铁路客车DC 48V绝缘监测装置设计与研制

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电力机车静动态在线绝缘监控装置研制及应用

电力机车静动态在线绝缘监控装置研制及应用作者：许海东来源：《科技创新与生产力》 2015年第1期许海东（北京铁路局丰台机务段，北京 100071）摘要：电力机车直接影响运行安全及运输秩序的因素之一是车顶雾闪及主变压器火灾事故，因此研制电力机车高压供电系统静动态绝缘监控装置成为确保运输安全的一个重要课题。

文章阐述了检测装置系统构成、功能原理、主要技术特点及现场应用情况，为实践提供了科学依据。

关键词：电力机车；车顶设备；绝缘状态；在线监控中图分类号：U269.6 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2015.01.089和谐型电力机车投入运行以来以其先进的技术极大地提高了铁路运输效率，但在雨雪、雾霾等恶劣天气下，车顶高压设备发生放电故障依然严重。

研究开发在线绝缘监控装置，可对车顶高压设备绝缘状况实时监测和保护，避免设备损毁、烧断网线、火灾等事故的发生。

1 在线绝缘监控装置用途及工作原理1.1 在线绝缘监控装置用途该装置分静动态两种检测功能，静态时（未升弓时）用来检测电力机车车顶高压设备绝缘状态；动态时（升弓时）对机车车顶高压供电系统设备和主变压器对地绝缘状况进行实时监测和保护。

电力机车的车顶高压设备安装在车外，经常受雨、雪、风、沙的侵蚀，很容易出现绝缘子污秽，由于电弓、高压隔离开关绝缘不好等故障，造成漏电流增大，对地绝缘性能降低等情况。

静态时可用该装置精确测出车顶高压设备的绝缘状态，将结果传送到装置显示控制器，提示司机车顶高压设备的绝缘状况，判断该机车是否可以升弓运行等信息，减少因盲目升弓发生事故或将机车故障扩大，造成不必要的经济损失和行车事故。

动态时对机车车顶高压供电系统设备和主变压器对地绝缘状况做实时监测和保护，能够提前发现故障、及时处理故障、防止故障的进一步扩大、减少及避免因主变压器绝缘不良造成的机车火灾（C3）事故或车顶高压设备绝缘不良烧断接触网接触线（C14）事故。

列车绝缘检测控制装置[实用新型专利]

(10)授权公告号(45)授权公告日 (21)申请号 201420706389.7(22)申请日 2014.11.21G01R 31/12(2006.01)(73)专利权人西安伯龙高铁电气有限公司地址710000 陕西省西安市高新区沣惠南路18号唐沣国际广场第1幢4单元23层42301号房(72)发明人刘社利韩社教(74)专利代理机构北京亿腾知识产权代理事务所 11309代理人李楠(54)实用新型名称列车绝缘检测控制装置(57)摘要本实用新型涉及一种列车绝缘检测控制装置，所述装置包括：逆变器、处理器、调压器、高压发生器、电压传感器和电流传感器；逆变器将接收到的机车直流电压转换为交流电压，处理产生控制信号；调压器根据控制信号将交流电压转换为连续可变交流电压；高压发生器将连续可变交流电压转化为检测高压信号；当检测高压信号加载到列车车体的待测物上时，电压传感器产生检测电压信号并发送给处理器；电流传感器产生检测电流信号并发送给处理器，由处理器根据检测电压信号和检测电流信号判断绝缘性。

本实用新型性价比好，电气性能好，漏电痕迹指标达到日本相关标准；阻燃型产品阻燃级通过UL 论证V-0级。

(51)Int.Cl.(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页说明书7页附图3页(10)授权公告号CN 204228896 U (45)授权公告日2015.03.25C N 204228896U1.一种列车绝缘检测控制装置，其特征在于，所述装置包括：逆变器、处理器、调压器、高压发生器、电压传感器和电流传感器；逆变器和处理器分别与所述调压器相连接，所述高压发生器与所述调压器相连接，电压传感器和电流传感器分别与所述处理器相连接；所述高压发生器的接地端与列车车体相连接；所述逆变器将接收到的机车直流电压转换为交流电压，所述处理产生控制信号；所述调压器根据控制信号将所述交流电压转换为连续可变交流电压；高压发生器将所述连续可变交流电压转化为检测高压信号；当所述检测高压信号加载到所述列车车体的待测物上时，所述电压传感器产生检测电压信号并发送给所述处理器；所述电流传感器产生检测电流信号并发送给所述处理器，由所述处理器根据检测电压信号和检测电流信号判断绝缘性。

DC600V供电客车干线在线绝缘监测装置设计

第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会DC600V供电客车干线在线绝缘监测装置设计郭志刚李国平比较电力机车DC600V电源装置和客车DC600V供电系统，两者的接地绝缘监测保护原理不同，导致经常出现机车与客车的漏电监测显示不一致问题。

铁道部有关部门自2007年以来多次召开相关会议研究解决此问题，为此青岛四方车辆研究所有限公司组织人员进行了研发并装车使用。

1 研制背景自2004年起，新造25G型铁道客车基本上均采用了DC600V供电制式，由电力机车的DC600V 电源装置供电。

铁道部也对运用机车、客车的电气绝缘做出了明确规定，要求在库内进行检测并确保出库质量良好。

由电力机车供电的DC600V系统，分别在机车和客车装设了DC600V绝缘检测设备：按照分级保护原则，客车采用漏电流传感器使用电流法测试本车漏电值，发生漏电时可判定列车中具体的漏电车辆，测试结果为漏电流；电力机车采用中性点接地并采用电压法测试方式测试，测试的是全列DC600V绝缘情况，测试结果为对地电压，需要换算后才能得出漏电流值。

二者检测原理和电路结构有所不同，运用中偶尔发生机车指示DC600V存在接地故障，而客车漏电检测正常的情况，故障判断不易，导致处理时间过长，影响了列车始发。

电力线绝缘检测主要分离线和在线检测两大类。

离线式主要采用兆欧表（摇表）或其他能够施加绝缘测试电压的设备在电力线投入工作前进行测量，在线式主要是在供电情况下采用电压法或电流法测试。

CRH3型动车组牵引中间直流电压（DC3000V）、中压交流电压（3AC440V）、直流控制电压（DC110V）均采用的是电压法检测方式，CRH5型动车组既有电压法也有电流法，25型客车直流供电母线（DC48V）采用了电压法。

根据实际情况，我们对DC600V运用中，机车、客车双方因漏电测试结果问题而影响运用的情况提出了解决方案：即在客车中再增加与机车测量方法、原理相同的监测装置，用于列车出库前和运行中进行在线绝缘检查。

铁路旅客列车直供电客车库内检测设备的研制(1)

文章编号:1008-7842(2006)02-0022-04铁路旅客列车直供电客车库内检测设备的研制刘建国1、2(1 华中科技大学经济学院,湖北武汉430074;2 武汉铁路职业技术学院,湖北武汉430063)摘要简述了旅客列车供电方式变化的意义,着重介绍了铁路旅客列车直供电客车供电系统库内检测设备的设计思想,软件、硬件、功能设计、数据采集与处理、操作功能的研制情况以及运用效果。

关键词旅客列车;直供电;检测设备;研制中图分类号:TM762 1+4 文献标志码:A随着多种交通运输方式的迅猛发展和激烈竞争,以及人民生活水平的不断提高,人们对铁路旅客运输的安全、速度、舒适的要求越来越高,旅客列车具备空调、广播、电视、电开水炉、自动门等电气设施,已逐渐成为乘客旅行的基本需求。

列车供电技术的发展是满足这一需求的关键之一。

长期以来,我国普通客车采用轴驱式发电机供电,部分软卧空调车利用柴油发电机和万向轴驱式发电装置来供电。

它们由于供电功率小难以满足乘客旅行舒适的需求。

从上世纪90年代初,我国铁路开始在旅客列车上加挂以柴油为燃料的发电车,对空调列车集中提供三相AC380V电源。

但随着国家能源、环保政策的变化,大量采用发电车供电,特别是在已经实现电气化的区段,显然是不合理的,世界发达国家客车供电技术的普遍做法和发展趋势是采用电力(内燃)机车直接向旅客列车供电。

我国八五期间,即开始了对机车向客车供电技术的必要性、经济效益及技术可靠性等方面的研究。

九五期间铁道部四方车辆研究所与株州电力机车研究所自主研发了DC600V供电技术,并于1998年10月全路第2次客车大提速时在武昌!北京间(T79/80次)装车试运行,首次在空调列车上取消了尾部加挂发电车,取得了大量的试验数据。

2004年3月铁道部运输局在总结经验教训的基础上,扩大了该项技术的推广,先后在广州、长沙、武昌、郑州、西安、上海、北京西、北京、长春等客车段配属了DC600V供电技术的客车并投入运用,取得了良好的经济和社会效益,成为全国建设环保、节约型社会的一个成功范例。

DC48V绝缘监测装置设计方案

DC48V绝缘监测装置设计方案目录一、需求分析 (1)二、装置组成部分与工作原理 (1)2.1装置组成部分 (1)2.1.1电压采样网络 (1)2.1.2数据存储单元 (2)2.1.3通信单元 (3)2.1.4 数据拷贝单元 (3)2.1.5 LED指示、按键与蜂鸣器 (3)2.1.6 RTC单元 (5)2.1.7控制单元 (5)2.2接口定义 (5)三、系统功能 (6)3.1基本功能 (6)3.1.1漏电报警 (6)3.1.2消音功能 (6)3.1.3自测功能 (6)3.2数据存储功能 (6)3.3数据拷贝 (8)3.4设置功能 (8)3.4.1整列或单辆车监测设置 (8)3.4.2车次、车组号、车号设置 (8)3.4.3报警和报警恢复值设置 (8)3.4.4时间校准 (8)四、上位机 (8)4.1硬件要求 (8)4.2软件功能 (9)五、主要技术指标 (10)5.1工作电压 (10)5.2绝缘耐压性能 (10)5.3功率 (10)5.4工作温度 (10)5.5工作方式 (10)一、需求分析直流接地是直流供电系统常见的故障之一。

当直流系统发生一点接地故障(直接接地或发生对地绝缘电阻减小)时,一般不会立即产生危害性后果,但若发生两点同时接地,则可能造成信号装置、控制回路和继电器保护装置的误动作,致使断路器跳闸,或直接造成直流电源短路,从而引发严重的直流供电系统事故。

因此,不允许直流系统在一点接地的情况下长期运行。

必须对直流操作电源进行连续的在线监测,当其某一点出现接地故障时,立即发出报警信号,工作人员查找并排除接地故障,从而杜绝因直流系统接地而引起电力系统故障。

本方案设计的DC48V绝缘监测装置对列车DC48V电源正负相对于车体的绝缘电阻进行实时监测，当发现绝缘电阻下降有漏电风险时，能及时进行声光报警，提醒列车员进行故障的排除。

大大提高了列车运行中的安全性，降低了列车员的日常维护工作量。

二、装置组成部分与工作原理2.1装置组成部分DC48V绝缘监测装置包括电压采样网络、数据存储单元、232通信单元、数据拷贝单元、RTC单元、LED指示与按键、控制单元。

DC48V供电客车绝缘检测装置检修试验作业指导书

作业指导书DC48V供电客车绝缘检测装置检修试验目录一、作业介绍 (3)二、作业流程图 (4)三、作业程序、标准及示范 (5)开工前准备 (5)绝缘检测装置及接线端子清洁 (5)配件安装、接线检查 (5)配电箱供电检查 (5)功能试验 (6)粘贴检修标记 (6)完工整理 (6)四、工装设备、检测器具及材料 (7)一、作业介绍1．作业地点：检修库。

2．适用范围：适用于DC48V供电客车绝缘检测装置检修试验。

3．人员及工种要求：取得铁路岗位《培训合格证书》和《职业资格证书》，持双证上岗。

4．作业要点：4.1拨插接插件、拆卸或紧固接线端子时，必须断电作业，避免触电危害及损坏绝缘检测装置。

4.2客车供电时，必须确认人员安全，防止触电伤害，供电后必须挂供电警示牌。

4.3使用工具时，要避免脱落。

4.4使用测试电阻进行报警功能测试时，严禁触摸电阻，避免触电危害。

4.5不要长时间按动测试按钮或测试断路器，避免测试电阻烧损。

二、作业流程图三、作业程序、标准及示范序号作业项目作业内容、标准及图示1 开工前准备1.1工长确认职工身体状况良好，无不良反应，按规定穿戴好防护用品。

不符合要求的不得进入作业场所。

1.2针对本岗位作业特点，强调库内作业安全、用电防护安全等注意事项。

1.3清点工具仪表是否齐全、检定是否过期。

1.4仪表、设备状态须正常，定检效验不过期。

2 绝缘检测装置及接线端子清洁2.1关断配电箱DC48V总电源开关。

确认电源关断，严禁带电作业。

2.2用毛刷清扫漏电报警器及接线端子上的灰尘。

漏电报警器外部清洁、无污垢，接线端子排无积尘、杂物。

3配件安装、接线检查3.1检查漏电报警器配件及安装情况。

各配件齐全、安装牢固。

3.2检查配线接线情况。

配线按图接线正确，接线牢固、无虚接、错接、接头线芯无开叉、断股，配线线标清晰。

4配电箱供电检4.1在车端电力连接器座外接DC48V电源供电（有蓄电池组且蓄电池组电压足够时可直接用蓄电池组供电）。

铁道客车DC48V绝缘监测装置暂行技术条件

附件18tjcl4272014铁道客车dc48v绝缘监测装置暂行技术条件2014年12铁道客车dc48v绝缘监测装置暂行技术条件51产品分类52产品标志61基本要求62主要性能63绝缘耐压性能64耐低温性能65耐高温性能66耐湿热性能67耐冲击振动性能68浪涌和静电放电要求69电磁兼容性610低温存放性能611功能要求612重量要求613寿命要求71外观检查72低温试验73高温试验74湿热试验75振动和冲击试验76绝缘试验77浪涌和静电放电试验78电快速瞬变脉冲群试验79射频抗扰度试验710射频骚扰试验711低温存放试验712重量检查713功能试验铁道客车dc48v绝缘监测装置暂行技术条件ii81检验分类82型式检验83例行检验84检验项目91包装标志92运输贮存铁道客车dc48v绝缘监测装置暂行技术条件iii本技术条件按照gbt112009给出的规则起草为首次提出
48V 直流分类报警漏电客车
6 技术要求
6.1 基本要求
6.1.1 产品应符合本技术条件及按规定程序批准的图样和技术文件。 6.1.2 同一型号的装置，应保证外形尺寸、安装尺寸和电气布线的一致性。 6.1.3 元器件安装应牢固，布置应整齐，美观、便于观察、检修。 6.1.4 产品中的元器件，应尽可能采用标准件；紧固件应采用标准件，保证通用互换性能。 6.1.5 电气元器件焊接牢固，焊点周围平整光滑，无虚焊、脱焊，相邻焊点不应相碰。 6.1.6 电线电缆压接应牢固、可靠。 6.1.7 布线应符合 TB/T 1759 的规定。内部配线符合 TJ/CL 254-2013 的规定，其他非金属材料应符合 TB/T 2702-1996 的规定。 6.1.8 装置的金属表面处理应符合各车美工技术条件。
I
铁道客车 DC48V 绝缘监测装置暂行技术条件 8 检验规则 ............................................................................ 6

便携式DC48V绝缘监测装置设计

负载电阻，Ｒ１＋、Ｒ１一为远端接地电阻，ＪＫ１、ＪＫ２测量的电压值为地＋、Ｕ地一。
ＤＣｌｌ０Ｖ
有关。另外，由于线路压降的影响，当线路远端发生接
地故障时不能准确报警，各路局近年已发生数起类似故障。为解决上述问题，同时便于库内或运行中检查ＤＣ４８Ｖ供电线路的绝缘情况，考虑设计一款便携式
既有轴驱供电铁道客车的ＤＣ４８Ｖ漏电报警器
采用车载固定安装方式，每辆客车安装１台。由于每辆车的漏电报警器均需接入ＤＣ４８Ｖ母线才能工作，导致取样电阻并联，因此漏电报警值与列车编组数量
电池放电，电压在４２Ｖ～５ＯＶ的范围内。图３为近端绝缘下降原理图，图中Ｒ０＋、Ｒ０一为
近端接地电阻。
・
２７，・
６
５
５
５
４
４
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Ｏ
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８
０
ＤＣ４８Ｖ线路绝缘情况进行监测的。由于采用运算放大器进行电压比较，受运算放大器输入电压的限制，漏
电报警器的测量范围较小。由于全列并联供电，使得每
个报警器的电桥接地电阻并联，导致报警灵敏度降低。
设备与机具

AC380V本车供电和DC48V普通客车干线绝缘检测作业指导书

A C380V本车供电/D C48V普通客车干线绝缘检测作业指导书适用范围适用于库列检作业人员对A C380V本车供电/D C48V普通客车绝缘检测作业。

作业条件（含配套设备）客车整备线路。

使用工具湿度计、500V级兆欧表、48V试灯、万用表、电工工具。

注意事项1.作业人员必须按规定穿戴劳保防护用品。

2.严禁带电作业。

3.检测用湿度计、兆欧表等仪表工具须有定期计量校验标记且校验不过期。

安全提示1.雨雪天气时，当心滑倒。

2.现场作业时，不得侵限。

作业步骤及质量标准图示1.作业前准备。

▲1.检查作业工具、仪器仪表外观良好。

2.到安全员处办理上脱手续，填写内容字迹清晰工整，时间准确。

2.检查绝缘表校验情况，以120r/m i n摇动500V级绝缘表，进行开路、短路试验。

▲1.绝缘表校验不过期。

2.短路试验时表针指零、开路试验时表针指向无穷大。

3.端部连接线、座检查。

▲ 1.检查列车北头A C380V电力连接线外部护套无破损，防水护套与插头处密接可靠。

2.A C380V电力连接线座，密封胶圈密封、防水作用良好，接线端子、插针、插孔无缩针、缩孔、松动、锈蚀、变色、灼痕、烧损。

3.D C48V电力连接线、播音线线身无老化、裂损。

4.D C48V电力连接线连接线、播音线固定、空座无破损，安装紧固，螺丝无松动缺失。

底部胶垫完好，密封严密。

5.D C48V电力连接线连接线、播音线插头无破损，插孔无烧损、变色，内部清洁，接触良好。

绝缘板无破损，无烧损变色，卡簧作用良好。

★ 检查前确认I、I I路干线无电。

作业步骤及质量标准图示4.测试A C380V干线电气绝缘。

▲ 1.在列车北头车端连接线座处使用500V级兆欧表进行A C380V干线绝缘测试。

2.测试I路干线绝缘。

1.1将兆欧表表笔分别置于连接器座三相线和N线插孔内，测试U、V、W相与地间绝缘阻值。

1.2将兆欧表表笔分别置于连接器座三相线线插孔内，测试U V、U W、V W相间绝缘阻值。

铁路客车DC110V绝缘检测系统综合试验装置的研制及应用

铁路客车DC110V绝缘检测系统综合试验装置的研制及应用发布时间：2023-02-07T03:08:53.383Z 来源：《福光技术》2023年1期作者：张宏宇房世超吴有亮李勇[导读] 目前我国铁路DC600V供电25G、25T型空调客车已成为主型客车，包括新型复兴号集中动力动车组同样采用DC600V供电方式。

中国铁路呼和浩特铁路局集团有限公司包头车辆段内蒙古包头 014010摘要：目前我国铁路DC600V供电25G、25T型空调客车已成为主型客车，包括新型复兴号集中动力动车组同样采用DC600V供电方式。

DC600V供电客车干线供电系统分为两个部分，一是DC600V动力电源，二是DC110V控制及应急电源，由每节车辆下部充电机和DC110V蓄电池通过贯穿全列的DC110V干线提供。

DC110V供电系统由充电机将DC600直流电变换成DC110V直流电，给本车DC110V蓄电池组充电，向轴温报警装置、行车安全监控诊断系统、烟火报警装置、防滑器、照明系统等负载供电，向电气装置提供控制用电，并为DC110V干线供电。

本文通过对铁路客车DC110V绝缘检测系统综合试验装置，实现对DC600V供电25G、25T型空调客车DC110V绝缘检测系统的综合试验，填补了对该项工艺落实的空白，弥补了安全漏洞。

关键词：DC110V控制、绝缘检测系统1 研制背景目前我国铁路DC600V供电25G、25T型空调客车已成为主型客车，包括新型复兴号集中动力动车组同样采用DC600V供电方式。

DC600V供电客车干线供电系统分为两个部分，一是DC600V动力电源，由机车通过车辆端部DC600V电力连接器为全列提供；二是DC110V 控制及应急电源，由每节车辆下部充电机和DC110V蓄电池通过贯穿全列的DC110V干线提供。

DC110V供电系统由充电机将DC600直流电变换成DC110V直流电，给本车DC110V蓄电池组充电，向轴温报警装置、行车安全监控诊断系统、烟火报警装置、防滑器、照明系统、信息显示系统、影视系统、广播系统等负载供电，向电气装置提供控制用电，并为DC110V干线供电。

客车制动系统48V防寒解冻装置的研制与应用

ＤＣ６ＤＣ５Ｖ）３Ｖ～８
紧急阀电热套
适应气温：１℃～４￣一０５Ｃ功耗：３５Ｗ～５ｌ．３Ｗ
图１客车制动系统防寒解冻装置电路简图
解冻时间：０ｉ，可连续通电４ｍｎ并
使用
体冬季冻结故障的发生。客车蓄电池基本保证电流为３Ａ，于３Ａ时客车电源控制箱就会停止电流输出，５低５
旦・太原铁道科技
客车制动系统４Ｖ防寒解冻装置的研制与应用８
客车制动系统４７防寒解冻装置８
的研制与应用
成保心：太原铁路局科研所
摘
要：针对普通客车制动系统冬季出现的冻结故障，用较为应
障体内多有积水、冰；障多为缓解不良、非常；结故起故障处理多采用往阀体上浇热水使阀体升温的办法；积水、结冰造成的故障多发生在靠近列车尾部的车
至２００７年底，北方地区某车辆段共发生制动故障２０起，中因空气制动系统内水汽冻结造成的就多达１其５
寿命，响客车的使用效率，影延长了作业时间。
目前，内铁路客车在制动系统防寒解冻方面还国
３运行试验
为了验证该装置的使用效果，０７年１１２０月５日～客车长时间不发电工作，也不会造成客车蓄电池亏

高速铁路绝缘器的信息化与智能化设计研究

高速铁路绝缘器的信息化与智能化设计研究高速铁路绝缘器作为重要的安全保障装置，对于确保列车运营的稳定性和可靠性具有重要意义。

随着信息技术和智能化技术的不断发展，如何利用这些技术来提升高速铁路绝缘器的设计和管理水平，成为了一个研究热点。

本文将探讨高速铁路绝缘器的信息化与智能化设计研究的相关内容。

首先，高速铁路绝缘器的信息化设计主要包括数据采集、传输和处理。

通过传感器、数据采集设备等手段，获取绝缘器在运营过程中的相关数据，如温度、电压、电流等信息。

这些数据可以通过网络等手段传输到中央控制中心，进行实时监测和分析。

在传输过程中，需要考虑数据安全和可靠性的保障，以防止数据泄露或者传输错误造成的问题。

在数据处理方面，可以利用大数据技术和人工智能算法对数据进行分析和挖掘，以获取更多有价值的信息，为绝缘器的管理和维护提供科学依据。

其次，高速铁路绝缘器的智能化设计包括自动监测、预测维护和故障诊断等方面。

通过在绝缘器上安装智能传感器，可以实现对绝缘器状态的实时监测和评估。

当绝缘器发生异常或故障时，系统可以及时发出警报，以便工作人员及时处理。

同时，通过对历史数据的分析和建模，可以预测绝缘器未来的运行状态和寿命，为维护工作提供指导。

在故障诊断方面，可以利用机器学习和专家系统等技术，对绝缘器故障进行自动诊断和定位，缩短故障排除时间，提高运行效率。

此外，高速铁路绝缘器的信息化与智能化设计还应考虑与其他系统的集成。

在高速铁路系统中，绝缘器与动力系统、信号系统等密切相关。

因此，通过将绝缘器设计与其他系统进行集成，可以实现信息的共享和协同工作，提高运行效率和安全性。

例如，当绝缘器发生异常时，可以自动触发信号系统的报警功能，对列车进行及时的停车控制，以确保列车和乘客的安全。

这要求绝缘器设计具有相应的接口和协议，能够与其他系统进行无缝连接和通信。

最后，高速铁路绝缘器的信息化与智能化设计还需要考虑相关的标准和规范。

在设计过程中，必须严格遵守国家和行业的相关标准和规范，以确保绝缘器的安全和可靠性。

铁路客车复合型智能绝缘检测仪[发明专利]

专利名称：铁路客车复合型智能绝缘检测仪
专利类型：发明专利
发明人：朱帅,张辉,曲力强,廉政武,张涛,张宝华,张雷,顾铭,付宇鹏,车星,王頔,乔磊,仙伟,赵国庆,张家铭,丁建生,于
海东
申请号：CN202011512168.2
申请日：20201219
公开号：CN112557853A
公开日：
20210326
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种铁路客车复合型智能绝缘检测仪，所述绝缘检测仪包括MCU、存储单元、伺服单元、高压发生单元、高压切换阵列、高压采集调理单元、漏电流四端网络、漏电流采集调理单元、无线数传单元、充电与有线通信接口、充电控制与变换单元、人机交互触控屏和实时时钟单元。

本发明的铁路客车复合型智能绝缘检测仪是根据铁路检修部门日常检修工作需求研制的绝缘检测设备，具备高精度绝缘测量、湿度测量、移动网络及WIFI无线上传等功能，同时搭配配套的数据终端管理系统，可以实现故障预警功能。

申请人：哈尔滨恒达交通设备技术开发有限公司
地址：150000 黑龙江省哈尔滨市利民开发区学院路柏林四季A21栋26号商服
国籍：CN
代理机构：哈尔滨龙科专利代理有限公司
代理人：李智慧
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DC48V供电设计技术

铁路客车DC48V供电技术作者胡晓春内容提要:本文重点介绍了客车DC48V供电设计的设计原则、设计步骤、设计要点，对铁路客车DC48V 系统供电设计的掌握将有积极的帮助。

※ ※ ※1概述在旅客列车的设计技术中，供电技术占据着极其重要的位置。

建国60年来，铁路客车经历了22（23）型、25型、动车组三个重要发展阶段，客车供电由轴驱发电、发电车（或机车）集中供电发展到动车组机电一体化，供电电源由DC48V、AC380V到DC600V，控制方式从简单的硬线控制发展到复杂的PLC和网络控制，保护措施从简单的硬件保护到软件智能和特殊装置的保护，充分体现了客车供电在铁路大发展中的技术进步。

供电技术是现代高速客车转向架、制动和供电三大核心技术之一，是列车快速、舒适、安全运行的基本保证。

DC48V供电是22型客车曾经采用的供电方式，而今天铁路客车已全面进入25型客车和和高速动车组时代，为什么本文还要讨论DC48V供电技术呢，笔者认为，尽管22型客车已不再制造，而且在线运用车也会逐步淘汰，但是毕竟在线运行客车还有7200多辆，而且绝大部分经过翻新改造，在一定程度上体现了现代设计技术，延长了使用周期，所以我们不仅要了解其设计技术，而且要对在线运行客车提供必要的技术服务。

下面就轴驱发电的DC48V供电系统的设计步骤、供电系统及电气设计进行介绍，供大家学习参考。

2设计步骤2．1设计依据《技术规范》对供电系统的有关规定；总体设计及要求；相关技术标准的规定（铁道部技术政策、国内相关标准）；2．2设计方案确定供电方式确定（是否为子母车）；用电负载确定（灯具、电风扇、播音器、插座等）及负荷计算；系统方案确定（系统原理图）；重要部件确定（发电机、车下整流箱、车上配电盘）；布线方式确定。

2．3提出联系书由于供电系统涉及车上车下及车端，范围较大，与车体及转向架等相关部分的设计关系均应全部确定并按要求提出联系书。

需提出联系书的部件及零件有：综合配电盘，顶灯，角灯，地灯（仅硬卧车），电扇，播音器，乘务员室插座，KP-2B(或KP-2A)整流箱,电池箱，干线及支线的穿线钢管，轴报盒，引上线管2．4完成设计根据联系书进行施工图纸设计（包括车上电气装置、车下电气装置、车端电气装置及车上车下电气线路图，控制盘原理图设计）。

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铁路客车DC 48V绝缘监测装置设计与研制作者：刘建成夏子杰陈宇航冯海波来源：《物联网技术》2019年第03期摘要：铁路客车发生的各类火灾事故中，电气系统引发的故障已逐渐成为威胁客车安全的首要因素。

直流系统是铁路客车供电系统的关键组成部分，为信号设备、自动装置、事故照明、应急电源、断路器分合闸操作等提供直流电源。

文中对现有DC 48 V绝缘监测装置存在的不足进行分析并提出改进方案，采用不平衡电桥原理监测绝缘电阻，在母线电压检测单元中加入隔离电路，主控MCU采用STM32F429系列单片机，软件部分新增网络和蓝牙通信功能，可对系统进行时钟校准和定期软件升级。

实践表明，该装置具有结构简单、扩展性强和可导性高等优点，具有一定的市场应用前景。

关键词：直流系统;绝缘电阻;隔离电路;不平衡电桥;时钟校准;网络通信中图分类号：TP277;TM72 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2019）03-00-030 引言直流系统是铁路客车供电系统的关键组成部分，其工作状况直接影响铁路客车的安全稳定运行[1]。

由于老式塑壳断路器使用热磁式保护，用金属片进行过载保护，精度较差，而漏电断路器采用简单的检测保护模块，功能单一，缺乏综合性安全保护，因此当供电母线出现过压、欠压、短路等故障时，无法做出快速、准确的反应，存在安全隐患[2]。

故对直流系统的绝缘状态进行实时监测与快速反应具有重要意义。

本文研制的铁路客车DC 48 V绝缘监测装置新增数据存储、时钟校准、定期自检、网络通信等功能，包含嵌入式控制、USB存储、无线蓝牙通信等功能，可实时监测直流母线对地的漏电阻值，当测量值达到报警阈值时触发声光报警。

同时，存储模块实时存储监测数据，用户可用U盘通过USB接口下载数据做后续的计算分析，并可通过手机等带有蓝牙功能的无线通信设备对整个系统的时钟进行校准，还可利用PC设备对装置进行定期软件升级。

1 装置的结构原理DC 48 V绝缘监测装置采用STM32作为主控制器，包含不平衡桥式电路、隔离模块、调理电路模块、USB接口模块、E2PROM存储模块、液晶显示模块、声音报警模块、状态指示模块、蓝牙模块和网络通信模块。

DC 48 V绝缘监测装置结构如图1所示，各模块实现方案及功能如下：（1）不平衡桥式电路：在正负母线与接地外壳之间接入一系列电阻，通过控制接入电阻阻值的大小以及各电阻上不同的电压测量值，列出相关方程组计算出正负母线对地绝缘阻值的大小[3]。

同时，可通过控制不平衡桥式电路中的开关K2，K3实现定期自检功能。

（2）隔离模块：将正负母线对地电压分别通过2个ADuM4190隔离运放进行隔离处理后再分别输入电压采样模块，有效避免待测电压信号对系统的干扰[4]。

（3）调理电路模块：将隔离后的正负母线对地电压经滤波和阻抗匹配后送入单片机的A/D采样模块[5]。

（4）E2PROM存储模块：选用M24M02-DR型号的大容量E2PROM，实时记录数据并供用户下载。

（5）USB接口模块：选用USB118AD模块，系统存储的数据可供U盘等带有USB接口的存储设备下载。

（6）液晶显示模块：选用5寸800×480点阵、RGB888的LCD彩色电容液晶屏幕，实时显示系统记录的数据以及各种信息。

（7）声音报警及状态指示模块，当发生以下几种情况时触发报警，蜂鸣器启动，LED红灯闪烁：①超压报警：当母线电压超过49 V时产生报警信号。

②欠压报警：当母线电压低于47 V时产生报警信号。

③绝缘报警：当系统接地电阻≤1 kΩ时产生报警信号。

（8）蓝牙模块：选用HC-05蓝牙通信模块与具有蓝牙功能的移动通信设备连接，对系统时钟进行实时校准[6]。

（9）网络通信模块：具有RS 232接口和RS 485接口，可将监测数据上传至上位机，同时定期进行系统程序更新与维护。

2 硬件设计2.1 不平衡电桥电路的设计不平衡电桥法基本原理如图2所示。

RA，RB分别表示正负母线与地之间的绝缘电阻，U1，U2分别表示电阻RA，RB上的分压值。

通过控制开关K1的通断改变正负母线电压在电阻RA，RB上的分压比。

当K1闭合时，可得：式中U1'，U2'表示当K1断开时正负母线在RA，RB上的压降。

联立式（1）、式（2）即可解得RA，RB值。

当装置进行定期自检时，可通过单片机控制K2，K3通断。

将RC，RD接入电路，其中RC，RD均设置为800 Ω，此时正负母线对地绝缘阻值低于报警阈值，若触发报警则装置正常，否则装置存在故障，应立即检修。

2.2 母线电压采样与隔离电路测算正负母线对地绝缘阻值时需对正负母线的对地电压进行采样，为了避免强电对处理电路的干扰，在对正负母线电压采样前需加入隔离电路对电压信号进行隔离，同时将电压调至0～3.3 V。

其中负母线电压经过反相电路转换成正电压输入隔离运放，后级电压跟随器实现阻抗匹配[7]。

图3所示为母线电压采样与隔离电路原理图。

2.3 主要模块选择2.3.1 MCU的选择MCU是整个装置的控制核心，其主要功能为母线电压采样处理、LCD电容屏驱动、蓝牙模块配置与连接、网络接口配置、声光报警模块控制、E2PROM及USB存储模块配置。

设计中选择处理能力强、集成度高、能耗较低，易于开发与调试的STM32F429系列单片机。

2.3.2 显示模块的选择为了方便用户操作，选用5寸电容触控屏，显示更多信息的同时获得更好的人机交互体验[8]。

2.3.3 蓝牙模块的选择在监测直流系统绝缘状况时，系统时钟累积误差会影响数据的准确性。

为了解决这个问题，选用HC-05蓝牙模块定期通过带有蓝牙功能的移动设备对系统时钟进行校准更新，在确保数据准确性的同时提高便携性。

2.3.4 存储模块的选择漏电时的绝缘电阻以及时间点都是监测时比较重要的数据。

为了方便存储和下载，选用E2PROM-M24M02-DR存储实时数据，并使用USB-OTG功能，以装置作为主机将漏电阻和时间数据写入U盘。

3 软件设计3.1 母线绝缘监测在不平衡电桥条件下，利用母线电压计算接地电阻的大小。

采样到母线电压后，对其电压状态进行分析。

若存在严重超压或欠压的情况则直接触发报警，情况正常则计算出接地电阻的阻值并与设定阈值进行比较。

若所得接地电阻阻值小于设定阈值，则触发报警。

母线绝缘监测流程如图4所示。

3.2 接地电阻的计算根据式（1）、式（2）可得电阻RA，RB的计算公式为：4 装置具体实施方案当系统上电时，先进入自检模式。

主控MCU发出控制信号，接通继电器K2，进行第一次自检;然后接通继电器K3，进行第二次自检。

若两次自检过程都导致声光报警器发出报警信号，则装置正常。

断开继电器K2，K3，装置开始正常监测。

在每个工作周期中，先接通继电器K1，此时MCU对分压处理好的正负母线电压进行第一次采样，得到第一次的正负母线电压U1，U2;然后断开继电器K1，对正负母线电压进行第二次采样，得到第二次的正负母线电压U1'，U2'。

通过不平衡电桥计算公式，可在主控MCU中计算得到正负母线的绝缘电阻RA，RB。

设备正常工作时不断重复这个周期。

主控制器将计算得到的正负母线绝缘电阻与设定阈值电压进行比较，在LCD显示屏上实时显示正负母线绝缘电阻值以及当前的绝缘状态。

若处于漏电状态，则控制器驱动声光报警器发出警报（红色LED常亮且蜂鸣器长鸣）;若处于正常状态，则蓝色LED常亮。

同时，主控制器将计算得到的正负母线绝缘电阻实时存储到E2PROM-M24M02-DR中，供U盘下载数据。

LCD显示屏同时显示当前设备的蓝牙状态以及时钟。

当设备的蓝牙模块HC-05与外部蓝牙终端设备成功连接时，装置将实时的正负母线绝缘电阻传输到该终端设备，并且工作人员可利用手机的蓝牙程序对设备时钟进行调整。

装置上增加RS 232和RS 485接口，以便操作人员利用上位机与其通信以及进行多套装置组网。

5 装置实物及测试结果利用实验室48 V直流电源模拟铁路客车DC 48 V电源系统，测试装置是否能够准确测算出绝缘阻值并及时报警以及其他相关功能。

DC 48 V绝缘监测装置实物如图5所示。

测试结果见表1所列，误差在容许范围内，具有较高的测量精度。

6 结语传统的DC 48 V绝缘监测装置功能都较为单一，无法存储采集的数据进行后续分析，且较长时间的时钟误差累积又会影响数据的准确性。

本文提出的设计方案改进了传统DC 48 V绝缘监测装置的各项功能，增加了数据存储和网络通信功能，解决了时钟累积误差的问题。

经模拟实验验证，该装置可准确地测算出正负母线对地绝缘阻值，并正常实现各项报警功能。

实践表明，该系统结构简单，功能扩展方便，可靠性高，具有较好的市场应用前景。

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