HXD3型机车变流器故障检测诊断装置的制作方法

hxd3型机车变流器故障检测诊断装置
技术领域
1.本发明属于电力机车检测技术领域，具体涉及一种hxd3型机车变流器故障检测诊断装置。


背景技术：

2.变流器是hxd3型机车的关键电气设备，其运行状况的好坏，直接决定整台机车完好率的高低。虽然变流器本身已是高度智能化的设备，具有基于故障代码技术的故障诊断系统，但是由于变流器工作条件的严酷性和自身结构的复杂性，造成很多变流器故障无法检测。受限于变流器控制单元自身故障诊断板卡的检测精度低和诊断项点少，对“网压波动”、“pg输出异常”和“牵引电机无电流”等此类故障,无法实现故障检测和分析追溯，不能满足机车变流器日常故障诊断和分析的需要。


技术实现要素：

3.本发明的目的是设计一种hxd3型机车变流器故障检测诊断装置，解决现有变流器控制单元自身故障诊断板卡的检测精度低和诊断项点少，致使检测不精确且故障追溯困难，不能满足机车变流器日常故障诊断和分析的问题。
4.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种hxd3型机车变流器故障检测诊断装置，包括muc芯片、差分运算放大器调理电路、数字量输入隔离电路和地面分析系统；
5.实时监测变流器的ci控制单元输入输出口的各连接器的模拟量信号，并对各模拟量信号进行模数转换，之后由muc芯片进行波形状态分析；实时监测接触网电压、变流器输入电流、中间直流电压、变流器输出电流、变流器漏电流、电机转速信号；机车主断路器控制和反馈信号、变流器的交流触器控制和反馈信号，通过保护滤波光耦隔离后，之后由mcu芯片进行数字量逻辑处理；
6.地面分析系统执行各工作线程，并根据muc芯片得到的波形状态分析和数字量逻辑处理、故障及提示记录的数据进行高级分析处理，对故障起因进行追溯；
7.差分运算放大将信号进行滤波及幅值、频率调整，数字量隔离电路也是对信号进行滤波及幅值调理。
8.作为本发明的一种优选的技术方案，用差分电路对各模拟量信号调理后并进行模数转换。
9.作为本发明的一种优选的技术方案，实时监测得到的各数字量信号、变流器的外接机车主断路器和变流柜内交流接触输入输出信号通过保护滤波光耦隔离后，由mcu芯片进行数字量逻辑处理。
10.作为本发明的一种优选的技术方案，各所述工作线程包含ad数据处理线程、sd文件存储线程、i/o采集和故障提示判定线程、tcp处理线程、adc循环采集线程和led灯控制线程。
11.作为本发明的一种优选的技术方案，所述sd文件存储线程使用512g大容量ssd固态硬盘。
12.作为本发明的一种优选的技术方案，所述装置采用分布式拓扑结构，不仅具备独立运行，还可通过can或以太网进行多装置组网运行。
13.作为本发明的一种优选的技术方案，所述在实现可靠电气隔离的基础上，根据原车ci控制箱内空余板卡槽位结构状态采用板卡设计，便于快速安装和拆除。
14.本发明的有益效果是：本发明的一种hxd3型机车变流器故障检测诊断装置，能够快速定位hxd3型机车变流器常见故障并提示，减少故障排查时间；精准定位变流器运行中出现的故障，为故障分析与追溯提供数据支持和分析依据。本发明提升了机车变流器监测技术应用水平，为hxd3型机车变流器各部件的精准修和预防修提供数据支持，提高故障修复效率，缩短维修时间，降低机车检修成本，提高机车运用效率，具有明显的经济社会效益。
附图说明
15.此处说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
16.图1是本发明一种hxd3型机车变流器故障检测诊断装置的拓扑图；
17.图2是本发明一种hxd3型机车变流器故障检测诊断装置的工作原理图；
18.图3是本发明一种hxd3型机车变流器故障检测诊断装置的板卡结构图。
具体实施方式
19.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
20.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
21.如图1和图2所示，本发明的一种hxd3型机车变流器故障检测诊断装置，包括muc芯片、差分运算放大器调理电路、数字量输入隔离电路和地面分析系统。
22.其中：实时监测变流器的ci控制单元输入输出口的各连接器的模拟量信号，并用差分电路对各模拟量信号进行模数转换，之后由muc芯片进行波形状态分析；实时监测接触网电压、变流器输入电流、中间直流电压、变流器输出电流、变流器漏电流、电机转速信号；机车主断路器控制和反馈信号、变流器的交流触器控制和反馈信号，通过保护滤波光耦隔离后，由mcu芯片进行数字量逻辑处理；
23.地面分析系统执行各工作线程，并根据muc芯片得到的波形状态分析和数字量逻辑处理、故障及提示记录的数据进行高级分析处理，对故障起因进行追溯；各所述工作线程包含ad数据处理线程、sd文件存储线程、i/o采集和故障判定线程、tcp处理线程、adc循环采集线程和led灯控制线程。
24.如图1所示，由电压插头给装置提供电源，通过模拟量输入插头、数字量输入插头，将需要监测的外部模拟量信号和数字量信号输入到装置内，经过差分运算放大器调理电
路、高速同步数模转换芯片ad、数字量输入隔离电路变换后，将信号提供给mcu芯片。
25.如图1所示，转接线束使用与原车ci单元各连接器配套的插头和插座，直接与机车连接器对插，将信号一分为二；分后的一路信号通过转接线束与ci板卡连接的插头进入ci单元；分后另一路信号通过转接线束与监测装置连接的插头进入监测装置。采用转接线束，将hxd3型机车现有ci单元的各信号并联接入监测装置，不影响机车变流器功能的实现。
26.如图2所示，按照地面分析系统的主程序流程图，muc芯片首先进行内存地址配置、参数定义，初始化ad数据处理线程、sd文件存储线程、i/o采集和故障判定线程、tcp处理线程、adc循环采集线程以及led灯控制线程，并通过比较数据结构体长度，判断各线程状况。如果线程状况不正常，则转换到程序错误处理流程；如果线程状况正常，则执行上述六个工作线程。
27.ad数据处理线程和i/o采集和故障判定线程将外部输入的各模拟量信号波形和各数字量信号状态进行处理、故障判断。
28.sd文件存储线程通过板载rtc时钟芯片获取当前时间信息，记录当前时间和各信号波形状态，判断变流器运行状态等实时信息，并记录在ssd固态硬盘中。实现数据实时在线检测、存储和分析功能，挂载ssd固态硬盘(存储容量≥512g)，可进行长时间实时数据的存储。
29.tcp处理线程通过千兆以太网通信接口模块1、千兆以太网通信接口模块2、can通信接口模块，实现数据高速采集存储、转储功能。
30.adc循环采集线程实现高速同步数模转换芯片ad对8个通道按规定的采样率和通道顺序进行实时采集，循环采集就是1次采集完成后线程控制何时再开始采集。
31.led灯控制线程通过装置指示灯实现状态指示功能。
32.如图3所示，在板卡尾部连接器与板卡元件、印制线之间设计电气可靠隔离；
33.采用尾部连接器和面板螺柱的方式实现板卡快速与ci控制箱空余插槽连接和固定。
34.通过以上实施方式，本发明hxd3型机车变流器故障检测诊断装置，可实时检测变流器整流逆变模块输入输出电压、电流信号和中间继电器控制信号，结合变流器实际运用工况和故障保护规则，实现变流器故障在线检测、故障诊断、数据存储和地面分析功能。装置将变流器信号检测精度提高二十五倍，不仅能够对“网压波动”、“pg输出异常”和“牵引电机无电流”等此类故障进行检测和故障原因进行追溯，而且能够通过sd卡或ssd固态硬盘存储各项输入输出信号数据和诊断结果，并转储到地面分析系统，用地面分析系统对信号数据和诊断结果实现数据可视化展示，并提取逆变器三相电流信号数据进行高级离散度和pwm波分析，为hxd3型电力机车变流器各部件的精准修和预防修提供数据支持。
35.因此，与现有技术相比，本发明的一种hxd3型机车变流器故障检测诊断装置，适用于铁路hxd3型机车变流器系统，实现变流器各信号实时在线检测、故障诊断、数据存储和地面分析功能，其使用精度高，性能稳定，结构简单，实现数据可视化及高级分析。
36.达到精准修要求，降低了降低机车检修成本，提高机车运用效率。同时解决了现有变流器控制单元故障诊断板卡的各信号采集频率低导致各信号还原度低、存储容量小、信号记录不完整造成不能准确分析故障原因和故障追溯等问题。
37.上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非
局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。