新型絕緣漏流測試系統

高梓棋，胡恩華

鐵路信號室內、外設備是通過大量電纜相互連接的，電纜通常埋于地下的溝槽中。當電纜在使用過程中外皮破損造成電纜芯線接地時，影響室外信號設備的正常工作。因此，檢測信號電纜對地的絕緣狀態，是信號設備日常維護的一個重要步驟。信號集中監測的絕緣漏流測試系統，提供了一個集中控制絕緣漏流測試的平臺，簡化了之前人為手動測試的步驟，成為信號設備維護的重要手段。

傳統的絕緣測試電路使用1700型繼電器接點，搭建二叉樹網絡進行選路，受繼電器選路模式所限，存在諸多不足。

1）在結構上絕緣測試繼電器組占用組合較多。5層絕緣測試組合只能測256路絕緣和漏流，1個普通中等站需要測試的絕緣漏流數量通常在300路以上，至少需要1個組合柜來放置絕緣測試繼電器組合，占用了較大的室內空間。

2）受測試方法所限，既有絕緣測試電路測試時間較長，平均1路絕緣測試耗時約10 s。對于普通中等車站，300多路絕緣，實現一次全測試需1個多小時，難以在1個“天窗”點內完成測試。

3）絕緣測試的控制電路與選通電路分開，控制配線與選路配線均需現場施工，配線復雜，易出錯，給工程調試帶來困難，增加了施工復雜度。

4）由于既有電路存在設計缺陷，使得漏流測試最多只能測試256路，即512路絕緣漏流組合只有后256路能測試漏流，無法覆蓋到所有測試通路。

因此，現場急需一套占用空間小、測試速度快、安全可靠的新型絕緣漏流測試系統。

1 新型絕緣漏流測試系統

1.1 系統組成

新型絕緣漏流測試系統組成見圖1，包括上位機和下位機2部分。上位機為運行集中監測程序的站機；下位機為一套插板式絕緣漏流測試機籠。

圖1 新型絕緣漏流測試系統組成

絕緣漏流測試機籠安裝于機械室的組合柜內。所有絕緣漏流采集配線均直接配到機籠背面的接線端子上。絕緣漏流測試機籠與監測站機之間通過網線連接，獲取測試命令，自動實現選路并完成相關測試，同時返回測試數值。絕緣漏流測試機籠高為266.7 mm，加上底部89 mm高的走線槽，1組絕緣漏流測試機籠共占據2層組合。

絕緣漏流測試機籠使用板塊插接模式，從左至右設置：電源板、主控板、快速測試板、中繼板和選通測試板，見圖2。

圖2 絕緣漏流測試機籠正視圖

1.2 系統架構

新型絕緣漏流測試機籠使用由板載小型繼電器搭建而成的二叉樹選通電路，如圖3所示。選通測試板對輸入電纜進行選路；中繼板實現對各選通測試板的級聯，并將選出的測試電纜連接至主控板，中繼板同時可實現多臺絕緣漏流測試機籠的級聯；主控板對選擇的電纜進行絕緣漏流等測試，并將測試結果通過網線發送給監測站機，通過CAN總線控制各選通測試板和中繼板的繼電器動作，并獲取板卡自檢測信息。

圖3 絕緣漏流測試機籠鏈路連接示意

1.3 系統功能

絕緣漏流測試機籠可實現5項測試功能：絕緣測試、漏流測試、標準電阻自校正、對地電壓測試和絕緣快速測試。

通過主控板可實現自檢測和防護，如：檢測各板塊的通信狀態；檢測各繼電器動作狀態；異常時緊急中斷電路工作等。

監測站機提供人機操作界面，操作方式與既有監測系統完全兼容，可控制絕緣漏流測試機籠的測試狀態，設定“天窗”點啟動，實現多路測試或定時全測等功能，并根據測試結果自動提示預警。同時，新增快速測試與對地電壓測試等功能。

2 關鍵技術

2.1 二叉樹選通網絡

絕緣漏流測試機籠使用板載的小型繼電器實現二叉樹選通網絡，具有如下特點。

1）選路唯一。如圖4所示，無論二叉樹系統中的接點如何動作，只能實現唯一的一條從頂部到底部的測試通路，避免了在繼電器錯誤動作時將2根絕緣電纜短路的情況。

圖4 二叉樹選路網絡唯一性示意

2）板載電路無配線。選通回路的小型繼電器集成于選通板上，彼此之間通過板載電路連接形成選通回路，使測試電路實現了標準化、通用化生產。板卡之間僅通過CAN總線、工作電源和板件級聯線連接，在機籠出廠時就可完成配置，大大簡化了現場配線的復雜度。同時，板卡數量可根據現場絕緣路數增減，拆裝方便，減少了現場的施工、調試和維護的工作量。

3）測試密集度高。1塊選通測試板可測試32路電纜絕緣，1組絕緣測試機籠內最多可接15塊選通測試板，實現480路電纜的絕緣測試。因此，1個機籠即可滿足大部分中小型車站的絕緣漏流測試需求。絕緣漏流機籠僅占據2層組合高度，1個組合柜最多可安裝5臺絕緣漏流測試機籠，可將最多2 400路電纜的絕緣測試匯集在一個組合柜內測試。由于使用安全型繼電器搭建測試電路，在保證安全隔離的前提下，大大提高了測試的密集度。

2.2 功能選擇

絕緣漏流測試機籠的測試功能選擇完全由主控板獨立實現。

在主控板上設置小型選路繼電器，如圖5所示，使用二叉樹網絡，實現了標準絕緣測試、快速絕緣測試、對地電壓測試、漏流測試以及自校正電阻等5種功能的選擇，并可繼續擴展。這種模式避免了既有絕緣測試電路功能選擇與測試選通電路混合在一起的情況，使得每一路電纜都可實現上述多種測試功能，克服了傳統絕緣漏流測試選擇回路受繼電器數量所限，只能測試部分電路漏流的缺陷。

圖5 主控板測試功能選擇電路

2.3 控制模式

絕緣漏流測試機籠由主控板實現集中控制測試選通，主控板與其他各中繼板和選通測試板之間使用CAN總線連接，保證了控制的快速響應。主控板可獲取各板卡末級繼電器的狀態信息，實現異常情況下關閉電路的控制。

正常測試時，僅主控板、1塊中繼板、1塊選通板處于工作狀態，其他板卡均處于關斷狀態，既節省了功耗，又有效實現了大部分電纜之間的隔離。將異常時可能受影響的電纜控制在一塊32路板的輸入范圍，進一步提高了安全性。

2.4 機籠級聯模式

絕緣漏流測試機籠設置中繼板，既用于級聯本機籠的選路板，又用于級聯下一層機籠。如圖6所示，中繼板使用第一組繼電器常閉接點級聯至下一個機籠，確保機籠間級聯通路的最小化。后級機籠無需配置主控板，只需將每級機籠中繼板的輸入端與上一級機籠的輸出端連接，即可實現前、后級的級聯，理論上可無限制級聯后續機籠。

圖6 中繼板級聯選擇電路

實際使用中受CAN總線通信總數影響，最多可級聯7層測試機籠。每層可測試480路絕緣，因此，1塊主控板最多時可控3 360路絕緣漏流測試，是現有測試電路一塊絕緣表能測量的絕緣總數的4倍，足以滿足絕大部分車站的測試需求。

2.5 集成快速測試功能

新型絕緣漏流測試機籠內設置快速測試板，與常規的絕緣測試功能通過主控板切換使用，配合CAN總線的控制模式，可實現快速電纜絕緣測試功能，將一路絕緣測試時間縮短為3 s，不到原來測試時長的1/3，節省了絕緣測試的耗時。

正常維護時，可使用快速測試與普通測試相結合的模式，由快速測試發現異常絕緣電纜，再由正常絕緣測試，精確確認對應電纜的絕緣情況。

3 系統應用

本絕緣漏流測試系統既可用于既有繼電聯鎖的車站，也可適用于全電子聯鎖車站。目前已在青藏線達布遜站、大連北良港站現場使用，以其簡易的安裝施工獲得現場認可，尤其適合全電子聯鎖這類無常用重力型繼電器模式車站的設計和安裝。

4 結束語

新型絕緣漏流測試系統，其主體的測試機籠體積小，測試密度高，減少了機械室內的組合占用空間，取代了1700型繼電器的使用，節約了設備成本；選通測試電路集成于板卡上定型生產，降低了現場施工和調試的難度；只需更換板卡即可實現故障維修，節約了維護成本；快速測試功能提升了現場信號電纜維護的效率，是對信號集中監測絕緣漏流測試技術的一次有益改進。