动车组整车耐压测试仪的设计及耐压分析

田 鹏，韩 帅，刘 侠

(南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266111)

动车组整车耐压测试仪的设计及耐压分析

田 鹏，韩 帅，刘 侠

(南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266111)

介绍了整车耐压测试仪的硬件设计和软件设计。通过分析不同车型、不同运行里程动车组的耐压数据，总结出动车组高压回路漏电流的变化规律。

动车组;整车耐压;泄漏电流

高压电气设备耐压试验为交流电压试验，就是在电气设备导电部分和绝缘体之间施加高于额定电压一定倍数电压值(倍数根据相关标准确定)，保持一定的时间从而考核绝缘是不是会被击穿。动车组的绝缘性能是其安全性的一个重要指标，具体来说，整车耐压就是车辆编组后用耐压机对车顶高压电缆、电缆连接器以及各种支撑绝缘子进行耐压，通过泄漏电流来考察这些部件的绝缘品质、安装质量，这是每一列动车组交付前必须要进行的一项试验。由于现有的耐压机只能设定耐压电压、泄漏电流和耐压时间，无法对泄漏电流进行分析，存储以及历史查询。为此，我们设计研制了整车耐压测试仪(以下简称"测试仪")，并且根据耐压数据，分析总结出不同车型、不同运行里程的车载电缆高压回路泄漏电流的变化趋势，为后续试验及耐压漏电流数值的设置提供数据支持。

1 测试仪的硬件设计

测试仪电压测量时高压端通过连接耐压机的高压分压器分压，然后连接电压传感器，后接A/D数据采集卡来构建;泄漏电流测量是通过电流传感器采集低压侧电流，连接A/D数据采集卡来构建。测量系统具体的硬件结构如图1所示。

图1 测试仪硬件系统结构图

测试仪中的核心部件是A/D数据采集卡，它负责被测信号的采集，其性能的好坏直接关系到测量的精度及软件处理的难易。整车耐压试验所加电压为50 Hz的工频信号，一般来说，20次以上的谐波分量已经很小，对于这样的信号，采集模块的采样频率需要达到800 Sa/sec。

2 测试仪的软件设计

软件设计是测试仪的核心，主要由应用程序和相关驱动程序组成。应用程序将硬件与软件联系在一起，实现了仪器模块间的通信与测量。驱动程序是控制各种硬件接口并且连接计算机和采集模块的程序，由采集模块的供应商提供。根据A/D数据采集卡的供应商提供的驱动程序，我们选用VB作为测试仪的编程语言开发应用程序。软件需要实现以下几种功能:试验波形的实时绘制、存储及分析;历史记录的追溯查询;报表的生成及打印;试验信息的录入和存储。

3 主要算法设计

测试仪主要是记录试验过程中的电压、漏电流有效值的变化，而实际采集卡采集的为瞬时值(10 μs一个点)，在显示与存储过程中需将瞬时值转换成有效值;在对曲线进行缩放过程中，需要确定开始时间;在游标移动过程中，需要确定游标的具体位置所对应的时间，这需要一种查找算法能快速的得到所需要的时间点。现将有效值的计算和查找算法介绍如下。

(1)有效值计算

有效值的定义是:对于周期为T的信号u(t)，其有效值为式(1):

但是由于测试仪是通过采集卡采集波形数据送往计算机来处理的，这样的波形已离散化，运用这样的公式计算有效值非常麻烦，所以需要对式(1)进行处理。

对于式(1)，可以使用数值计算中的复合梯形求积公式，可得式(2):

其中ΔT为采样间隔。则式(2)可以进一步变为式(3):

这样就可以用计算机来处理离散信号了。

(2)查找算法

查找是在大量的信息中寻找一个特定的信息元素，在计算机应用中，查找是常用的基本运算。在计算机中进行查找的方法有很多，如顺序查找、二分查找、分块查找等等。

二分查找要求线形表中的结点按关键字值升序或降序排列，用给定值K与中间结点的关键字进行比较，中间结点把线形表分为两个子表，若相等则查找成功;若不相等，再根据K与该中间结点关键字的比较结果确定下一步查找哪个子表，这样递归进行，直到查找到或查找结束，发现表中有没有这样的结点。二分查找的优点是比较次数少，查找速度快，平均性能好。考虑到测试仪中的电压、漏电流数据是按时间顺序递增进行排列，为快速查找到所需值，从数据库中读出后直接运用二分查找算法进行查找，不必再对数据进行处理。

用VB程序编写友好的软件界面如图2和图3所示。

图2 测试仪软件界面1

图3 测试仪软件界面2

4 耐压测试数据记录及分析

在整车耐压时，将整车耐压测试仪与现有耐压机相连接。电压应从较低值(不应超过产品标准规定试验电压的40%)开始，缓慢平稳地升至所规定的试验电压值，并维持所规定的耐压时间。降低电压时，直至所规定的试验电压值的40%，然后切断电源，不允许在高压下突然切断电源，以免出现过电压。现场测试情况如图4所示，001L型8001动车组测试数据如图5所示。

图4 整车耐压测试仪现场测试图

图5 001L型8001动车组耐压测试曲线

从图5中我们可以看出，001L型8001动车组在耐压时，漏电流随着试验电压的变化而变化，变化趋势基本一致;在保压过程中，漏电流曲线未发现明显的周期性跳动，也未发现明显的突变毛刺现象，这说明001L型8001动车组车顶高压线缆等部件绝缘性能良好。

用测试仪分别对4组不同车型、不同使用周期的动车组进行耐压测试，并将测试曲线图进行放大，得到图6～图9。

图6 001L型动车组(新造)测试放大曲线

图7 001L型动车组(三级修)测试放大曲线

图8 002型动车组(四级修)测试放大曲线

图9 003型动车组(五级修后三级修)测试放大曲线

将4组动车组漏电流曲线汇总起来形成对比曲线，如图10所示。4组动车组的具体测试信息如表1所示。

图10 4组动车组耐压曲线对比图

通过4组动车组测试曲线对比和4组动车组的详细信息，我们可以得出如下结论:

(1)动车组泄漏电流的大小与列车编制有关。长编组的车由于电缆长度增加、连接头增加等原因，使得泄漏电流增大。如本次测试中不同动车组的泄漏电流001L型＞002型＞003型;

(2)动车组泄漏电流的大小与温度和湿度有关。由于测试时温度高、湿度小，天气晴朗，同样是001L型动车组，8062列动车组的绝缘性能要高于8001列动车组。

(3)动车组泄漏电流的大小与运行里程有关。车辆长期在环境恶劣的室外运行，随着时间推移，绝缘材料会有老化现象，其绝缘性能也随之下降。由图10和表1均可看出，001L型新造车8062列的泄漏电流要小于001L型三级修的8001列;而003型7028列动车组在行驶250万km后，相比于运行里程少的动车组，泄漏电流曲线已经出现明显毛刺，说明绝缘性能下降明显。

表1 4组动车组具体测试信息表

［1］ TB/T 2227－1996 铁道客车车电配线耐压试验方法［S］.

［2］ JISE 4014－2007 铁道车辆绝缘电阻试验方法及耐压试验方法［S］.

［3］ 郑启亮，于延尊.动车组特高耐压试验方法研究［J］，科技创新与应用2013，(19):21-22.

［4］ 李金霞，王海丰.二分查找判定树的构造方法研究及应用［J］软件，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，工程师(

2014－08－24)