DC 600V电力连接线自动检测台的研制

刘举平，余为清，苏兆熙

（华东交通大学 载运工具与装备省部共建教育部重点实验室，江西南昌330013）

目前，新型25T、25G 空调客车及SS9，SS8，SS7E，SS7C，DF11G等主型准高速旅客列车都采用DC 600V的供电形式。DC 600V电力连接线用量大，对新制连接线及检修后的已用线进行自动化检测是现场提出的迫切要求。目前，车间主要通过万用表对DC 600V电力连接线的线序进行检测，利用摇表对连接线绝缘值进行测量，以人工记时方式对电缆吸收比等进行测定，劳动强度大，效率低，测量结果受环境，人为读数误差等影响大，且数据采用纸质记录，不利于自动化检索管理。针对上述问题，以高可靠微控制MC9S08DZ60作为检测台的下位机，配以高压发生器、高精度电压、电流检测单元，电磁铁接点转换模块及温湿度传感模块等对DC 600V电力连接线实现全自动检测；通过RS232与工控机进行通讯，完成检测结果显示、参数预置、数据记录、报表打印等功能。检测台具有检测方法合理、自动化程度高、精度高及安全可靠等突出优点，有较好的创新性和应用价值。

1 DC 600V连接线自动检测台的结构与检测原理

检测台参数：

（1）机械形式：挂接，将连接线，平铺于检测台之上，与KC20D型供电插座锁紧；

（2）测量方式：全自动测量，异常情况下自动声光报警；

（3）测量参数：线序、线间电阻、线壳电阻、吸收比；

（4）电压等级：1 000V；

（5）绝缘电阻测量范围：500kΩ～20GΩ；

（6）精确度：±5﹪；

（7）定格测定电流：1MΩ负荷，1mA；

（8）具备漏电、过流自动防护功能。

DC 600V电力连接线自动检测台分为台架和控制柜两部分。台架的作用首先是通过KC20D插头提供线缆的挂接点，并为电磁铁接点转换模块及其他功能电路提供安装空间；控制柜安装工控机、显示屏及打印设备，由于无需采集卡，成本得到控制。台架与控制柜间通过RS232进行互连，结构如图1所示。

图1 检测台结构图

1.1 线序及绝缘测试原理

DC 600V连接线为4线结构（2并），名称定义为：A、B、C、D（头端），a、b、c、d（尾端）。线序的测量比较简单，由电磁铁接点转换模块选定输入为+5V电压，通过DO电缆线序测试模块依次接通A、B、C、D线，读取a、b、c、d的电平状态，即可判定线序是否正确，若异常则通过工控机声光报警，此部分不作赘述。

按照检测作业要求，DC 600V电力连接线采用1 000V电压进行检测，绝缘电阻检测模块电路如图2所示。由于是检测台设计，高压部分可以直接由220V市电经过升压变压器完成升压，做整流、滤波及稳压后供检测电路使用。

图2 绝缘电阻检测原理图

为提高测试精度，对整流后电压通过D2与U2做稳压处理。考虑到1 000V高压电源的使用安全，由R5，R18构成限流电路，另由U1构成过流检测电路，阈值2mA，过流信号送硬件触发器及单片机处理，当发生高压短路等过流现象时，自动切断高压输出，从而保护设备安全；另外，高压输出线及采样电阻的回流线同时穿过霍尔电流检测器件，当设备无漏电时，电流矢量和为零，当泄漏电流超过设定值时，漏电保护电路动作，切断高压输出，防止发生触电等事故。

对绝缘电阻的检测采用电压电流法进行，高压HV1通过电磁铁接点转换模块施加在待检测的绝缘电阻一端（HV2），同时经过比例衰减电路送到 MC9S08的A／D1口，得到电压HVS1；高压激励产生的电流，流经精密采样电阻RS，RS端形成压降US，该电压经过程控仪表放大器放大后送单片机A／D2端口采样，得到电压HRS1。这样已知施加在绝缘电阻上的电压与电路中的电流，从而对绝缘电阻进行自动计算［1-2］。

绝缘电阻检测顺序为：A-B、A-C、A-D、B-C、B-D、C-D、线-壳。

为保障非电导电流消失，绝缘电阻值在施加电压后2min（时间可调）时候的读取［3-4］。

吸收比测试：K=RImin／R15s

极化指数：P=R10min／R1min

其中R1min为加电1min绝缘电阻值，R10min为加电10 min绝缘电阻值，R15s为加电15s绝缘电阻值。

1.2 绝缘电阻的计算及校正

利用DHT11完成对环境的温湿度检测，得到实时温度t，通过除湿机，满足检测的湿度条件。注意到对连接线的绝缘检测是通过KC20D连接器实现的，KC20D自身及附属连接线的绝缘电阻会影响到检测结果，为此，在未挂接连接线之前，应先对KC20D连接器各项进行绝缘检测，从结构可以看出，这个绝缘值与待测试电阻呈并联形式，在结果中应该剔除连接器绝缘的影响［5］，这可由测试流程通过软件自动完成（定期自检）。

已知HVS1，HRS1，温度t，依据欧姆定律

式中Rxt为温度t时的电阻值，RX20为换算为20℃时的绝缘电阻值，Kt为与温度相关的修正系数，k1为电压比例系数，k2为电流采样比例系数。

2 DC 600V电力连接线自动检测台的软件设计

检测台的软件由下位机软件和工控机软件两部分组成。MC9S08DZ60是工业级的8位控制芯片，具有24通道12位的A／D变换器及丰富的数字I／O，非常适合在检测台中的应用。MC9S08的主要软件流程如图3。

图3 下位机主流程图

上位机软件利用Labview 8.6编写，由于不采用采集卡，需要通过后面板对串口控件定义通讯格式与单片机相一致，通讯参数为9 600b／s，1位停止位，无奇偶校验。通过Labview控件方式，可以较为方便地完成前面板交互界面开发，利用LabSQL实现对ACCESS数据库的连接，完成检测结果的读写、报表打印等操作，通过指示灯选板以及BEEP.VI实现异常情况下的声光报警。

3 检测与对比分析

为测试检测台的准确度，利用ZX119-2标准电阻箱对检测台进行测试，测试数据如表1所示（环境温度20℃）。

对DC 600V电力连接电缆的实际测试值与摇表值的对照如表2。

表1 ZX119－2标准电阻箱检测数据表

表2 DC 600V电力连接线测试数据表

对照DC 600V电力连接线维修规程，线间、线与外壳间电阻均大于200MΩ，判定为合格。表1的测量示值与电阻箱实际值偏差均小于5%，表明该检测台具有较好的准确度，在需要时，可以通过软件选择对吸收比及极化参数进行测试，以判定连接线是否老化或受潮。

4 结束语

针对现场应用的需要，研制了一种新型的DC 600 V电力连接线自动检测台，实现了连接线线序及不同绝缘参数的自动化检测。检测台下位机以MC9S08DZ60为核心，充分利用了该芯片资源丰富，高可靠性的特点，通过配置外围模块实现各检测功能；通过RS232实现上下位机的控制命令及数据的互传，发挥了计算机在视图、数据管理及打印等方面的优点，以较经济的方式完成了检测台的研发。实际测试表明检测台结构合理、检测精度高，数据能够被存储和检索，方便了管理，丰富了对DC 600V电力连接线的检修手段，对安全生产和机车的安全运行提供了一定的帮助。

［1］王晓俊，周杏鹏，等.一种宽量程高精度绝缘电阻测量仪设计［J］.电子测量与仪器学报，2012，（2）：155-160.

［2］蔡启仲，邹光波.绝缘电阻测试仪高压可控电源与量程切换电路设计［J］.自动化与仪器仪表，2012，（1）：98-99.

［3］李 枚.电线电缆检测及需要注意的问题［J］.机械工业标准化与质量，2012，（1）：33-34.

［4］李 辉，陈红飞.电缆测试仪绝缘电阻测试单元的研制［J］.自动化技术与应用，2011，（1）：51-53.

［5］李志得.一种智能绝缘电阻测试仪设计［J］，电测与仪表，2011，（5）：63-66.