動車組整車耐壓測試儀的設計及耐壓分析

田 鵬，韓 帥，劉 俠

(南車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島266111)

動車組整車耐壓測試儀的設計及耐壓分析

田 鵬，韓 帥，劉 俠

(南車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島266111)

介紹了整車耐壓測試儀的硬件設計和軟件設計。通過分析不同車型、不同運行里程動車組的耐壓數據，總結出動車組高壓回路漏電流的變化規律。

動車組;整車耐壓;泄漏電流

高壓電氣設備耐壓試驗為交流電壓試驗，就是在電氣設備導電部分和絕緣體之間施加高于額定電壓一定倍數電壓值(倍數根據相關標準確定)，保持一定的時間從而考核絕緣是不是會被擊穿。動車組的絕緣性能是其安全性的一個重要指標，具體來說，整車耐壓就是車輛編組后用耐壓機對車頂高壓電纜、電纜連接器以及各種支撐絕緣子進行耐壓，通過泄漏電流來考察這些部件的絕緣品質、安裝質量，這是每一列動車組交付前必須要進行的一項試驗。由于現有的耐壓機只能設定耐壓電壓、泄漏電流和耐壓時間，無法對泄漏電流進行分析，存儲以及歷史查詢。為此，我們設計研制了整車耐壓測試儀(以下簡稱"測試儀")，并且根據耐壓數據，分析總結出不同車型、不同運行里程的車載電纜高壓回路泄漏電流的變化趨勢，為后續試驗及耐壓漏電流數值的設置提供數據支持。

1 測試儀的硬件設計

測試儀電壓測量時高壓端通過連接耐壓機的高壓分壓器分壓，然后連接電壓傳感器，后接A/D數據采集卡來構建;泄漏電流測量是通過電流傳感器采集低壓側電流，連接A/D數據采集卡來構建。測量系統具體的硬件結構如圖1所示。

圖1 測試儀硬件系統結構圖

測試儀中的核心部件是A/D數據采集卡，它負責被測信號的采集，其性能的好壞直接關系到測量的精度及軟件處理的難易。整車耐壓試驗所加電壓為50 Hz的工頻信號，一般來說，20次以上的諧波分量已經很小，對于這樣的信號，采集模塊的采樣頻率需要達到800 Sa/sec。

2 測試儀的軟件設計

軟件設計是測試儀的核心，主要由應用程序和相關驅動程序組成。應用程序將硬件與軟件聯系在一起，實現了儀器模塊間的通信與測量。驅動程序是控制各種硬件接口并且連接計算機和采集模塊的程序，由采集模塊的供應商提供。根據A/D數據采集卡的供應商提供的驅動程序，我們選用VB作為測試儀的編程語言開發應用程序。軟件需要實現以下幾種功能:試驗波形的實時繪制、存儲及分析;歷史記錄的追溯查詢;報表的生成及打印;試驗信息的錄入和存儲。

3 主要算法設計

測試儀主要是記錄試驗過程中的電壓、漏電流有效值的變化，而實際采集卡采集的為瞬時值(10 μs一個點)，在顯示與存儲過程中需將瞬時值轉換成有效值;在對曲線進行縮放過程中，需要確定開始時間;在游標移動過程中，需要確定游標的具體位置所對應的時間，這需要一種查找算法能快速的得到所需要的時間點。現將有效值的計算和查找算法介紹如下。

(1)有效值計算

有效值的定義是:對于周期為T的信號u(t)，其有效值為式(1):

但是由于測試儀是通過采集卡采集波形數據送往計算機來處理的，這樣的波形已離散化，運用這樣的公式計算有效值非常麻煩，所以需要對式(1)進行處理。

對于式(1)，可以使用數值計算中的復合梯形求積公式，可得式(2):

其中ΔT為采樣間隔。則式(2)可以進一步變為式(3):

這樣就可以用計算機來處理離散信號了。

(2)查找算法

查找是在大量的信息中尋找一個特定的信息元素，在計算機應用中，查找是常用的基本運算。在計算機中進行查找的方法有很多，如順序查找、二分查找、分塊查找等等。

二分查找要求線形表中的結點按關鍵字值升序或降序排列，用給定值K與中間結點的關鍵字進行比較，中間結點把線形表分為兩個子表，若相等則查找成功;若不相等，再根據K與該中間結點關鍵字的比較結果確定下一步查找哪個子表，這樣遞歸進行，直到查找到或查找結束，發現表中有沒有這樣的結點。二分查找的優點是比較次數少，查找速度快，平均性能好。考慮到測試儀中的電壓、漏電流數據是按時間順序遞增進行排列，為快速查找到所需值，從數據庫中讀出后直接運用二分查找算法進行查找，不必再對數據進行處理。

用VB程序編寫友好的軟件界面如圖2和圖3所示。

圖2 測試儀軟件界面1

圖3 測試儀軟件界面2

4 耐壓測試數據記錄及分析

在整車耐壓時，將整車耐壓測試儀與現有耐壓機相連接。電壓應從較低值(不應超過產品標準規定試驗電壓的40%)開始，緩慢平穩地升至所規定的試驗電壓值，并維持所規定的耐壓時間。降低電壓時，直至所規定的試驗電壓值的40%，然后切斷電源，不允許在高壓下突然切斷電源，以免出現過電壓。現場測試情況如圖4所示，001L型8001動車組測試數據如圖5所示。

圖4 整車耐壓測試儀現場測試圖

圖5 001L型8001動車組耐壓測試曲線

從圖5中我們可以看出，001L型8001動車組在耐壓時，漏電流隨著試驗電壓的變化而變化，變化趨勢基本一致;在保壓過程中，漏電流曲線未發現明顯的周期性跳動，也未發現明顯的突變毛刺現象，這說明001L型8001動車組車頂高壓線纜等部件絕緣性能良好。

用測試儀分別對4組不同車型、不同使用周期的動車組進行耐壓測試，并將測試曲線圖進行放大，得到圖6～圖9。

圖6 001L型動車組(新造)測試放大曲線

圖7 001L型動車組(三級修)測試放大曲線

圖8 002型動車組(四級修)測試放大曲線

圖9 003型動車組(五級修后三級修)測試放大曲線

將4組動車組漏電流曲線匯總起來形成對比曲線，如圖10所示。4組動車組的具體測試信息如表1所示。

圖10 4組動車組耐壓曲線對比圖

通過4組動車組測試曲線對比和4組動車組的詳細信息，我們可以得出如下結論:

(1)動車組泄漏電流的大小與列車編制有關。長編組的車由于電纜長度增加、連接頭增加等原因，使得泄漏電流增大。如本次測試中不同動車組的泄漏電流001L型＞002型＞003型;

(2)動車組泄漏電流的大小與溫度和濕度有關。由于測試時溫度高、濕度小，天氣晴朗，同樣是001L型動車組，8062列動車組的絕緣性能要高于8001列動車組。

(3)動車組泄漏電流的大小與運行里程有關。車輛長期在環境惡劣的室外運行，隨著時間推移，絕緣材料會有老化現象，其絕緣性能也隨之下降。由圖10和表1均可看出，001L型新造車8062列的泄漏電流要小于001L型三級修的8001列;而003型7028列動車組在行駛250萬km后，相比于運行里程少的動車組，泄漏電流曲線已經出現明顯毛刺，說明絕緣性能下降明顯。

表1 4組動車組具體測試信息表

［1］ TB/T 2227－1996 鐵道客車車電配線耐壓試驗方法［S］.

［2］ JISE 4014－2007 鐵道車輛絕緣電阻試驗方法及耐壓試驗方法［S］.

［3］ 鄭啟亮，于延尊.動車組特高耐壓試驗方法研究［J］，科技創新與應用2013，(19):21-22.

［4］ 李金霞，王海豐.二分查找判定樹的構造方法研究及應用［J］軟件，2012，33(4):20-22.

Design of the EMUs Withstand Voltage Tester and Analysis of Withstand Voltage

TIAN Peng，HAN Shuai，LIU Xia
(CSR SiFang co.，Ltd.，Qingdao 266111 Shandong，China)

This paper introduces the software and hardware designed for the withstand voltage tester of the train.Based on the voltage withstanding data gathered from EMUs of different types and various operation mileages，this paper also concludes the changing principles of current leakage in high voltage circuit on EMUs.

EMUs;voltage withstanding of the train;leakage current

U266.2

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.02.13

1008－7842(2015)02－0055－03

)男，工程師(

2014－08－24)