電氣化鐵路接觸網(wǎng)電阻測試探究

孫彥輝

摘 要：電氣化鐵路接觸網(wǎng)是在電、力作用下進(jìn)行工作的，而電氣化鐵路接觸網(wǎng)的電阻測試對其正常運(yùn)行有很大的影響，因此，在實(shí)際運(yùn)行過程，必須加強(qiáng)對電氣化鐵路接觸網(wǎng)電阻測試的管理。文章設(shè)計(jì)了一個高精密大電流恒流源，采用一種直接測量毫歐姆級電阻的方法進(jìn)行接觸網(wǎng)電阻測試。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；接觸網(wǎng)；電阻測試

前言

在電氣化鐵路中，接觸網(wǎng)是極其重要的一個組成元件，接觸網(wǎng)的狀態(tài)對行車的安全性有直接的影響，為確保接觸網(wǎng)的運(yùn)行安全，需要采用一種靜態(tài)測量接觸網(wǎng)電阻的方法，來判斷接觸網(wǎng)是否需要更換。一般情況下，接觸網(wǎng)的截面積為200mm2，其材質(zhì)為銅材料，接觸網(wǎng)的電阻很小，對其進(jìn)行測量是一項(xiàng)精密測量工作，加強(qiáng)電氣化鐵路沿線的電氣信號比較強(qiáng)烈，會對測量結(jié)果造成很大的誤差，因此，電氣化鐵路接觸網(wǎng)的電阻測試是一項(xiàng)十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳌?/p>

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及誤差分析

根據(jù)電氣化鐵路接觸網(wǎng)的電阻范圍、測量信號信噪比等設(shè)計(jì)一個高精密大電流恒流源系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，單片機(jī)系統(tǒng)會根據(jù)具體情況，自動選擇恒流源電流的輸出值，在消除各個因素的影響后，恒流源輸出電流經(jīng)過電氣化鐵路接觸網(wǎng)以后，會產(chǎn)生一個正比于這個階段接觸網(wǎng)體電阻的電壓降，通過對電壓降進(jìn)行處理，得出接觸網(wǎng)的電阻值。

在測試過程中，對測試線路、測試儀等的內(nèi)電阻進(jìn)行全面考慮，需要保證接觸網(wǎng)電阻值測量范圍達(dá)到1000mΩ，同時要保證分辨率達(dá)到0.1mΩ，這樣才能準(zhǔn)確地將導(dǎo)體的電阻測量出來。在測量過程中，測量誤差可以從模擬誤差和量化誤差兩個方面進(jìn)行分析，其中模擬誤差=被測量電阻×比例誤差系數(shù)+隨機(jī)誤差+系統(tǒng)常數(shù)誤差；量化誤差=A/D轉(zhuǎn)換器微分非線性誤差+A/D轉(zhuǎn)換器積分非線性誤差+量化誤差。在測試過程中，增益誤差、恒流源精度等因素會對比例誤差系數(shù)造成影響，而系統(tǒng)常數(shù)誤差是由測試線路、系統(tǒng)內(nèi)部線路等因素決定的，而影響隨機(jī)誤差的因素主要有外界干擾情況，系統(tǒng)內(nèi)部噪聲等。

2 關(guān)鍵電路選型

低漂移大電流精密恒流源電路：實(shí)踐證明，采用能帶為基準(zhǔn)的恒流源，沒有采用齊納二極管為基準(zhǔn)的電壓參考源的性能好，因此，在測量電氣化鐵路接觸網(wǎng)電阻時，采用齊納二極管為基準(zhǔn)的電壓參考源得到測量所需的精密恒流源。RER102是一種10V精密電壓參考源，其精度能達(dá)到0.0025V，而溫漂能達(dá)到2.5ppm/℃max，OPA111精密運(yùn)算放大器能確保RER102精密電壓參考源的放大器端和GND端相同，這樣就能保證通過被測接觸網(wǎng)的電流為精密的恒定電路，確保整個電路為等效力恒流源電路。

當(dāng)OPA111精密運(yùn)算放大器處于開環(huán)狀態(tài)時，同相端和反相端的壓差為零，此時OPA111精密運(yùn)算放大器的偏置電流能忽略不計(jì)，此時在NR上的恒流源壓降和R上的VMOS場效應(yīng)管的源極電流壓降相同，如果選擇I1=1mA，NR=999R，此時Is=I1×999=1mA×999=999mA，而I0=I1+Is=1mA+999mA=1A。

在測量過程中，要保證測試量程達(dá)到1000mΩ，而分辨率不能超過0.1mΩ，這就需要保證A/D轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制編碼數(shù)達(dá)到1萬個，并且要至少需要14位A/D轉(zhuǎn)換器，由于在測量過程中，需要對噪聲、A/D轉(zhuǎn)換器微分非線性誤差、A/D轉(zhuǎn)換器積分非線性誤差、量化誤差等進(jìn)行全面考慮，因此，選擇ADS7809型的16位A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器的輸入量程為10V，分辨率為0.1525mV，當(dāng)恒流源電流等于1A、被測量接觸網(wǎng)最大電阻值為1000mΩ時，被測量接觸網(wǎng)的壓降等于1V，在正式測量中，為提高測量精度，將信號放大10倍，也就是每0.1mΩ的電阻可以出現(xiàn)1mV電壓降。

3 消除關(guān)鍵誤差

3.1 硬件濾波電路

電氣化鐵路接觸網(wǎng)，是一個比較大的導(dǎo)體，其電阻是一個穩(wěn)定的值，而干擾信號則很強(qiáng)，由于在恒流源作用下，接觸網(wǎng)產(chǎn)生的電壓信號比較穩(wěn)定，和直流比較接近，因此，首先要用有源低通濾波器對測量信號進(jìn)行處理，從而減少一定的干擾，由于電氣化鐵路接觸網(wǎng)的測量段比較長，環(huán)境的不確定影響因素比較大，所以還需要在接近測量連接點(diǎn)的位置，進(jìn)行濾波處理。

3.2 消除測試連接線和接觸網(wǎng)測試點(diǎn)的電阻

測試連接線和接觸網(wǎng)測試點(diǎn)產(chǎn)生電阻的主要原因是在測量過程中，測試線的夾緊力度存在一定的差異，同時接觸面的清潔度也有一定的差異，這就導(dǎo)致測試連接線和接觸網(wǎng)測試點(diǎn)在接觸過程中，會產(chǎn)生一定的隨機(jī)接觸電阻。在消除該誤差時，如圖1所示，從L1出來的恒流源經(jīng)過A點(diǎn)后經(jīng)過接觸網(wǎng)，再通過B點(diǎn)返回L2，雖然L1、L2測試線的電阻比較大，但經(jīng)過線路的電流是穩(wěn)定的，因此，AB段的電壓降只和電阻有一定的關(guān)系。在測試過程中，由于測試儀器的輸入阻抗比較高，在這種情況下，可以忽略測試線的電阻和隨機(jī)接觸電阻不計(jì)，所以在實(shí)際測量過程中，AB段的電阻只和輸入信號有關(guān)，這樣就能將隨機(jī)接觸電阻消除。

圖1 消除隨機(jī)誤差圖

4 結(jié)束語

對于電氣化鐵路接觸網(wǎng)電阻小、測試環(huán)境比較差的情況，通過設(shè)計(jì)高精密大電流恒流源進(jìn)行電氣化鐵路接觸網(wǎng)電阻測量，并利用硬件濾波處理、軟件濾波處理、四線測試法等進(jìn)行誤差消除，這樣就能極大的提高測量精確度，從而滿足電氣化鐵路接觸網(wǎng)電阻測量的要求。

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