列車上的供電系統(tǒng)主要包括48V或110V直流系統(tǒng)和380V或600V交流供電系統(tǒng),供電線路的絕緣狀態(tài)一直是列車安全運行重要因素之一,列車每次進(jìn)出庫都要進(jìn)行電力線的絕緣檢測,而我國現(xiàn)有鐵路上普遍采取兆歐表 (搖表)進(jìn)行設(shè)備絕緣數(shù)據(jù)的檢測,由于兆歐表每次只能測量兩線間的絕緣值,而且需要人工記錄,對列車干線的U、V、W、N、P向線需要人工組合才能進(jìn)行測量、記錄,因此利用兆歐表來檢測列車供電線路的絕緣值非常的不方便,其已不能適應(yīng)當(dāng)前高速鐵路發(fā)展和鐵路智能運輸系統(tǒng)(Railway Intelligent TransportSystem, RITS)發(fā)展的需要。目前,在國內(nèi)外,不斷出現(xiàn)了基于單片機(jī)技術(shù)的數(shù)字化兆歐表,其原理都是以單片機(jī)為控制模塊,直流高壓為測量電源, A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換,并實現(xiàn)數(shù)字顯示。由于其功能比較單一,針對性不強(qiáng),不便于鐵路運輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化和智能化管理,因此,本文以單片機(jī)為主控制器,采用雙積分式AD轉(zhuǎn)化芯片ICL7135,開發(fā)了一套專用于鐵路列車的便攜式智能數(shù)字兆歐表,利用電橋法消除直流高壓本身的影響,通過繼電器的排列組合可以實現(xiàn)列車交流供電線路U、V、W、N、P向之間的任意兩線間絕緣值,該表采用鎳氫電池供電使其體積小,攜帶方便,通過低功耗設(shè)計使其使用時間長,具有自動記錄功能、與PC通訊功能、智能報捷功能、非線性補(bǔ)償功能、顯示直觀和數(shù)據(jù)精確度高等優(yōu)點。

1 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)

數(shù)字兆歐表主要由直流高壓模塊、繼電器陣列、取樣電路、數(shù)據(jù)采集與控制、LCD顯示與鍵盤、數(shù)據(jù)保存和USB通訊等7大部分組成,其原理框圖如圖1所示。具體的工作原理為:直流高壓經(jīng)過繼電器陣列,施加到被測電源線的兩向間,取樣電路的電信號經(jīng)過ICL7135數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,單片機(jī)將數(shù)字信號進(jìn)行計算,轉(zhuǎn)化為絕緣值,同時進(jìn)行數(shù)據(jù)保存、報捷判斷,同時根據(jù)設(shè)置進(jìn)行換向檢測,直到把各個向間的絕緣值全部檢測完為止。

1. 1 直流高壓模塊

數(shù)字兆歐表測量的基本原理與兆歐表(搖表)類似,兆歐表(搖表)是利用手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生高壓進(jìn)行測量,其輸出的額定電壓為500 V(轉(zhuǎn)速為120r/min),而數(shù)字兆歐表對此做了一些改進(jìn),采用直流高壓模塊代替手搖發(fā)電機(jī),這就避免了由于手搖轉(zhuǎn)速不夠引起的高壓的不穩(wěn)定問題,針對鐵路列車的要求,特別將高壓模塊的額定電壓設(shè)置為500V/1kV兩擋可調(diào),對不同的線路選擇不同的測量電壓。電路如圖2所示,高壓模塊電壓輸入Vin是12V,利用V5/10位控制繼電器S2選擇R49或R50來確定輸出電壓Vout為500V還是1kV,對于380V或600V交流供電線路采用1kV高壓測量,而對于列車48V或110V直流供電線路采用500V高壓測量, R/S是高壓模塊的電壓轉(zhuǎn)化的起停控制位。

1. 2 繼電器陣列

數(shù)字兆歐表主要是用來檢測列車供電線路絕緣情況的,特別是其交流線路,按照規(guī)定列車交流供電線路一般是380V或600V,且有U、V、W、N向,在檢測絕緣時除了要求檢測任意兩向之間的電阻值外,還需要各向?qū)α熊囃鈿的電阻值,這樣一共就有5向10種組合電阻值,因此采用繼電器陣列來實現(xiàn)各向間的組合測量。電路如圖3所示,當(dāng)繼電器U1和V2閉合時就檢測U和V向間的絕緣值,其它的向間值類似,這樣利用繼電器陣列,通過表的Port1接口與列車上U、V、W、N、P線一一對應(yīng)連接就可以循環(huán)檢測各向間的絕緣值,避免使用搖表需要人工切換的過程。