轨道交通车载能耗计量装置准确度试验台的搭建

涂小卫

(上海申通地铁集团有限公司技术中心 上海 201103)

0 引言

随着城市的发展，轨道交通作为绿色、节能型交通工具，已在全球范围内广泛应用，地铁已作为市民出行的主要交通工具。车载能耗计量装置作为一种测量地铁车辆能耗的装置，其运用越来越广泛[1]。随着车载能耗计量装置的日益规范和普及，对地铁车辆电度表所具备的功能和性能提出了更高的要求。车载能耗计量装置作为计量器具，每隔一段时间需要校准以保证其计量准确度。本项目基于IEC 62888《铁路应用 车载能耗计量装置》标准相关内容，结合国内传感器与电能表准确度检定规程( JJG 842—2017、GB/T 7676.9—2017 等)搭建了车载能耗计量装置准确度试验台。

1 车载能耗计量装置现状

目前国内大量使用的轨道交通车载能耗计量装置是依据上海地铁车辆参考标准EN 50463也就是IEC 62888—2018的前身所设计，并根据上海实际情况研发的。其中电流采集模块、电压采集模块、能耗计算模块三部分有准确度要求。上海地铁车辆根据实际需求选用的系统准确度等级为1级，部件准确度等级为0.5级，同时开展试点试验，并在其基础上编制了企业标准《地铁车辆能耗计量装置及管理系统通用技术要求》。目前该企业标准已纳入新车采购技术要求，而截至2018年底全国列车加装的车载能耗计量装置已达到1 000多套。而这些装置因标准限制，出厂检测没有可依据的国内标准或国际标准，企业标准中虽规定了技术参数，并未规定详细测试项目和测试要求，因此导致产品质量参差不齐。在2018年发布的国际标准IEC 62888中详细规定了该装置所需的试验，本测试台参照该标准研制，用于车载能耗计量装置出厂时的例行试验和后期维护中的准确度测试。

2 国际标准参读

根据国际标准IEC 62888—2中相关测试项目及其要求，确认了例行试验装置试验分为电压、电流、能耗计算模块3个部分，并分别进行下列测试：(1)外观检查；(2)绝缘试验；(3)百分比误差；(4)环境温度对误差限值影响测试；其中(3)和(4)都是针对装置的准确度进行的测试。

3 试验台设计

根据标准，车载能耗计量装置准确度测试可分为两种方式：(1)直接对装置进行准确度测试；(2)对3个模块的准确度分别进行检定后，通过式(1)计算获得装置准确度。

(1)

式中：ε总为车载能耗计量装置的百分比误差，ε电流、ε电压、ε电能分别为电流采集模块、电压采集模块和能耗计算模块的百分比误差。

3.1 电流采集模块

上海地铁车辆现采用的电流采集模块额定电流最高不超过2 000 A，且常用霍尔传感器。根据标准其百分比误差限值如表1所示。

表1 电流采集模块不同范围负载点的百分比误差限值 /%

从表中可知：为满足标准，设备应提供传感器额定电流1%～120%的电流输出，选择可输出0～2 400 A电流的稳定可调电流源。而温度变化是在该误差上通过公式计算出新的最大允许误差。虽温度试验在国际标准中根据地区不同规定为-40 ℃～75 ℃，与国内地铁使用环境温度规定的-25 ℃～75 ℃有差别，但本试验台为对标国际标准，其配套温度箱温度控制范围可达到-40 ℃～150 ℃。

3.2 电压采集模块

上海地铁车辆实际采用的标称电压为1 500 V。根据标准其最大允许极限值为Umax2=1 950 V，因此现采用的电压采集模块额定电压不超过2 000 V，且常用霍尔传感器。根据标准其百分比误差限值如表2所示。

表2 电压采集模块不同范围负载点的百分比误差限值 /%

其中Umin2=1 000 V，而Umax2=1 950 V。因此选用可以输出0～2 000 V电压的稳定可调电压源，其可兼容标称电压为750 V的轨道交通线路。

3.3 能耗计算模块

为满足列车能耗计量需求和便利性，上海地铁车辆采用的能耗计算模块配置多路输入/输出接口。根据标准其百分比误差限值如图1和表3所示。

图1 能耗计算模块准确度区域划分

表3 能耗计算模块百分比误差限值

3.4 试验台框架

根据上述要求及相关标准，测试装置的基本误差应不大于被测设备基本误差的1/3，从而确定测试装置的最低准确度要求和参数。同时通过对标准测试方法进行研究，从而最终得出试验台框架如图2所示，其可提供多路能耗或模块同时测量的功能。

图2 试验台框架

3.5 设备选型

结合上述参数条件和框架设计，最后确定设备主要参数选型：(1)电压源输出范围：10 V～2 000 V，调节范围：( 0～120% )*RG；(2)标准电压表准确度全量程不大于0.02%；(3)电流源输出范围：0.1 A～2 kA，调节范围：( 0～120% )*RG；(4)标准电流表准确度全量程不大于0.02%；(5)电流源电流纹波系数小于0.5%；(6)二次信号测量模块全量程范围不大于0.005%；(7)电能测量准确度全量程不大于0.05%；注：RG为量程值。

完成设备搭建工作，其设备外形如图3所示，控制终端显示界面示意图如图4所示。

图3 设备外形图

图4 控制终端显示界面示意图

3.6 测试结果

完成测试台的设计和搭建工作后，连接车载能耗计量装置的备件进行调试(见图5)，通过以太网连接设备、PC和测试台。测试台运行中会根据预先设定的电流、电压值自动输出对应值，并读取模块的次边值和能耗值，完成测试报告如图6所示。

图5 设备测试状态

图6 测试报告

4 总结

车载能耗计量装置试验台在硬件层和软件层面上都适配上海地铁所有新购车载能耗计量装置，实现了车载能耗计量装置的全自动准确度测试工作，较好地解决了现有装置测试不规范和繁琐的问题，并且系统操作界面简洁、友好，提高了设备的实际使用效果。试验结果表明，该试验台运行稳定，适用性高，可维护性好，可扩展性好，具有广阔的应用前景。