本文格式為Word版，下載可任意編輯——地鐵電纜放電信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)李立學(xué)江秀臣曾奕達(dá)世鵬竇同江沈頑強(qiáng)

摘要牽引變電站直流1500V饋出電纜是地鐵供電的重要部件。局部放電或火花放電是造成該電纜絕緣老化的主要原因。在分析地鐵直流電纜放電信號(hào)特征的基礎(chǔ)上,筒述了所設(shè)計(jì)的放電檢測(cè)傳感器的特性,設(shè)計(jì)了對(duì)多根地鐵直流電纜放電信號(hào)采集的系統(tǒng),并巳付之實(shí)施。

關(guān)鍵詞地鐵,電纜放電,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)牽引變電站直流1500V饋出電纜是地鐵供電的重要部件。上海軌道交通1號(hào)線自投入運(yùn)營(yíng)以來(lái),已發(fā)生多起因直流電纜故障造成地鐵牽引供電系統(tǒng)的停電。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)交流電纜的在線監(jiān)測(cè)方法都做了好多研究,如直流分量法、直流疊加法、局部放電檢測(cè)法以及接地電流法和低頻分量法等[1],但在直流電纜方面的研究還相對(duì)較少。傳統(tǒng)的采用搖表離線檢測(cè)的方法存在很大不足,屬于“安慰性〞試驗(yàn)。雖然由于絕緣材料在交流和直流狀況下表現(xiàn)出的特征不一致,但將交流電纜的在線監(jiān)測(cè)方法用在直流電纜的在線監(jiān)測(cè)上,理論上依舊是可行的,故被本設(shè)計(jì)采用。電纜局部放電是造成絕緣老化的主要原因,也是絕緣劣化的重要征兆和表現(xiàn)形式[2],與絕緣材料的劣化擊穿過(guò)程密切相關(guān),能夠有效地反映直流電纜絕緣的故障。由于地鐵牽引變電站所使用的電纜無(wú)鎧裝、直埋,故將檢測(cè)地鐵電纜放電信號(hào)作為一個(gè)主要的研究方法。牽引變電站直流1500V饋出電纜一般是5根電纜為一組并聯(lián)運(yùn)行,給地鐵機(jī)車供電。理論上講,并聯(lián)在一起的5根電纜中有1根發(fā)生放電,其它電纜上也會(huì)有相應(yīng)的放電信號(hào)出現(xiàn)。對(duì)5根電纜的同步信號(hào)采集除可以確認(rèn)信號(hào)的真實(shí)性外,另外還可以通過(guò)差分等方法來(lái)消除環(huán)境噪聲,提高信噪比。一般—個(gè)牽引變電站有4組電纜,因此,采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)成能對(duì)最多20個(gè)通道放電信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步采集。1地鐵電纜放電信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.1地鐵直流電纜放電信號(hào)的特征圖1所示為試驗(yàn)室觀測(cè)得到的直流電纜放電信號(hào)波形。該信號(hào)在輸入到示波器之前進(jìn)行了25倍的放大。由圖可知,放電信號(hào)的頻譜在4MHz左右,電壓幅值大約為±20mV。

1.2放電檢測(cè)傳感器的特性為縮小傳感器尺寸,放電檢測(cè)傳感器以高磁導(dǎo)率的超微晶磁性材料作為磁芯,在圓形磁心上均勻繞制高強(qiáng)度漆包線,構(gòu)成典型的羅戈夫斯基線圈型電流傳感器。傳感器的內(nèi)徑大小設(shè)計(jì)成與地鐵電纜外護(hù)套尺寸相當(dāng),保證很好的磁耦合;傳感器線圈是套在電纜外護(hù)套上的,因此測(cè)量裝置與1500V直流電在電氣上是絕緣的,為非接觸式測(cè)量。超微晶磁性材料具有高磁導(dǎo)率、低損耗、矯頑力小、高飽和磁感應(yīng)、高穩(wěn)定性等特點(diǎn);由此設(shè)計(jì)的傳感器具有高帶寬、帶內(nèi)幅值增益平坦等特性,能有效地檢測(cè)出電纜火花放電產(chǎn)生的微弱高頻信號(hào)。傳感器線圈的輸出信號(hào)幅值在20mV以內(nèi),必需進(jìn)行前置放大再傳輸。放電檢測(cè)傳感器對(duì)頻率為1~9MHz之間的信號(hào)具有良好的傳輸特性。但從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析,現(xiàn)場(chǎng)存在較強(qiáng)的、頻率在0.6~1.5MHz之間的周期性窄帶干擾,必需在傳感器信號(hào)放大之前將其濾除,否則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)飽和。放電信號(hào)頻率在4MHz左右(見(jiàn)圖2),因此,前置放大濾波器的設(shè)計(jì)目標(biāo)為中心頻率4MHz,頻帶寬度4MHz,即通頻帶為2~6MHz,放大倍數(shù)設(shè)計(jì)為64倍。

綜合考慮前置放大器放大倍數(shù)和濾波的要求將放大器設(shè)計(jì)為三級(jí),即放大———濾波———放大其中第一、其次級(jí)放大器的放大倍數(shù)都為8倍,這樣兩級(jí)放大器可以使用一致的運(yùn)算放大器AD8042AD8042為帶寬160MHz的滿電源輸入、輸出運(yùn)算放大器。濾波器為四階巴特沃斯型高通濾波器。為進(jìn)一步減小環(huán)境噪聲和其它干擾對(duì)傳感器信號(hào)的影響,將傳感器線圈和前置放大濾