超低频动车组车顶高压系统绝缘监测装置的制作方法

本实用新型涉及机车的高压电气绝缘检测和监测技术，特别涉及超低频动车组车顶高压系统绝缘监测装置及监测方法。

背景技术：

动车组车顶高压设备为户外安装，为了保证机车运行的可靠性，要求25KV高压电气设备与机车车顶及本身接地导体有足够的高压绝缘性能。现实中，机车的运行环境复杂，车顶高压设备的绝缘材料要经受风、沙、雨、雪等恶劣气候的侵害及雷电天气过电压的侵袭，当机车的车顶高压设备的绝缘性显著降低时，由于乘务员及调度中心无法掌握设备状态，机车一旦升起受电弓将导致高压放电、接地，轻则造成受电弓滑板与接触网粘结、支撑绝缘子闪络，重则造成接触网烧断、主断路器灭弧室瓷瓶爆炸、避雷器爆炸等重大事故。

现有的绝缘检测技术基于不带高压电缆的车载高压系统，然而，目前部分列车车型具有较长的车载高压电缆，测试时由于电缆长度很大，需要复杂庞大的电源系统，这对现实的绝缘检测技术来讲成本过于高昂而难以实现。

现有的绝缘检测技术仅检测互感器的二次侧电压，在负载很大的电流时，仅在绝缘发生严重短路故障时才能在电压表上有所反应，检测精度较低，无法检测到绝缘受潮、绝缘污染导致的电导增大、局部放电等绝缘下降故障。

技术实现要素：

（一）发明目的：为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种可检测带有高压电缆的电力机车车顶高压系统的绝缘状态的装置，乘务员可通过观察司机室的显示器及指示灯等来确定车顶高压设备是否接地或绝缘性能降低，从而及时发现车顶高压系统绝缘性能降低或接地故障，有效防止和避免事故发生。

（二）技术方案：为了解决上述技术问题，本技术方案提供一种超低频动车组车顶高压系统绝缘监测装置，包括监测支架、超低频高压发生器、探测接头弹射机构、电压监测模块、显示模块及220V电源；

220V电源与超低频高压发生器连接，超低频高压发生器通过铺设在监测支架上的导线、探测接头弹射机构与动车组车顶的车载高压电缆的两个监测点连接，支架上的导线上设有电压监测模块，电压监测模块与显示模块连接；

超低频高压发生器包括单片机、高压开关、升压变压器及A/D转换器；

电压监测模块包括高压互感器、二次侧电流传感器。

优选的，所述监测支架为分段式支架，监测车载高压电缆的导线铺设在分段式支架上并在分段节点设置探测接头弹射机构，探测接头弹射机构包括套式底座、套式底座具有柱状容置空间，柱状容置空间的底部设有气缸，气缸的伸缩杆上设有压力传感器，压力传感器上设有弹簧，弹簧顶部为连接接头，连接接头与导线连接，所述气缸上包括开关装置及信号接收装置，信号接收装置与电压监测模块连接。

优选的，220V电压经超低频高压发生器输出电压范围为0-300V，频率为0.01-300Hz。

优选的，高压监测模块还串联有保护电路模块。

优选的，高压监测模块还包括截止损耗角分析模块。

优选的，高压监测模块还包括电流电压波形分析模块。

优选的，超低频高压发生器与两个自复式开关连接，两个自复式开关分离设置。

优选的，动车组车顶的车载高压电缆设置在两根固定支柱之间，两根固定支柱上设有滑轨，滑轨上设有爬行测试架，爬行测试架通过驱动步进电机和独立电源驱动，爬行测试架包括与滑轨连接的滑轮及框架，框架的两端分别固定设有两个探测接头弹射机构，两个探测接头弹射机构为车载高压电缆的两个监测点，探测接头弹射机构包括套式底座、套式底座具有柱状容置空间，柱状容置空间的底部设有气缸，气缸的伸缩杆上设有压力传感器，压力传感器上设有弹簧，弹簧顶部为连接接头，连接接头与导线连接，所述气缸上包括开关装置及信号接收装置，信号接收装置与电压监测模块连接。

超低频动车组车顶高压系统绝缘监测方法，包括如下步骤：

S1：将超低频高压发生器与车载220V电源连接，超低频高压发生器的输出电压范围为0-300V，频率为0.01-300Hz；

S2：超低频高压发生器通过导线与电压监测模块、两个探测接头弹射机构连接；

S3：两个探测接头弹射机构的连接接头抵压在待测试的车载高压电缆的表面，电压监测模块监测两个监测点之间的车载高压电缆的电流数值及电压数值；

S4：显示模块与电压监测模块连接，显示模块显示电压监测模块的监测数值；

S5：打开220V电源的开关，显示器显示两个监测点之间的电流数值和电压数值，当电流数值高于电流监测阈值时，表明车载高压电缆的两个测试点之间的绝缘值降低；或者，当电压数值低于电压监测阈值时，表明车载高压电缆的两个测试点之间的绝缘值降低。

优选的，两个探测接头弹射机构监测车载高压电缆的方法包括：a1，沿车载高压电缆的延伸方向按固定距离顺序测量；或a2，两个探测接头弹射机构测试车载高压电缆的两端；或a3，两个探测接头弹射机构运行至故障位置处，两个探测接头弹射机构测试车载高压电缆的故障位置的两侧。

（三）有益效果：本实用新型提供的超低频动车组车顶高压系统绝缘监测装置及监测方法具有以下优点：

1，通过超低频电压发生器测试带高压电缆的车载高压系统，避免了测试时需要断电等问题；

2，测试仅需要小电容电源，不需要复杂庞大的电源系统，避免了复杂庞大的电源系统在测试中的成本高及难实现的问题，可适用于电缆长度较长的车载高压电缆；

3，可测试潜伏性绝缘故障，避免25KV电压下实际泄露电流较小而难以测试的问题，可消除由于漏检造成的车顶高压设备的事故隐患；

4，测量出的电流电压数据可进一步分析电缆绝缘降低严重程度和缺陷类型。

附图说明

图1是本实用新型超低频动车组车顶高压系统绝缘监测装置的分段式支架的结构示意图；

图2是本实用新型超低频动车组车顶高压系统绝缘监测装置的探测接头弹射机构的结构示意图。

10-车载高压电缆；11-分段式支架；12-探测接头弹射机构；13-导线；14-套式底座；15-柱状容置空间；16-气缸；17-伸缩杆；18-压力传感器；19-弹簧；20-连接接头。

具体实施方式

下面结合优选的实施例对本发明做进一步详细说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图1-2是本实用新型的实施例的示意图，需要注意的是，此附图仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型的实际要求保护范围构成限制。

现有的绝缘检测技术基于不带高压电缆的车载高压系统，然而，目前部分列车车型具有较长的车载高压电缆10，测试时由于电缆长度很大，需要复杂庞大的电源系统，这对现实的绝缘检测技术来讲成本过于高昂而难以实现。

现有的绝缘检测技术仅检测互感器的二次侧电压，在负载很大的电流时，仅在绝缘发生严重短路故障时才能在电压表上有所反应，检测精度较低，无法检测到绝缘受潮、绝缘污染导致的电导增大、局部放电等绝缘下降故障。

本实用新型的目的是提供一种可检测带有高压电缆的电力机车车顶高压系统的绝缘状态的装置，乘务员可通过观察司机室的显示器及指示灯等来确定车顶高压设备是否接地或绝缘性能降低，从而及时发现车顶高压系统绝缘性能降低或接地故障，有效防止和避免事故发生。

本技术方案提供一种超低频动车组车顶高压系统绝缘监测装置，包括监测支架、超低频高压发生器、探测接头弹射机构12、电压监测模块、显示模块及220V电源；

显示模块包括存储器、显示器、控制面板、电路接口、指示灯等。

显示器设置在司机室中，司机可方便观察显示屏中电流、电压变化，来确定车顶高压设备是否接地或绝缘降低。当车顶高压设备绝缘接地或者绝缘降低时，指示灯亮。

220V电源与超低频高压发生器连接，超低频高压发生器通过铺设在监测支架上的导线13、探测接头弹射机构12与动车组车顶的车载高压电缆10的两个监测点连接，支架上的导线13上设有电压监测模块，电压监测模块与显示模块连接；

超低频高压发生器包括单片机、高压开关、升压变压器及A/D转换器；

单片机型号为AT89C55DW。

电压监测模块包括高压互感器、二次侧电流传感器。

所述监测支架为分段式支架11，监测车载高压电缆10的导线13铺设在分段式支架11上并在分段节点设置探测接头弹射机构12，探测接头弹射机构12包括套式底座14、套式底座14具有柱状容置空间15，柱状容置空间15的底部设有气缸16，气缸16的伸缩杆17上设有压力传感器18，压力传感器18上设有弹簧19，弹簧19顶部为连接接头20，连接接头20与导线13连接，所述气缸16上包括开关装置及信号接收装置，信号接收装置与电压监测模块连接。

220V电压经超低频高压发生器输出电压范围为0-300V，频率为0.01-300Hz。

高压监测模块还串联有保护电路模块。检测时，机车车顶上加有25KV的高压电，为防止人为误操作而造成人身伤害，故设计保护电路模块。

高压监测模块还包括截止损耗角分析模块。如介质损耗角增大，则说明绝缘性降低，还可以进一步与历史数据库比较确定绝缘性能降低的严重程度。

高压监测模块还包括电流电压波形分析模块，可判断绝缘缺陷类型，若为放电性故障，则电流电压波形会有高频毛刺或者尖脉冲出现，若为电导性故障，则无高频分量。

超低频高压发生器与两个自复式开关连接，两个自复式开关分离设置。两个自复式开关分别安装在司机室及控制盒上，必须两个人同时分别闭合，保证两个同时在场同时操作时方可检测。

动车组车顶的车载高压电缆10设置在两根固定支柱之间，两根固定支柱上设有滑轨，滑轨上设有爬行测试架，爬行测试架通过驱动步进电机和独立电源驱动，爬行测试架包括与滑轨连接的滑轮及框架，框架的两端分别固定设有两个探测接头弹射机构12，两个探测接头弹射机构12为车载高压电缆10的两个监测点，探测接头弹射机构12包括套式底座14、套式底座14具有柱状容置空间15，柱状容置空间15的底部设有气缸16，气缸16的伸缩杆17上设有压力传感器18，压力传感器18上设有弹簧19，弹簧19顶部为连接接头20，连接接头20与导线13连接，所述气缸16上包括开关装置及信号接收装置，信号接收装置与电压监测模块连接。

一种超低频动车组车顶高压系统绝缘监测装置的监测支架为分段式支架11，分段节点的探测接头弹射机构12的开关装置及信号接收装置通过3G网络与远程服务器连接，电压监测模块通过信号接收装置、3G网络与远程服务器连接。

远程服务器实时采集电压监测模块的监测数据，当发现故障信号时，通过信号接收装置及开关装置分段监测车载高压电缆10，可快速监测出故障发生的具体位置，方便及时排查故障。

远程服务器实时采集电压监测模块的监测数据，当发现故障信号时，通过信号接收装置控制驱动部件电机驱动爬行测试架步进再次监测车载高压电缆10，可快速监测出故障发生的具体位置，方便及时排查故障。

由远程服务器远程监控车载高压电缆10，可避免车组人员分散精力监控过多数据，远程服务器远程自动监控车载高压电缆10的绝缘性，还可以避免车组人员由于精力有限导致故障无法及时发现的问题，进一步加强对车载高压电缆10的绝缘性的实时监测，还可以避免由于高压监测对人员的专业操作的要求较高增加车组人员的技能负担。

通过超低频电压发生器测试带高压电缆的车载高压系统，避免了测试时需要断电等问题；测试仅需要小电容电源，不需要复杂庞大的电源系统，避免了复杂庞大的电源系统在测试中的成本高及难实现的问题，可适用于电缆长度较长的车载高压电缆10；可测试潜伏性绝缘故障，避免25KV电压下实际泄露电流较小而难以测试的问题，可消除由于漏检造成的车顶高压设备的事故隐患；测量出的电流电压数据可进一步分析电缆绝缘降低严重程度和缺陷类型。

超低频动车组车顶高压系统绝缘监测方法，包括如下步骤：

S1：将超低频高压发生器与车载220V电源连接，超低频高压发生器的输出电压范围为0-300V，频率为0.01-300Hz；

S2：超低频高压发生器通过导线13与电压监测模块、两个探测接头弹射机构12连接；

S3：两个探测接头弹射机构12的连接接头20抵压在待测试的车载高压电缆10的表面，电压监测模块监测两个监测点之间的车载高压电缆10的电流数值及电压数值；

S4：显示模块与电压监测模块连接，显示模块显示电压监测模块的监测数值；

S5：打开220V电源的开关，显示器显示两个监测点之间的电流数值和电压数值，当电流数值高于电流监测阈值时，表明车载高压电缆10的两个测试点之间的绝缘值降低；或者，当电压数值低于电压监测阈值时，表明车载高压电缆10的两个测试点之间的绝缘值降低。

两个探测接头弹射机构12监测车载高压电缆10的方法包括：a1，沿车载高压电缆10的延伸方向按固定距离顺序测量；或a2，两个探测接头弹射机构12测试车载高压电缆10的两端；或a3，两个探测接头弹射机构12运行至故障位置处，两个探测接头弹射机构12测试车载高压电缆10的故障位置的两侧。

以上内容是对本发明创造的优选的实施例的说明，可以帮助本领域技术人员更充分地理解本发明创造的技术方案。但是，这些实施例仅仅是举例说明，不能认定本发明创造的具体实施方式仅限于这些实施例的说明。对本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。