地铁电缆放电信号采集系统的设计

1、地铁电缆放电信号网罗体系的方案李立学江秀臣曾奕达世鹏窦同江沈坚强摘要牵引变电站直流1500v馈出电缆是地铁供电的紧张部件。局部放电或火花放电是造成该电缆绝缘老化的重要缘故原由。在阐发地铁直流电缆放电信号特性的底子上,筒述了所方案的放电检测传感器的特性,方案了对多根地铁直流电缆放电信号网罗的体系,并巳付之实行。关键词地铁,电缆放电,数据网罗体系牵引变电站直流1500v馈出电缆是地铁供电的紧张部件。上海轨道交通1号线自投入运营以来,已产生多来由直流电缆阻碍造成地铁牵引供电体系的停电。当前国表里对交换电缆的在线监测要领都做了许多研究,如直流重量法、直流叠加法、局部放电检测法以及接地电流法和低频重量法

2、等1,但在直流电缆方面的研究还相对较少。传统的接纳摇表离线检测的要领存在很大不敷,属于“慰藉性试验。固然由于绝缘质料在交换和直流环境下表示出的特性不同等,但将交换电缆的在线监测要领用在直流电缆的在线监测上,理论上仍旧是可行的,故被本方案接纳。电缆局部放电是造成绝缘老化的重要缘故原由,也是绝缘劣化的紧张征兆和表示情势2,与绝缘质料的劣化击穿历程严密相干,可以或许有用地反响直流电缆绝缘的阻碍。由于地铁牵引变电站所利用的电缆无铠装、直埋,故将检测地铁电缆放电信号作为一个重要的研究要领。牵引变电站直流1500v馈出电缆一样平常是5根电缆为一组并联运行,给地铁机车供电。理论上讲,并联在一起的5根电缆中有

3、1根产生放电,别的电缆上也会有相应的放电信号出现。对5根电缆的同步信号网罗除可以确认信号的真实性外,别的还可以通过差分等要领来消除环境噪声,进步信噪比。一样平常个牵引变电站有4组电缆,因此,网罗体系方案成能对最多20个通道放电信号实现同步网罗。1地铁电缆放电信号网罗体系的方案1.1地铁直流电缆放电信号的特性图1所示为实行室不雅测得到的直流电缆放电信号波形。该信号在输入到示波器之前举行了25倍的放大。由图可知,放电信号的频谱在4hz摆布,电压幅值大概为20v。1.2放电检测传感器的特性为缩小传感器尺寸,放电检测传感器以高磁导率的超微晶磁性质料作为磁芯,在圆形磁心上匀称绕制高强度漆包线,组成典范的

4、罗戈夫斯基线圈型电传播感器。传感器的内径巨细方案成与地铁电缆外护套尺寸相称,包管很好的磁耦合;传感器线圈是套在电缆外护套上的,因此丈量装置与1500v直流电在电气上是绝缘的,为非打仗式丈量。超微晶磁性质料具有高磁导率、低消耗、矫顽力孝高饱和磁感到、高不变性等特点;由此方案的传感用具有高带宽、带内幅值增益平展等特性,能有用地检测出电缆火花放电产生的薄弱高频信号。传感器线圈的输出信号幅值在20v以内,必需举行前置放大再传输。放电检测传感器对频率为19hz之间的信号具有精良的传输特性。但从现场运行数据阐发,现场存在较强的、频率在0.61.5hz之间的周期性窄带滋扰,必需在传感器信号放大之前将其滤除,

5、不然会导致信号饱和。放电信号频率在4hz摆布(见图2),因此,前置放大滤波器的方案目的为中央频率4hz,频带宽度4hz,即通频带为26hz,放大倍数方案为64倍。综合思量前置放大器放大倍数和滤波的要求将放大器方案为三级,即放大滤波放大此中第一、第二级放大器的放大倍数都为8倍,如许两级放大器可以利用雷同的运算放大器ad8042ad8042为带宽160hz的满电源输入、输出运算放大器。滤波器为四阶巴特沃斯型高通滤波器。为进一步减小环境噪声和别的滋扰对传感器信号的影响,将传感器线圈和前置放大滤波器封装在同一个金属屏蔽盒内(为表述便利,称其为放电检测传感器),通过屏蔽电缆实现传感器、放大器的供电和信号

6、传输。图2为实测的放电检测传感器的频幅特性。1.3地铁电缆放电信号网罗体系总体方案图3所示为地铁电缆放电信号网罗体系的总体布局原理,多达20路放电检测传感器信号通过屏蔽电缆引入到多通道同步数据网罗模块,实现同步高速数字量化。通讯接口模块用于将数据网罗模块与监测中央盘算机毗连起来,上传采样数据和猎取采样参数设定。1.4多通道同步数据网罗模块的方案最多20通道的放电信号颠末等长的5电缆并行送人多通道同步高速数据网罗板,在网罗板内实现同步模/数转换。网罗板由并行的20个通道组成,每个通道包罗输入程控放大器、抗混叠滤波器、模/数转换器(a/d)和存储器(sra)。程控放大器的放大倍数可由软件设置为1、

7、2、4和8倍;抗混叠滤波器为四阶巴特沃斯型低通滤波器,其停顿频率设定在7.5hz;模/数转换芯片接纳ad公司的12bit、最高转换速率为25s/s的ad9225;存储芯片为高速sra,存储容量为416,即在采样率为20hz时最多可以实现20s的一连采样。如图4所示,用一片pld(庞大可编程逻辑操纵器件)来同时操纵20个通道的a/d)和存储器,即实现a/d到sra之间的直接数据存储(da形式)。ad9225的操纵极为简朴,只需用pld向其输入采样时钟,并使能数据输出;pld同时产生sra的地点和写信号,采样数据即从ad9225存人sra。现实应用中除利用按时方法网罗电缆放电信号外,为减小数据量,

8、大概会接纳信号触发的方法,即20个通道中有一起模拟信号的幅值凌驾设定阀值便主动开始采样,直到设定的采样长度信号触发的根本原理是将20路信号别离与阀值比力的效果相“或,然后用作采样的触发。数据网罗板的另一个成效是预采样,马上信号触发前一段时间的波形也记载下来,如容许得到放电信号的完备波形,便于对数据举行阐发研究。在预采样形式下,a/d不停以设定的采样率运行,在pld操纵下,数据循环存入sra,即sra被a/d采样数据循环写入,直到有一个触发条件出现。当触发条件出现后,pld操纵a/d继承采样“采样长度预采样长度个样点,pld影象触发时候输出给sra的地点值,通过读出此地点值,向前预采样长度个样点

9、即为本次采样数据的起始位置。要包管20个通道数据网罗的完全同步,除了利用同一个pld逻辑来操纵全部20路a/d同时事情外,还必要利用同样质料的输人信号线且线长雷同,要求准确调解放大器和滤波器的参数以到达险些雷同的信号耽误,紧张的是全部传感器要有很好的同等性。为防范通道之间的信号串扰,方案中重要接纳印制电路板物理断绝、大面积接地屏蔽和利用屏蔽电缆作为输入信号线等。2网罗体系测试通过对体系输入确知信号(如正弦波信号),以及对网罗信号的时域和频域阐发,可以评估数据网罗体系的性能,如体系增益、通频带和信噪比等。对本体系的测试包罗了前端的放电检测传感器,测试时将信号源接1k电阻,从放电检测传感器的线圈中穿过。图5和图6别离为信号源频率为4hz时此中一个信号网罗通道所测得的时域波形及其频域变更波形。3结语按照上海地铁牵引变电站直流1500v馈出电缆的特点和安装方法等,方案了用于检测火花放电信号的高频传感器、放大器、滤波器和多通道同步数据网罗板,实现了对多达20根运行电缆的在线监测,已于2022年