高頻外電監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

范磊+++王澤旭+++李月麗

摘 要：針對既有外電網(wǎng)監(jiān)測存在的弊端給設(shè)備維護(hù)帶來的不便，重新設(shè)計(jì)和開發(fā)了高頻外電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。文章主要介紹了新型外電監(jiān)測系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：外電網(wǎng)；高頻；監(jiān)測

各種電子設(shè)備目前已成為鐵路電務(wù)系統(tǒng)中最重要、最基礎(chǔ)的保障行車設(shè)備，而外部供電的質(zhì)量則直接影響到這些電務(wù)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。因此對外部供電的監(jiān)測成為了電務(wù)監(jiān)測的一項(xiàng)重要工作。目前針對外電主要是對I路、II路輸入相電壓、線電壓、電流、頻率、相位角、功率的監(jiān)測，只能監(jiān)測到供電系統(tǒng)大于140ms以上的電壓/電流波動。并且只能提供電壓/電流有效值的波形。這種監(jiān)測方式在現(xiàn)場應(yīng)用中無法滿足電務(wù)用戶的實(shí)際需求。因此在原來外電監(jiān)測的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和開發(fā)了新型的高頻外電監(jiān)測系統(tǒng)。該模塊具有如下特點(diǎn)：

（1）可以監(jiān)測到供電系統(tǒng)大于2ms的任何異常波動和瞬變。

（2）提供1路、II路供電電壓、電流的高分辨率實(shí)采電壓/電流實(shí)時波形，單路電壓/電流每秒提供800個實(shí)際采樣點(diǎn)信息。其功能相當(dāng)于3個4通道示波器同時進(jìn)行24小時的實(shí)時供電監(jiān)測。

（3）支持波形突變、瞬間電氣特性超限、瞬間斷電/斷相等多種報警功能，報警的同時，可提供高于實(shí)時波形4倍分辨率的故障點(diǎn)圖片信息，使得用戶對于供電質(zhì)量的把握更加真實(shí)。

（4）外電網(wǎng)分為I路、II路，每路分為A、B、C三相，監(jiān)測每路相電壓、線電壓、電流、基波電壓電流、諧波電壓電流、頻率、相位角、功率、功率因數(shù)，每秒定時采集。在外電網(wǎng)瞬間斷電、斷電時，記錄故障波形。

新型外電監(jiān)測系統(tǒng)包含硬件采集部分和軟件處理部分。下位機(jī)硬件負(fù)責(zé)高頻率的外電監(jiān)測采樣，然后通過現(xiàn)場CAN總線將采集數(shù)據(jù)上送。上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)將接收的監(jiān)測數(shù)據(jù)按照協(xié)議進(jìn)行解析，處理和展示。

1 硬件原理

外電網(wǎng)監(jiān)測模塊采集外電網(wǎng)I路、II路電壓、電流，采樣點(diǎn)在配電箱閘刀外側(cè)。外電網(wǎng)電壓、電流采樣均采用信號隔離，防止監(jiān)測模塊影響外電網(wǎng)的運(yùn)行。同時由于采樣速率的提高，需要將CAN通道的速率提高到500K以保障數(shù)據(jù)能夠正常上送給上位機(jī)。

2 軟件設(shè)計(jì)

每相高分辨率實(shí)采波形分為電壓和電流兩類，每類又提供實(shí)時曲線和日曲線兩種展現(xiàn)方式，每路分辨率達(dá)到1.25ms。即對于50hz的外電網(wǎng)波形，每電壓周期（20ms）上送16個采樣點(diǎn)，每秒上送800個采樣點(diǎn)。每個站提供12路這類實(shí)采波形（分別是I路A相電壓、I路A相電流、I路B相電壓、I路B相電流、I路C相電壓、I路C相電流、II路A相電壓、II路A相電流、II路B相電壓、II路B相電流、II路C相電壓、II路C相電流）。

實(shí)采實(shí)時波形以動態(tài)波形方式對每秒實(shí)采高精曲線進(jìn)行顯示，如圖2所示。

實(shí)采日曲線方便用戶在日常瀏覽或者故障排查時掌握實(shí)采波形的整體趨勢，用戶可自由的進(jìn)行放大縮小操作。（每屏60ms～5s連續(xù)可調(diào)），如圖3所示。

同時上位機(jī)軟件能夠在外電出現(xiàn)問題時提供以下幾種報警以方便用戶進(jìn)行監(jiān)控和問題排查：

（1）電氣特性超限報警

（2）斷電/斷相報警

（3）瞬間斷電/斷相報警

（4）瞬間電氣特性超限

（5）瞬間波形突變報警

3 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)際的運(yùn)行試驗(yàn)，新型高頻外電監(jiān)測系統(tǒng)取得了滿意的使用效果。隨著今后不斷的推廣使用，相信能夠極大的提高用戶排查和預(yù)防外電故障的效率。同時也會繼續(xù)對此系統(tǒng)進(jìn)行功能優(yōu)化和升級，使其更加易用。

參考文獻(xiàn)

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