一种轨道交通接触网泄漏电流检测系统的制作方法

本发明涉及电力检测技术领域，尤其是涉及一种轨道交通接触网泄漏电流检测系统。

背景技术：

城市轨道交通工程采用直流牵引供电轨，通过架空接触网或接触轨受电，利用列车走行钢轨作为负回流线，列车运行过程中不断振动周围环境，造成接触网脏污，使得接触网设备容易发生绝缘击穿等现象造成接地端路跳闸，牵引电流沿钢轨流回牵引变电所时在钢轨上形成电压降，从而导致钢轨与大地之间产生电位差而引起泄漏电流，此时泄漏电流值未达到跳闸保护定制，牵引供电轨交流部分三相电流未发生变化，但接触网发生了轻微电压下降，电流轻微泄漏的情况。接触网发生电流泄漏情况时，电流值大于某一值后，会烧坏绝缘子及电缆。

目前对于轨道交通结构中泄露电流很难直接检测，当发生故障时，需要人为查找原因，费时费力，给地铁维护人员带来了大量的工作，增加了地铁的维护成本，严重时，可能会造成直流、交流牵引供电设备收到严重的破坏，甚至发生人身安全事故。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种轨道交通接触网泄漏电流检测系统，可实现轨道接触网各个区间段泄漏电流的实时检测并对泄漏电流进行趋势预测，并且当泄漏电流超过阈值后，后台监控系统可发出告警，为现场设备的维护提供了相应的技术参数支持，方便快捷。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种轨道交通接触网泄漏电流检测系统包括底层采样元件、采样装置、数据发送模块和云端服务器，所述底层采样元件采集供电轨输入的电流模拟量信号，所述采样装置将底层元件采集的电流模拟量信号转换为数字量信号，所述采样装置通过以太网接口与数据发送模块连接，将处理后的数字量信号通过数据发送模块传输至云端服务器，所述云端服务器对接收的数字量信号进行校验判断和数据处理；

所述云端服务器包括负载均衡模块、数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块和前端模块，所述负载均衡模块为采样装置调配相应的数据采集模块，所述数据采集模块用于对处理的数据进行设备信息预处理及数据分析预处理，并将预处理后的数据存放至数据存储模块中，通过数据处理模块将数据存储模块中的数据进行分析，并将数据分析结果推送至前端模块，所述数据采集模块和采样装置之间设置心跳检测包，判断采样装置是否断线。

本发明中，底层采样元件采集地铁供电轨输入的电流模拟信号，然后将电流模拟信号经采样装置转换为数字量信号，并通过以太网接口发送至数据发送模块，数据发送模块接收采样装置发送的数字量信号，然后以无线传输的方式发送至数据采集模块，其中负载均衡模块为采样装置调配相应的数据采集模块，使得采样装置与数据采集模块进行连接、通讯，云端服务器对接收的数字量信号进行校验判断和数据处理，数据采集模块用于对处理的数据进行设备信息预处理及数据分析预处理，并将预处理后的数据存放至数据存储模块中，通过数据处理模块将数据存储模块中的数据进行分析，并将数据分析结果推送至前端模块，前端模块根据用户请求将采集数据以实时数据、历史数据、装置信息、异常告警等推送至终端，实现数据可视化。

优选地，所述底层采样元件为霍尔元件，所述采样装置为直流录波装置，所述霍尔元件采集供电轨输入的电流模拟量信号，所述直流录波装置能实时读取电流电压波形进行电能质量及波形分析，将电流模拟量信号转换为数字量信号。

本发明中，利用底层采样元件中的霍尔元件精确测量电流的特性，对直流馈线至接触网连接线缆处的泄漏电流进行实时监测，实时采集的数据包括电缆泄漏电流、实时录波信息，非实时数据包括采集数据所在线路、站点、馈线的位置信息，通过对比分析不同情况下的监测电流值，实现泄漏电流的判断与故障区域定位，为地铁检修运维提供数据支持，降低地铁运营维护成本。

优选地，所述底层采样元件的数据采样量程包括0～10ma、0～1a、0～10a及0～100a四个量程。

在发明中，霍尔元件采用不同量程可提高采样精度，结果更为准确。

优选地，所述数据发送模块包括工业级交换机和4g无线路由器，所述工业级交换机用于接收采样装置发送的数字量信号，所述4g无线路由器通过无线传输将数字量信号传输至云端服务器。

在本发明中，工业级交换机接收采样装置的数字量信号，并且通过4g无线路由器以无线传输的方式发送至数据采集模块。

进一步优选地，所述数据采集模块将采样装置处理后的数字量信号进行解码得到原始数据，将数据分类、整理。

在本发明中，接收到采样装置处理后的数字量信号，经过云端服务器对接收的数字量信号进行校验判断和数据处理，并根据自定义协议对处理的数据进行解码得到原始数据，并对数据进行整理及分类。

优选地，所述数据采集模块包括数据预处理模块，所述数据预处理模块进行设备信息预处理与数据分析预处理。

在本发明中，数据采集模块中的数据分析预处理专门负责处理电气采样数据，将分类好的原始数据转换为电气量，再将数据分类上传到数据存储模块。

进一步优选地，所述数据存储模块包括redis缓存模块和数据库模块，所述redis缓存模块用于存储实时数据，所述数据库模块用于存储非实时数据。

在本发明中，数据存储模块接收并存储数据采集模块处理的各类数据信息，实时数据存放于redis缓存模块，各类异常信息、log日志及历史数据存放于数据库模块中。

优选地，所述数据采集模块和采样装置之间设置心跳检测包，判断采样装置是否断线。

在本发明中，设置心跳检测包用来判断进程是否正常运行，若在指定时间段内未收到对方响应，则判断采样装置断线，数据采集模块召唤采样装置自动重连。

进一步优选地，所述数据处理模块包括数据提取模块、数据分析模块和数据分析结果，所述数据提取模块与数据存储模块连接，所述数据分析结果传输至前端模块。

在本发明中，数据处理模块依据数据存储模块采集到的数据进行处理，通过数据提取模块提取实时采集数据，将实时采集数据和统计数据进行数学运算分析得到数据趋势分析，分析得到的结果传输至前端模块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.设置霍尔元件为核心敏感元件用于隔离检测电流的模块化产品，由于霍尔元件本身能产生霍尔效应，其工作原理采用磁平衡式原理，由于磁场的变化与霍尔元件的输出电压信号有良好的线性关系，因此可利用霍尔元件测得的输出信号，直接反应出电流大小，电流信号经过直流录波装置内部处理后，将模拟量信号转换为数字量信号，电流信号通过数据发送模块将数据无线传输至云端服务器，对直流馈线至接触网连接线缆处的泄漏电流进行实时监测。

2.本发明提供的轨道交通接触网泄漏电流检测系统，可实现监控数据远程查看，减少现场维护人员工作量，降低地铁运营的维护成本。

附图说明

图1是本发明的轨道交通接触网泄漏电流检测系统数据流向图；

图2是本发明的轨道交通接触网泄漏电流监测系统软件架构图；

图3是本发明的轨道交通接触网泄漏电流监测系统数据采集模块功能图；

图4是本发明的轨道交通接触网泄漏电流监测系统数据处理模块功能图；

图5是本发明的轨道交通接触网泄漏电流监测系统前端模块功能图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明的一种轨道交通接触网泄漏电流检测系统，参照图1及图2，包括底层采样元件、采样装置、数据发送模块和云端服务器，底层采样元件为不同量程的霍尔元件，采样装置为若干个直流录波装置，霍尔元件串联在地铁轨道供电系统直流馈线柜至接触网区间段线缆之间，对泄漏的电流进行实时检测，电流模拟量信号接入霍尔元件，霍尔元件的输出端与直流录波装置的输入端连接，电流模拟量信号进入直流录波装置对接收的电流模拟量进行校验判断和数据处理，将电流模拟量信号转换为数字量信号，直流录波装置的输出端通过以太网接口与数据发送模块的输入端相连，将处理后的数字量信号通过数据发送模块传输至云端服务器，其中直流录波装置支持两路modbustcp连接，两路ftp连接。

在本发明的一种示例中，直流录波装置采用大容量sd卡记录地铁轨道供电系统上的断路器动作数据，通过设定5khz或10khz采样频率，可分别记录获取动作前400ms和动作后3600ms的采样数据或动作前200ms和动作后1800ms的采样数据，生成标准的comtrade格式文件。录波数据触发条件可设定为遥信变位或者模拟量阈值触发，并可通过标准的ftp协议传输至后台电脑进行数据分析。

直流录波装置直流电流参数为-20ma～20ma对应±10in，线路电压参数为un，-20ma～20ma对应±2un，工作电源参数为88～264v(ac或dc)，开入电压参数为24vdc或110vdc或220vdc。

直流录波装置还包括四个信号led，分为led1(绿)、led2(绿)、led3(红)和led4(红)，指示装置的运行状态及异常信息，当led1(绿)闪烁时，表明直流录波装置正常运行，当led1(绿)快速闪烁时，直流录波装置异常，参数文件丢失，led2(绿)状态亮，表明检测到sd卡，led3(红)状态亮，表明触发录波，led4(红)状态亮，表明硬件发生异常。

直流录波装置包含8路硬件开入信息，所有开入元件都可录波，便于动作时序分析。

直流录波装置包括录波模块，录波模块完成记录开关动作时刻的装置运行环境，生成标准的comtrade格式文件。

直流录波装置其录波原理为达到触发条件时，维护软件自动从装置上读取录波数据，并进行分析，计算出开关的动作特性时间保存到数据库，形成历史曲线。

在本实施例直流录波装置为广州白云电器设备股份有限公司出售的直流开关动作特性检测装置tdr100。

在本发明的一种示例中，数据发送模块包括工业级交换机和4g无线路由器，工业级交换机用于接收直流录波装置发送的数字量信号，4g无线路由器以无线传输方式将数字量信号传输至云端服务器。

参照图2和图3，在本发明的一种示例中，云端服务器(由阿里云公司提供，处理器为intelxeon(skylake)platinum8163)包括负载均衡模块、数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块、前端模块、后台检测系统和四线程cpu，四线程cpu作为后台监测系统处理服务器芯片，对接收的数字量信号进行校验(如发奇偶校验、crc(cyclicredundancycheck，循环冗余校验)校验等)和数据处理。负载均衡模块为采样装置调配相应的数据采集模块，使得直流录波装置与数据采集模块进行连接、通讯，数据采集模块(采用netty框架开发)包括数据预处理模块，负载均衡模块输出端与数据预处理模块输入端连接，数据预处理模块接收从4g无线路由器发送的数字量信号，根据自身协议将数字量信号进行自解码转换为原始数据，并对原始数据进行设备信息预处理及数据分析预处理，设备信息预处理负责处理记录设备所在地、设备编号、地铁线路的拓扑位置、设备断线后信息更改等设备信息，数据分析预处理将分类好的原始数据转换为电气量，再将电气量分类上传到数据存储模块。

在本发明的一种示例中，数据预处理模块的输出端与数据存储模块输入端连接，将处理好的原始数据储存至数据存储模块中，根据存储数据特性不同，数据存储模块包括redis缓存模块和数据库模块，redis缓存模块用于存储实时数据，数据库模块用于存储非实时数据，优化数据存储，提高轨道交通接触网泄漏电流检测系统的响应速度，实时数据包括电缆泄漏电流、实时录波信息，非实时数据包括采集数据所在线路、站点、馈线的位置信息。

参照图4，在本发明的一种示例中，数据存储模块输出端与数据处理模块输入端连接，数据处理模块包括数据提取模块、数据分析模块和数据分析结果，当要预测泄漏电流周负荷趋势发生故障时，数据提取模块从数据存储模块提取站点所有装置一周的采样数据，然后利用数据分析模块对相关数据进行分析未来泄漏电流大小和趋势，从而进行对可能存在的故障进行预测，一旦发现故障将分析得到的数据结果立即通知前端模块，对故障信息进行告警提示。本实施例还可以根据不同的业务需求对相关信息进行处理，将采集数据以实时数据、历史数据、装置信息、异常告警等推送至终端，实现数据可视化，在此不多做描述。

参照图5，在本发明的一种示例中，数据处理模块输出端与前端模块输入端连接，前端模块根据客户需求实现地铁接触网各个区间段泄漏电流的实时监测，对轨道交通线路泄漏电流监控和轨道交通单条线缆泄漏电流监控，将采集得到的数据以实时数据、历史数据、装置信息、异常告警等推送至终端，实现数据可视化，其中实时监控以波形展示和波形分析表示，轨道交通线路泄漏电流监控包括站间监控和站内监控，站间监控以站间线缆拓扑图展示和站间泄漏电流波形展示，站内监控以整条地铁线路泄漏电流波形展示和站间单条线缆数据分析，轨道交通单条线缆泄漏电流监控以线路拓扑图展示和漏电电流在线分析。

参照图1，在本发明的一种示例中，霍尔元件数据采样量程包括0～10ma、0～1a、0～10a及0～100a四个量程，以提高采样精度，数据采样精度达到±0.1％。

在本发明的一种示例中，数据采集模块和采样装置之间设置心跳检测包，用来判断进程是否正常运行，若在指定时间段内未收到对方响应，则判断采样装置断线，数据采集模块召唤采样装置自动重连。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。