分析地鐵直流保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

宋迪

摘要：城市軌道交通在我國(guó)投入使用已有很長(zhǎng)一段時(shí)間了，近幾年國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展促使城市軌道交通發(fā)展更如火如荼。不過(guò)，由于使用年限較長(zhǎng)的軌道交通電氣設(shè)備皆是國(guó)外進(jìn)口的，其投入時(shí)間較長(zhǎng)幾乎都進(jìn)入了老化期，有較高發(fā)生設(shè)備故障的概率，并且當(dāng)初裝置的原理圖和PDB圖也未留底，導(dǎo)致維修時(shí)麻煩頻生，其中不少設(shè)備甚至還需要更換取代，但因?yàn)檫M(jìn)口設(shè)備的同型號(hào)產(chǎn)品已經(jīng)不再生產(chǎn)，且新產(chǎn)品價(jià)格昂貴又不易直接更換，使得運(yùn)行維修的問(wèn)題越發(fā)凸顯。所以為滿足實(shí)際需求，筆者認(rèn)為還須得研發(fā)更高性能的直流保護(hù)裝置，接下來(lái)，筆者將進(jìn)一步分析地鐵直流保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵字：城市軌道交通；地鐵；直流保護(hù)裝置 設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集、處理判斷及發(fā)出跳閘指令等是地鐵直流保護(hù)裝置的主要任務(wù)，且地鐵直流保護(hù)裝置直接作用于地鐵牽引供電系統(tǒng)。雖然現(xiàn)階段，我國(guó)地鐵系統(tǒng)已投入使用了一批國(guó)產(chǎn)直流保護(hù)裝置，但絕大部分運(yùn)行的直流保護(hù)裝置還是國(guó)外的，由此可見(jiàn)，研發(fā)可靠性及智能化更高的直流保護(hù)裝置將有著極大的意義。

一、城軌供電系統(tǒng)

城市交通運(yùn)營(yíng)的動(dòng)力源泉便是城軌供電系統(tǒng)，通過(guò)傳輸、供應(yīng)電能給電動(dòng)列車提供牽引供電，以及其他建筑物，如車站、區(qū)間、車輛段等所需的動(dòng)力照明用電。按照不同的功能，又被分為：動(dòng)力照明和牽引供電系統(tǒng)、電源開(kāi)閉所（主變電所）、外部電源及電力監(jiān)控和雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)，如下圖所示：

二、地鐵直流保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

直流牽引供電系統(tǒng)主要受保護(hù)的參量有：電壓、直流電源、增量和系統(tǒng)阻抗及變化率的檢測(cè)，即下圖所示。對(duì)這些系統(tǒng)的主要參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，明確保護(hù)動(dòng)作與否，實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行續(xù)電保護(hù)。

（一）檢測(cè)直流電流

對(duì)直流電流的檢測(cè)可使用霍爾電流傳感器和分流器。分流器的使用：將其串在電路中，對(duì)電流流過(guò)而產(chǎn)生的壓降進(jìn)行測(cè)量，便可直接反映出測(cè)試電流的大小，規(guī)則有75mV和60mV兩種，常用于直流牽引供電系統(tǒng)回路的大電流測(cè)量?；魻栯娏鱾鞲衅鲄s能再現(xiàn)電流波形，和電流測(cè)量響應(yīng)時(shí)間較短的優(yōu)勢(shì)，因此被常用在電流瞬時(shí)值的測(cè)量，不會(huì)引起損耗現(xiàn)象，常用于直流屏和UPS屏中測(cè)量直流電流。

（二）設(shè)計(jì)直流保護(hù)裝置

1、硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段保護(hù)裝置的分析研究，及對(duì)保護(hù)對(duì)象的摸索，將解析硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)：

1）通用接內(nèi)核的設(shè)計(jì)

以冗余設(shè)計(jì)通用接內(nèi)核，其模擬輸入通道、通信通道及開(kāi)入開(kāi)出量皆較為寬裕，下圖為PROFIBUS通信模塊最大串行速率12M，自適應(yīng)波特率，每幀256字節(jié)用于和三位機(jī)進(jìn)行通信；以冗余設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)口和RS232/RS485，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，和下載軟件；由于高速電子開(kāi)關(guān)提供的隔離驅(qū)動(dòng)能力為24V100mA，極可能在供電線路短路時(shí)，促使其他工作電源無(wú)法正常運(yùn)行，所以要將其改為電容器提供，一旦檢測(cè)到裝置的瞬時(shí)短路電流，要通過(guò)裝置電子開(kāi)光出口輸出一個(gè)200ms的24V脈沖電平信號(hào)啟動(dòng)電容脫扣，只要此部件接收到啟動(dòng)信號(hào)，就會(huì)借由電容器存儲(chǔ)的能量快速的分閘脫扣斷路器。

2）顯示和鍵盤

此模塊由DSP直接進(jìn)行處理，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮以點(diǎn)陣漢字液晶顯示更換早期的小屏幕純字符式顯示，因?yàn)橐壕э@示每屏可顯示160×80的點(diǎn)陣圖形或80個(gè)漢字，且它的按鍵操作方便靈活，具有上下左右確認(rèn)取消+-復(fù)位等9個(gè)按鍵。

2、直流隔離放大器的設(shè)計(jì)

1）模擬采樣電路：由于ADS8364的工作鐘是DSPF2812脈寬調(diào)制PWM1產(chǎn)生的，因此PWM1在程序中的頻率應(yīng)設(shè)置成4MHz-5MHz，促使ADS8364各個(gè)通道吞吐率可高達(dá)每秒采樣200×103個(gè)；由于ADS8364的片選信號(hào)是DSPF2812的XZCS0AND1引腳產(chǎn)生，因此ADS8364使用的DSP區(qū)域?yàn)?或0，物理地址范圍為2000H-6000H；為確保讀指針指向第一個(gè)數(shù)據(jù)位置就必須觸發(fā)ADS8364復(fù)位引腳RESET。穩(wěn)定系統(tǒng)時(shí)鐘后，PWM3輸出低電平既可保證其輸出的數(shù)據(jù)與通道A0 A1 B0 B1 CO C1等對(duì)應(yīng)其排位，同時(shí)BYTE的引腳接地電平，其轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出則是16位的方式。

2）通信電路

數(shù)據(jù)傳輸主要組成部分為：外圍電路和DS2155。其中DS2155是較強(qiáng)大功能的EI/T1/J1收發(fā)器芯片，有完整EI/T1的發(fā)器功能，與DSPF2812接口電路時(shí)，內(nèi)部控制、狀態(tài)及數(shù)據(jù)寄存器等的訪問(wèn)需要使用DSPF28128位地址和數(shù)據(jù)總線?？刂啤顟B(tài)及數(shù)據(jù)寄存器分布用于：配置芯片的各種工作方式、存儲(chǔ)線路信息（差錯(cuò)告警、誤碼計(jì)數(shù)等信息）、存儲(chǔ)信令及E1幀數(shù)據(jù)。

結(jié)語(yǔ)：

由于地鐵系統(tǒng)的供電模式為直流供電，所以直流保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，是為了確保直流供電系統(tǒng)更安全的向列出供電，因此，研發(fā)更高性能直流保護(hù)裝置將具有極為重大的意義，同時(shí)，也希望筆者的分析對(duì)廣大同行能起到啟示作用。