一种单点接触的接触网电压测量系统
阅读：18发布：2021-09-19
专利汇可以提供一种单点接触的接触网电压测量系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种单点 接触 的接触网 电压 测量系统，包括用于与接触线单点接触从而取电的取电装置，取电装置与绝缘板、感应板及底座依次相连，感应板与测量系统相连；接触线带电后，通过取电装置与接触线接触取电，在取电装置和感应板之间采用绝缘板进行隔离，接触线、取电装置和大地之间形成相应的 电场 ，感应板置于取电装置之下，则感应板上下金属片间会产生一个电压差，将该电压差 信号 通过 整流桥 整流后，经过分压 电阻 实现分压，将分压后的 信号传输 至 控制器 ，控制器根据接触网电压到显示电压的映射关系对接受的信号进行处理通过显示单元进行显示。实现了对接触网电压的定量测量，克服了目前高压验电器容易误判的缺点。，下面是一种单点接触的接触网电压测量系统专利的具体信息内容。
1.一种单点接触的接触网电压测量系统，其特征是，包括用于与接触线单点接触从而取电的取电装置，取电装置与绝缘板、感应板及底座依次相连，感应板与测量电路相连；所述测量电路包括控制器，所述控制器分别与电压检测电路、报警装置及显示器相连；
所述电压检测电路两个接线端的一端接感应板，两个接线端另一端与变压器T1的输入端相连，变压器T1输出端与电压跟随器IC4的输入端相连，电压跟随器IC4的输出端还与运放电路输入端相连，运放电路输出端与控制器的输入端相连。
2.如权利要求1所述的一种单点接触的接触网电压测量系统，其特征是，所述取电装置为取电金属叉，包括U形部分及底板，U形部分及底板之间通过支柱连接，取电金属叉材质为不锈钢板。
3.如权利要求1所述的一种单点接触的接触网电压测量系统，其特征是，所述绝缘板采用绝缘橡胶板，绝缘橡胶板与取电金属叉的底板均为长方形。
4.如权利要求3所述的一种单点接触的接触网电压测量系统，其特征是，所述底座为塑料底座，塑料底座一体成型，包括第一底板，与第一底板垂直连接的第二底板，第一底板与第二底板相垂直的面上设有长方体，该长方体的顶面开有圆柱空腔。
5.如权利要求4所述的一种单点接触的接触网电压测量系统，其特征是，第一底板、感应板、绝缘板及取电金属叉的底板的形状均相同，第一底板、感应板、绝缘板及底板四角均开有圆孔，通过螺栓固定在一起。
6.如权利要求4所述的一种单点接触的接触网电压测量系统，其特征是，绝缘杆顶部插入塑料底座长方体中间的圆柱空腔，通过螺栓固定住；中间的一个圆孔为观察孔，用来观察绝缘杆和该塑料底座的固定状态。
7.如权利要求4所述的一种单点接触的接触网电压测量系统，其特征是，第二底板四角均开有圆孔，用于与测量电路相连。
一种单点接触的接触网电压测量系统
技术领域
背景技术
[0002] 测量接触网的电压是电气化铁路日常检修和故障维修工作中极其重要的一部分，目前广泛采用的测量手段是使用高压验电器，通过绝缘杆将高压验电器靠近接触线，若接触线带电则高压验电器发出“滴滴”警示声，若不带电则保持安静无声状态。
[0003] 高压验电器只能定性的判断被测接触线是否带电，而且由于感应电的存在和报警起始电压的不准确，经常出现误报警的现象。如果接触线带电而误判为干扰电压，就会造成人员、设备的事故；如果接触线不带电而高压验电器发出误判报警，则会给作业带来困扰。
[0004] 产生感应电的原因是由于附近存在带电体(如旁边的接触线)而使得待测接触线上产生感应电，感应电的值最大可以达到10kV电压等级。目前采用的高压验电器的报警起始电压不准确，如果设定的报警起始电压过低，则可能会发生由于感应电而误报警的错误；如果设定的报警起始电压过高，则可能会发生接触线带电而不报警的错误。
[0006] 在测量接触网电压过程中，高压验电器容易出现误判，难以满足现场测量的要求，严重威胁着工作人员和设备的安全，给检修工作带来很大的困扰。
[0007] 另外，目前的感应板电压检测电路测量不够精确，无法实现精确且实时的显示电压的数值。实用新型内容
[0008] 为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了一种全新的接触网电压测量系统，采用单点接触测量，不需要接地线，可以实现定量的测量接触网的电压，并利用LCD显示被测电压值，不存在使用高压验电器情况下的误判现象。另外还具有丰富的发光、蜂鸣指示以及校准、复位、提示等拓展功能。
[0009] 为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：
[0010] 一种单点接触的接触网电压测量系统，包括用于与接触线单点接触从而取电的取电装置，取电装置与绝缘板、感应板及底座依次相连，感应板与测量电路相连；所述测量电路包括控制器，所述控制器分别与电压检测电路、报警装置及显示器相连；
[0011] 所述电压检测电路两个接线端的一端接感应板，两个接线端另一端与变压器T1的输入端相连，变压器T1输出端与电压跟随器IC4的输入端相连，电压跟随器IC4的输出端还与运放电路输入端相连，运放电路输出端与控制器的输入端相连。实时检测平板状感应板电压，当出现过电压时，蜂鸣器动作，切断回路，起到可靠的保护作用。
[0012] 电压跟随器IC4是利用隔离放大器构成的电压跟随器，它的作用是提高输入阻抗，降低输出阻抗，并且将输入电压隔离，减少被测交流电对控制器的影响。
[0013] 电压检测电路的原理是：第一步，电压互感器将被测交流电压转变为较低幅值的交流电压。第二步，电阻R22、R12构成分压网络，进一步降低被测电压的幅值，并输出电压差值信号。第三步，隔离放大器IC4构成电压跟随器，提高输入信号阻抗，降低输出信号阻抗。第四步，运放TL074U3A构成减法，将被测交流信号转变为直流信号。第五步，运放TL074U3A构成巴特沃斯滤波器，滤除干扰信号。
[0014] 电压检测电路将检测到的感应板的电压传输至控制器，控制器在显示器上进行显示，当电压超过设定值时，报警装置开始工作。
[0016] 进一步的，所述绝缘板采用绝缘橡胶板，绝缘橡胶板与取电金属叉的底板均为长方形，且长度及宽度相一致。
[0018] 进一步的，所述底座为塑料底座，塑料底座一体成型，包括第一底板，与第一底板垂直连接的第二底板，第一底板与第二底板相垂直的面上设有长方体，该长方体的顶面开有圆柱空腔。
[0020] 进一步的，第二底板四角均开有圆孔，用于与测量电路相连。
[0021] 进一步的，绝缘杆顶部插入塑料底座长方体中间的圆柱空腔，通过螺栓固定住；长方体中间的一个圆孔为观察孔，用来观察绝缘杆和该塑料底座的固定状态。
[0022] 一种单点接触的接触网电压测量系统的测量方法，包括：
[0023] 将单点接触的接触网电压测量系统通过固定螺丝固定在绝缘杆上；
[0025] 接触线带电后，通过取电装置与接触线接触取电，在取电装置和感应板之间采用绝缘板进行隔离，接触线、取电装置和大地之间形成相应的电场，感应板置于取电装置之下，则感应板上下金属片间会产生一个电压差，将该电压差信号通过整流桥整流后，经过分压电阻实现分压，将分压后的信号传输至控制器，控制器根据接触网电压到显示电压的映射关系对接受的信号进行处理通过显示单元进行显示；
[0027] 将单点接触的接触网电压测量系统从绝缘杆拧下来，放好电压表及绝缘杆，测量完成。
[0028] 本实用新型的有益效果：
[0029] 本实用新型提出了一种全新的接触网电压单点接触测量的系统，通过取电金属叉与接触线单点电气接触，在空间形成相应的电场，在该电场内放置两个有一定间距的金属片，这两个金属片由于所处电场位置不同而带有一定的电压差，测量该电压差并将其转换为接触线的电压，最后在LCD屏幕上显示出测量结果，即得到被测接触线的电压。单点电气接触：①不需要架设接地线，减轻了检修现场的工作强度；②采用单点接触，使得该“测量装置”免于承受接触网25kV的对地电压，降低了对“测量装置”绝缘强度的要求，利于保护工作人员的安全。
[0030] 本实用新型提出的一种全新的接触网电压单点接触测量的装置，实现了对接触网电压的定量测量，克服了目前高压验电器容易误判的缺点，具有复位、校准、提示等功能并具有一定的功能可拓展性，可以满足接触网电压现场测量的要求。
[0031] 本实用新型电压检测电路中，IC4是利用隔离放大器构成的电压跟随器，它的作用是提高输入阻抗，降低输出阻抗，并且将输入电压隔离，减少被测交流电对控制器的影响。电压检测电路测量数据精确，实时性高。
附图说明
附图说明
[0032] 图1本实用新型的测量原理实验图；
[0033] 图2塑料底座结构示意图；
[0034] 图3接触网电压到显示电压的映射关系流程图；
[0035] 图4本实用新型的测量过程流程图；
[0036] 图5本实用新型的电压检测电路图；
[0037] 图中，1、接触线，2、取电金属叉，3、感应板，4、大地，5、第二底板，6、第一底板，7、长方体，8、圆柱空腔。具体实施方式：
[0038] 下面结合附图对本实用新型进行详细说明：
[0039] 接触网电压测量技术基本原理为：接触网带电后，和大地4之间形成相应的电场，在接触线1下方放置两个有一定间距的金属片，这两个金属片由于所处电场位置不同而带有一定的电压差，测量该电压差并通过映射函数将其转换为接触线的电压，并将该测量结果利用LCD显示出来，即得到被测接触线1的电压。
[0040] 如图1所示为本实用新型技术原理示意图：平板状感应板3通过取电金属叉2与接触线1接触取电，接触线1、取电金属叉2和大地4之间形成相应的电场，将感应板3置于取电金属叉2底板之下，则感应板3上下金属片间会产生一个电压差。
[0041] 实现该测量系统共需要5个组成模块，分别为：
[0042] (1)取电及感应板模块：
[0043] 感应板3由上下两块金属片和中间的绝缘层组成，将其放置在接触线1和大地4形成的电场中，上下金属片会产生一个相应的电压差，该模块要实现感应金属片的稳定放置，使其受外界因素的影响小，确保映射函数保持稳定，从而保证最终测量结果的准确性。
[0044] (2)电压检测电路模块：
[0045] 感应板3上产生的电压为交流电压，电压值较大，该电压通过电压检测电路，经过分压电阻实现分压，使其变为测量端可测量的电压范围之内，如0-3.3V。这样，感应板3上的电压差通过映射函数变换到了测量端电压。
[0046] (3)测量电路模块：
[0047] 搭建了电压测量电路，并把测量值通过映射函数进行转换，得到接触线1的电压值，然后在LCD屏幕显示出测量结果。
[0048] (4)供电模块：
[0049] 采用输出电压3.7V锂电池，经过1N4007二极管降压后输出电压为3.20V，来为测量系统供电。
[0050] (5)固定支撑模块：
[0051] 设计了固定支承的底座及各个模块之间的组合固定方式、隔离方式、整体装置与绝缘杆的固定方式。
[0052] 在金属叉底板2和感应板3之间采用绝缘橡胶板进行隔离，达到电气隔离的目的。
[0053] 平板状感应板3采用一块双面覆铜板，以覆铜板的上下两面作为两片感应金属片，保证金属片的形状、距离稳定，不容易受外力影响而改变，这样就能使感应板3的电压保持稳定。
[0054] 塑料底座的作用是把各个模块组合、固定为一个整体，并将塑料底座固定在绝缘杆上(塑料底座与绝缘杆之间的固定是可以拆卸的)。
[0055] 图2塑料底座三维线框图：
[0056] 塑料底座水平的平板部分即第一底板6通过4个绝缘螺栓依次将感应板、橡胶板、取电金属叉固定住；竖直的平板部分即第二底板5通过4个绝缘螺栓将测量电路固定住；第一底板与第二底板相垂直的面上设有长方体7，绝缘杆顶部插入中间的圆柱空腔8，通过1个螺栓固定住；中间的一个圆孔为观察孔，用来观察绝缘杆和该塑料底座的固定状态。
[0057] 图3接触网电压X到LCD显示电压Y的映射关系：
[0058] 图中X为接触网的电压有效值(kV)，A为感应板电压有效值(V)，B为测量端电压有效值(V)，Y为显示屏电压有效值(kV)。
[0059] 则：A＝f1(X),B＝f2(A),Y＝f3(B),可以推得：
[0060] Y＝f3{f2[f1(X)]}
[0061] 其中：
[0062] f1为接触网电压到感应板电压差的映射函数；
[0063] f2为感应板电压差经过整流分压后到测量端电压的映射函数；
[0064] f3为测量端电压经过数值转换后到显示屏电压的映射函数；
[0065] 接触网电压X经过映射函数f1,f2,f3后，得到显示屏电压Y。
[0066] 图4测量过程流程图:
[0067] 测量程序的测量环节：以1s作为一个测量周期，在该周期内每1/3s测量1次，结果分别为c1，c2，c3，如果任意2个测量结果之差都小于0.5kV，则取这3个测量结果的平均值为最终测量结果；如果不满足条件，则进入下一个测量周期，直至满足条件。
[0068] 测量程序的复位功能：如需复位，则在测量完成后按复位按钮，程序将把初始值重新写入存储空间，从而实现复位。
[0069] 测量程序的校准功能：如需校准，则在测量完标准电压后按校准按钮，程序将计算出校准后的值并写入存储空间，从而实现校准。
[0070] 取电金属叉：取电金属叉中间支柱的高度为120mm、U形部分的宽度为160mm、U形部分的高度为85mm，
[0071] 电路板电压检测电路两个接线端引出的红色、黄色两根线分别连接至感应板的上下金属片，将感应板产生的电压输入到整流分压模块；Micro-USB为向锂电池充电时使用；彩色排线为连接至PICkit3连接器，在电脑向单片机烧写程序时使用。
[0072] 如图5所示，电压检测电路两个接线端接平板状感应板，两个接线端与变压器T1的输入端相连，变压器T1输出端与电压跟随器IC4的输入端相连，电压跟随器IC4的输出端还与运放电路输入端相连，运放电路输出端与控制器的输出端相连。实时检测平板状感应板电压，当出现过电压时，蜂鸣器动作，切断回路，起到可靠的保护作用。
[0073] IC4是利用隔离放大器构成的电压跟随器，它的作用是提高输入阻抗，降低输出阻抗，并且将输入电压隔离，减少被测交流电对控制器的影响。
[0074] 电压检测电路的原理是：第一步，电压互感器将被测交流电压转变为较低幅值的交流电压。第二步，电阻R22、R12构成分压网络，进一步降低被测电压的幅值，并输出电压差值信号。第三步，隔离放大器IC4构成电压跟随器，提高输入信号阻抗，降低输出信号阻抗。第四步，运放TL074U3A构成减法，将被测交流信号转变为直流信号。第五步，运放TL074U3A构成巴特沃斯滤波器，滤除干扰信号。
[0075] 本实用新型的实物：从上到下依次为接触线、取电金属叉、绝缘橡胶板、感应板和塑料底座。取电金属叉材质为304不锈钢板。制作时，将制作的各个部分依次组合固定，固定金属叉的螺栓为M5×20，固定电路板的螺栓为M5×15，固定绝缘杆的螺栓为M8×20，得到测量系统。
[0076] 该测量系统可以实现测量功能、警示功能、校准功能、复位功能。
[0077] ·测量功能：
[0078] 该电压表可以定量的测量25kV电压等级的接触网电压，量程为0-35kV，最小分辨电压刻度为0.01kV。
[0079] ·警示功能：
[0080] 若测量的电压值大于27.5kV或者小于22.5kV，则显示“ALARM”，表示当前测量的电压值超出正常范围(电压值的正常范围可在程序中设置)。
[0081] ·校准功能：
[0082] 给定标准25kV的电压，测量该电压完成后，按一下校准按钮，则电压表完成校准，以该次测量的电压为标准25kV电压。
[0083] ·复位功能：
[0084] 测量一个任意电压完成后，按一下复位按钮，则电压表恢复出厂设置。
[0085] 该测量系统的测量过程为：
[0086] ·将电压表通过固定螺丝固定在绝缘杆上；
[0087] ·打开电源开关，通过绝缘杆将电压表上方的取电金属叉举升至接触网电线，并稳定接触；
[0089] ·将电压表从绝缘杆拧下来，放好电压表及绝缘杆，测量完成。
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