高频外电监测系统的设计与实现

2017-05-11范磊王泽旭李月丽

科技创新与应用 2017年1期

关键词：监测

范磊+++王泽旭+++李月丽

摘要：针对既有外电网监测存在的弊端给设备维护带来的不便，重新设计和开发了高频外电网监测系统。文章主要介绍了新型外电监测系统的硬件和软件的设计和实现方法。

关键词：外电网；高频；监测

各种电子设备目前已成为铁路电务系统中最重要、最基础的保障行车设备，而外部供电的质量则直接影响到这些电务设备的稳定运行。因此对外部供电的监测成为了电务监测的一项重要工作。目前针对外电主要是对I路、II路输入相电压、线电压、电流、频率、相位角、功率的监测，只能监测到供电系统大于140ms以上的电压/电流波动。并且只能提供电压/电流有效值的波形。这种监测方式在现场应用中无法满足电务用户的实际需求。因此在原来外电监测的基础上，设计和开发了新型的高频外电监测系统。该模块具有如下特点：

（1）可以监测到供电系统大于2ms的任何异常波动和瞬变。

（2）提供1路、II路供电电压、电流的高分辨率实采电压/电流实时波形，单路电压/电流每秒提供800个实际采样点信息。其功能相当于3个4通道示波器同时进行24小时的实时供电监测。

（3）支持波形突变、瞬间电气特性超限、瞬间断电/断相等多种报警功能，报警的同时，可提供高于实时波形4倍分辨率的故障点图片信息，使得用户对于供电质量的把握更加真实。

（4）外电网分为I路、II路，每路分为A、B、C三相，监测每路相电压、线电压、电流、基波电压电流、谐波电压电流、频率、相位角、功率、功率因数，每秒定时采集。在外电网瞬间断电、断电时，记录故障波形。

新型外电监测系统包含硬件采集部分和软件处理部分。下位机硬件负责高频率的外电监测采样，然后通过现场CAN总线将采集数据上送。上位机软件负责将接收的监测数据按照协议进行解析，处理和展示。

1 硬件原理

外电网监测模块采集外电网I路、II路电压、电流，采样点在配电箱闸刀外侧。外电网电压、电流采样均采用信号隔离，防止监测模块影响外电网的运行。同时由于采样速率的提高，需要将CAN通道的速率提高到500K以保障数据能够正常上送给上位机。

2 软件设计

每相高分辨率实采波形分为电压和电流两类，每类又提供实时曲线和日曲线两种展现方式，每路分辨率达到1.25ms。即对于50hz的外电网波形，每电压周期（20ms）上送16个采样点，每秒上送800个采样点。每个站提供12路这类实采波形（分别是I路A相电压、I路A相电流、I路B相电压、I路B相电流、I路C相电压、I路C相电流、II路A相电压、II路A相电流、II路B相电压、II路B相电流、II路C相电压、II路C相电流）。

实采实时波形以动态波形方式对每秒实采高精曲線进行显示，如图2所示。

实采日曲线方便用户在日常浏览或者故障排查时掌握实采波形的整体趋势，用户可自由的进行放大缩小操作。（每屏60ms～5s连续可调），如图3所示。

同时上位机软件能够在外电出现问题时提供以下几种报警以方便用户进行监控和问题排查：

（1）电气特性超限报警

（2）断电/断相报警

（3）瞬间断电/断相报警

（4）瞬间电气特性超限

（5）瞬间波形突变报警

3 结束语

经过实际的运行试验，新型高频外电监测系统取得了满意的使用效果。随着今后不断的推广使用，相信能够极大的提高用户排查和预防外电故障的效率。同时也会继续对此系统进行功能优化和升级，使其更加易用。

参考文献

[1][德]蔡豪格.现场总线CANopen设计与应用[M].周立功，等译.北京：北京航空航天大学出版社，2011.