DC 600V電力連接線自動檢測臺的研制

劉舉平，余為清，蘇兆熙

（華東交通大學 載運工具與裝備省部共建教育部重點實驗室，江西南昌330013）

目前，新型25T、25G 空調客車及SS9，SS8，SS7E，SS7C，DF11G等主型準高速旅客列車都采用DC 600V的供電形式。DC 600V電力連接線用量大，對新制連接線及檢修后的已用線進行自動化檢測是現(xiàn)場提出的迫切要求。目前，車間主要通過萬用表對DC 600V電力連接線的線序進行檢測，利用搖表對連接線絕緣值進行測量，以人工記時方式對電纜吸收比等進行測定，勞動強度大，效率低，測量結果受環(huán)境，人為讀數(shù)誤差等影響大，且數(shù)據(jù)采用紙質記錄，不利于自動化檢索管理。針對上述問題，以高可靠微控制MC9S08DZ60作為檢測臺的下位機，配以高壓發(fā)生器、高精度電壓、電流檢測單元，電磁鐵接點轉換模塊及溫濕度傳感模塊等對DC 600V電力連接線實現(xiàn)全自動檢測；通過RS232與工控機進行通訊，完成檢測結果顯示、參數(shù)預置、數(shù)據(jù)記錄、報表打印等功能。檢測臺具有檢測方法合理、自動化程度高、精度高及安全可靠等突出優(yōu)點，有較好的創(chuàng)新性和應用價值。

1 DC 600V連接線自動檢測臺的結構與檢測原理

檢測臺參數(shù)：

（1）機械形式：掛接，將連接線，平鋪于檢測臺之上，與KC20D型供電插座鎖緊；

（2）測量方式：全自動測量，異常情況下自動聲光報警；

（3）測量參數(shù)：線序、線間電阻、線殼電阻、吸收比；

（4）電壓等級：1 000V；

（5）絕緣電阻測量范圍：500kΩ～20GΩ；

（6）精確度：±5﹪；

（7）定格測定電流：1MΩ負荷，1mA；

（8）具備漏電、過流自動防護功能。

DC 600V電力連接線自動檢測臺分為臺架和控制柜兩部分。臺架的作用首先是通過KC20D插頭提供線纜的掛接點，并為電磁鐵接點轉換模塊及其他功能電路提供安裝空間；控制柜安裝工控機、顯示屏及打印設備，由于無需采集卡，成本得到控制。臺架與控制柜間通過RS232進行互連，結構如圖1所示。

圖1 檢測臺結構圖

1.1 線序及絕緣測試原理

DC 600V連接線為4線結構（2并），名稱定義為：A、B、C、D（頭端），a、b、c、d（尾端）。線序的測量比較簡單，由電磁鐵接點轉換模塊選定輸入為+5V電壓，通過DO電纜線序測試模塊依次接通A、B、C、D線，讀取a、b、c、d的電平狀態(tài)，即可判定線序是否正確，若異常則通過工控機聲光報警，此部分不作贅述。

按照檢測作業(yè)要求，DC 600V電力連接線采用1 000V電壓進行檢測，絕緣電阻檢測模塊電路如圖2所示。由于是檢測臺設計，高壓部分可以直接由220V市電經(jīng)過升壓變壓器完成升壓，做整流、濾波及穩(wěn)壓后供檢測電路使用。

圖2 絕緣電阻檢測原理圖

為提高測試精度，對整流后電壓通過D2與U2做穩(wěn)壓處理?？紤]到1 000V高壓電源的使用安全，由R5，R18構成限流電路，另由U1構成過流檢測電路，閾值2mA，過流信號送硬件觸發(fā)器及單片機處理，當發(fā)生高壓短路等過流現(xiàn)象時，自動切斷高壓輸出，從而保護設備安全；另外，高壓輸出線及采樣電阻的回流線同時穿過霍爾電流檢測器件，當設備無漏電時，電流矢量和為零，當泄漏電流超過設定值時，漏電保護電路動作，切斷高壓輸出，防止發(fā)生觸電等事故。

對絕緣電阻的檢測采用電壓電流法進行，高壓HV1通過電磁鐵接點轉換模塊施加在待檢測的絕緣電阻一端（HV2），同時經(jīng)過比例衰減電路送到 MC9S08的A／D1口，得到電壓HVS1；高壓激勵產(chǎn)生的電流，流經(jīng)精密采樣電阻RS，RS端形成壓降US，該電壓經(jīng)過程控儀表放大器放大后送單片機A／D2端口采樣，得到電壓HRS1。這樣已知施加在絕緣電阻上的電壓與電路中的電流，從而對絕緣電阻進行自動計算［1-2］。

絕緣電阻檢測順序為：A-B、A-C、A-D、B-C、B-D、C-D、線-殼。

為保障非電導電流消失，絕緣電阻值在施加電壓后2min（時間可調）時候的讀?。?-4］。

吸收比測試：K=RImin／R15s

極化指數(shù)：P=R10min／R1min

其中R1min為加電1min絕緣電阻值，R10min為加電10 min絕緣電阻值，R15s為加電15s絕緣電阻值。

1.2 絕緣電阻的計算及校正

利用DHT11完成對環(huán)境的溫濕度檢測，得到實時溫度t，通過除濕機，滿足檢測的濕度條件。注意到對連接線的絕緣檢測是通過KC20D連接器實現(xiàn)的，KC20D自身及附屬連接線的絕緣電阻會影響到檢測結果，為此，在未掛接連接線之前，應先對KC20D連接器各項進行絕緣檢測，從結構可以看出，這個絕緣值與待測試電阻呈并聯(lián)形式，在結果中應該剔除連接器絕緣的影響［5］，這可由測試流程通過軟件自動完成（定期自檢）。

已知HVS1，HRS1，溫度t，依據(jù)歐姆定律

式中Rxt為溫度t時的電阻值，RX20為換算為20℃時的絕緣電阻值，Kt為與溫度相關的修正系數(shù)，k1為電壓比例系數(shù)，k2為電流采樣比例系數(shù)。

2 DC 600V電力連接線自動檢測臺的軟件設計

檢測臺的軟件由下位機軟件和工控機軟件兩部分組成。MC9S08DZ60是工業(yè)級的8位控制芯片，具有24通道12位的A／D變換器及豐富的數(shù)字I／O，非常適合在檢測臺中的應用。MC9S08的主要軟件流程如圖3。

圖3 下位機主流程圖

上位機軟件利用Labview 8.6編寫，由于不采用采集卡，需要通過后面板對串口控件定義通訊格式與單片機相一致，通訊參數(shù)為9 600b／s，1位停止位，無奇偶校驗。通過Labview控件方式，可以較為方便地完成前面板交互界面開發(fā)，利用LabSQL實現(xiàn)對ACCESS數(shù)據(jù)庫的連接，完成檢測結果的讀寫、報表打印等操作，通過指示燈選板以及BEEP.VI實現(xiàn)異常情況下的聲光報警。

3 檢測與對比分析

為測試檢測臺的準確度，利用ZX119-2標準電阻箱對檢測臺進行測試，測試數(shù)據(jù)如表1所示（環(huán)境溫度20℃）。

對DC 600V電力連接電纜的實際測試值與搖表值的對照如表2。

表1 ZX119－2標準電阻箱檢測數(shù)據(jù)表

表2 DC 600V電力連接線測試數(shù)據(jù)表

對照DC 600V電力連接線維修規(guī)程，線間、線與外殼間電阻均大于200MΩ，判定為合格。表1的測量示值與電阻箱實際值偏差均小于5%，表明該檢測臺具有較好的準確度，在需要時，可以通過軟件選擇對吸收比及極化參數(shù)進行測試，以判定連接線是否老化或受潮。

4 結束語

針對現(xiàn)場應用的需要，研制了一種新型的DC 600 V電力連接線自動檢測臺，實現(xiàn)了連接線線序及不同絕緣參數(shù)的自動化檢測。檢測臺下位機以MC9S08DZ60為核心，充分利用了該芯片資源豐富，高可靠性的特點，通過配置外圍模塊實現(xiàn)各檢測功能；通過RS232實現(xiàn)上下位機的控制命令及數(shù)據(jù)的互傳，發(fā)揮了計算機在視圖、數(shù)據(jù)管理及打印等方面的優(yōu)點，以較經(jīng)濟的方式完成了檢測臺的研發(fā)。實際測試表明檢測臺結構合理、檢測精度高，數(shù)據(jù)能夠被存儲和檢索，方便了管理，豐富了對DC 600V電力連接線的檢修手段，對安全生產(chǎn)和機車的安全運行提供了一定的幫助。

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