浮电压对供电线路的绝缘造成不良影响，具有测量精度高、安全性能好、电磁兼容性好、电路简单、成本低廉的优点。本实施例尤其适用于测量单点接地的情况，根据图4的电路原理可知，这个泄漏的电流只能通过列车供电系统供电线上的电阻网络的这个唯一的接地点10再流回到供电线形成一个电流回路，因此只要测量接地点10这个位置的漏电流大小即可得到整个列车供电系统的对地漏电流的大小。本实施例中，当保护电阻3的电阻值过小时，对地漏电流从电阻上分流的电流较多，影响漏电流检测的测量精度，而保护电阻3的电阻值过大时，当漏电流传感器故障开路时会影响原有控制系统的接地检测的精度，因此保护电阻3的电阻值优选采用8 Ω 25 Ω，本实施例中保护电阻3的电阻值为10 Ω。当电流传感器I正常工作时，电流传感器I的内阻只有O. 3 Ω，对地漏电流直接通过电流传感器I流回供电线，对原有的电压折算电路不会造成影响。如果电流传感器I发生故障，只能存在两种情况，要么短路，要么开路当发生短路时，相当于新加的保护电阻3支路失效，对原有电路无任何影响；当发生开路时，那么10 Ω的保护电阻3就可起到导流的作用，其电阻与原有电阻误差37.5 Ω比较来说对原有电路也不会造成影响。本实施例还包括串联设于列车供电系统的两个输出电极之间的第一电阻5和第二电阻6，第一电阻5、第二电阻6之间的串联连接线通过一个分压电阻7与接地点10连接导通。本实施例中，第一电阻5、第二电阻6的阻值大小均为600 Ω，分压电阻7的阻值大小为750 Ω。本实施例在安装时，先将一个10 Ω的保护电阻3与电流传感器I并联，再把他们串联到原有的750Ω的分压电阻7所在的支路里面。由于分压电阻7的阻值为750Ω，其误差为5%，也就是说最大可能存在750*0. 05=37. 5 Ω的误差；当电流传感器I发生开路时，那么保护电阻3的其电阻与原有电阻误差37.5 Ω比较来说，对原有电路也不会造成影响。如图5所示，漏电流检测模块2包括依次相连的信号调理电路21、模数采样电路22、检测处理器23，信号调理电路21的输入端与电流传感器I的信号输出端相连，信号调理电路21将电流传感器I输出的模拟电流信号转换电压，模数米样电路22将转换电压后的模拟电流信号转换为数字电流信号后输出至检测处理器23，检测处理器23根据输入的数 字电流信号获取当前的接地漏电流。本实施例的接地漏电流检测装置还包括用于远程采集列车供电系统接地漏电流的主处理机4，漏电流检测模块2还包括用于与主处理机4进行通信的通信接口 24，通信接口 24通过远程通信线路与主处理机4相连。本实施例中，通信接口 24为RS485通信接口，RS485通信接口通过RS485通信线路与主处理机4相连，此外通信接口 24也可以根据需要采用其他的通信接口，例如CAN总线接口或以太网接口。当接地漏电流流过电流传感器I时，电流传感器I将检测到漏电流信号转换成标准的传感器输出电流信号，通过信号调理电路21后变成适合模数采样电路22的电压的模拟接地漏电流信号，模数采样电路22把模拟接地漏电流信号采样变成检测处理器23可以处理的数字接地漏电流信号，检测处理器23读取采样得到的数字接地漏电流信号并对其进行处理得到接地漏电流的数值，如果外部设备需要获取这个接地漏电流的数值，则主处理机4通过RS485通信线路向漏电流检测模块2发出请求，漏电流检测模块2则通过通信接口 24把最终得到的接地漏电流的数值送出。如图6所示，信号调理电路21为基于N2A (芯片型号为AD823A)及电阻R16、电阻R23、电容C19构成的I比I放大电路，信号调理电路21用于实现电流传感器I和模数采样电路22之间的信号隔离，将电流传感器I输出的模拟电流信号转换为合适的电压输出给模数采样电路22。N2B(AD823A)、电阻R16、电阻R21、电阻R24、电阻R26对信号比例放大，使输出信号范围控制在O 5V之间，以方便模数采样电路22进行信号转换。模数采样电路22基于精密稳压源NI和模数转换芯片U2实现，NI (芯片型号为RER)2BU)为精密稳压源，NI输出标准电压信号为模数转换提供可靠的电压基准，保证采样的准确性。U2 (芯片型号为ADC-8)为模数转换芯片，完成模拟信号到数字信号的转换。检测处理器23由微处理器Dl (芯片型号为ATmegal28A-16AU)构成，此外检测处理器23也可以根据需要采用51系列单片机、DSP、ARM等微处理器芯片。晶振G1、电阻R1、电容C5、电容C6构成微处理器Dl的时钟电路，为处理器Dl运行提供外部时钟。LED灯HL5C提供微处理器Dl的运行状态指示。通信接口电路24由Ul (芯片型号为ADM2587)及其外围电阻、电容构成。ADM2587芯片内部包含TLL电平到RS485电平转换及RS485信号隔离功能。在工作状态时，电流传感器I输出的电压信号由VIN进入信号调理电路21，由ADCO输出到模数采样电路22，完成模数转换后的数据通过DATA_BUS送到检测处理器23，检测处理器23通过RXD，TXD引脚与通信接口 24连接，最终将检测的漏电流值输出给主处理机4。如图7所示，检测处理器23的工作过程如下
I)上电后，设备初始化，配置微处理器Dl的外围引脚的功能。对串口设备进行初始化，配置好波特率、起始位、停止位等参数，配置定时器的定时时间，微处理器Dl的内部程序进入主循环、进入步骤2)。2)当定时器时间到，微处理器Dl开始通过模数采样电路22对模拟漏电流信号进行采样，微处理器Dl读取模数采样电路22输出的模数采样值并对其进行处理，然后进入下
一步骤。3)检测是否存在外部的发送测量值请求，如果外部其他设备需要请求漏电流数 值，发送此时刻的漏电流值给该设备，然后进入步骤4);否则直接进入步骤4)。4)喂狗(对看门狗定时器清零)，跳转执行步骤2)进入下一个循环周期。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于列车供电系统的接地漏电流检测装置，包括相互连接的电流传感器(I)和漏电流检测模块(2 )，所述列车供电系统的接地点(10 )通过所述电流传感器(I)接地，其特征在于所述电流传感器(I)的外部并联有一个保护电阻(3)，所述列车供电系统的接地点(10)同时通过所述保护电阻(3)接地。
2.根据权利要求I所述的用于列车供电系统的接地漏电流检测装置，其特征在于所述漏电流检测模块(2)包括依次相连的信号调理电路(21)、模数采样电路(22)、检测处理器(23)，所述信号调理电路(21)的输入端与所述电流传感器(I)的信号输出端相连，所述信号调理电路(21)将电流传感器(I)输出的模拟电流信号转换电压，所述模数采样电路(22)将转换电压后的模拟电流信号转换为数字电流信号后输出至检测处理器(23)，所述检测处理器(23)根据输入的数字电流信号获取当前的接地漏电流。
3.根据权利要求2所述的用于列车供电系统的接地漏电流检测装置，其特征在于所述接地漏电流检测装置还包括用于远程采集列车供电系统接地漏电流的主处理机(4)，所述漏电流检测模块(2)还包括用于与主处理机(4)进行通信的通信接口(24)，所述通信接口(24)通过远程通信线路与所述主处理机(4)相连。
4.根据权利要求3所述的用于列车供电系统的接地漏电流检测装置，其特征在于所述通信接口( 24 )为RS485通信接口。
5.根据权利要求I 4所述的用于列车供电系统的接地漏电流检测装置，其特征在于所述保护电阻(3)的电阻值为8 Ω 25Ω。
6.根据权利要求5所述的用于列车供电系统的接地漏电流检测装置，其特征在于还包括串联设于所述列车供电系统的两个输出电极之间的第一电阻(5)和第二电阻(6)，所述第一电阻(5)、第二电阻(6)之间的串联连接线通过一个分压电阻(7)与所述接地点(10)连接导通。
7.根据权利要求6所述的用于列车供电系统的接地漏电流检测装置，其特征在于所述第一电阻(5)、第二电阻(6)的阻值大小均为600Ω，所述分压电阻(7)的阻值大小为.750 Ω。
全文摘要
本发明公开了一种用于列车供电系统的接地漏电流检测装置，包括相互连接的电流传感器(1)和漏电流检测模块(2)，列车供电系统的接地点(10)通过电流传感器(1)接地，电流传感器(1)的外部并联有一个保护电阻(3)，列车供电系统的接地点(10)同时通过保护电阻(3)接地。本发明通过保护电阻使得电流传感器在正常、短路、开路时均不会影响电路原有的保护功能和接地检测，在电流传感器失效时仍然能够起到接地保护作用，能够防止开路引起的浮电压对供电线路的绝缘造成不良影响，具有测量精度高、安全性能好、电磁兼容性好、电路简单、成本低廉的优点。
文档编号G01R31/02GK102890185SQ20121036300
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者唐鸿华, 刘灿, 乔显华, 蔡杰, 胡亚丹, 陈天喜, 汤湛, 戴仁德 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司