论文_电力机车车顶近电作业高压警报系统.docx

电力机车车顶近电作业高压警报系统摘要：为排除电力机车检修作业时的电击危险；确保工作人员人身安全，现设计基于STC11F04E单片机的高压警报系统，实现对有、无高压进行检测并做出不同反应，并通过自检模块、语音模块、显示模块等提高系统可靠性。引言电力机车是我国重要交通工具，承担着日益繁重的运输任务。随着目前电气化区段不断扩增、机车运行速度不断提高，机车检修工作量、安全问题随之增加。我国电力化铁路接触网电压标准为15kv与25kv高压，为确保机车检修人员的人身安全，防止因违章操作或意外情况而导致检修人员在机车顶部带电作业导致事故，确保铁路电网发、配电设备及线路安全可靠运行。因此需要一套高压警报系统来反映电力机车车顶受电弓、牵引线及其它高压带电体是否带电。目前我国铁路规范要求机车检修应在机车入库整备时进行，多数近点监控警报装置布置于车库内。虽然通常这些装备多采用视频图像识别、计算机联网、调度统一控制等技术。但由于成本高、不能随车移动等缺陷，不能覆盖所有工作范围等缺点，仍需一种方便灵活、成本低的新式高压报警装置。未解决此问题现设计研发一种新型非接触感应式，置于机车上的高压带电显示警报装置，即可在在机车入库检修时提供多一道安全保障，又可在特殊情况下无法入库检修时提供切实安全有效的车顶可带电体带电情况提示。系统原理电力机车车顶近电作业高压警报系统作为一款安保系统，对安全性、稳定性要求都很高。为此该系统选用非接触感应式信号接收方式，并安照模块化设计要求，将报警器分成几大模块分别予以设计，即1.可控充放电电源模块2.信号采集及处理模块3.显示及语音报警模块4.人机接口模块5.车顶闸口闭锁装置模块。信号采集及处理灯光牵引线可控充放电池DC 110v显示屏语音人机接口车顶闸口闭锁装置PC天线1. 可控充放电电源模块2. 信号感应处理模块采用非接触感应式传感器接收信号，其原理为利用一个对地绝缘的感应电极，当高压带电体带电时会与感应电极间产生杂散电容，并耦合带电体的交变电压信号。该信号经保护电路、RC滤波电路、比例电路、比较电路处理后输入至微处理器进行分析处理，并据其对其他模块加以控制。3. 显示及语音报警模块该模块由一块xxx单片机控制，会根据信号采集处理模块提供的有无高压判定作出不同反应。为实现警报功能的安全可靠，此模块采用声（语音提示）、光（led红、绿）、液晶（显示屏）多角度对登顶工作人员进行提示。且可连同机车车顶闸口闭锁器开关，确保检修人员获取准确信息、最大限度减少误操作可能性，并防止非工作人员贸然登顶。4. 人机接口5. 车顶闸口闭锁装置硬件结构1. 供电电路采用机车蓄电池110v DC与警报系统内置锂电池双路供电。当机车整车供电系统工作稳定时由蓄电池供电，并根据情况对进行充电；当机车供电不稳定时，采用锂电池为系统供电。供电系统包括一块xxxx单片机及-。机车蓄电池110v dcMcu锂电池5v电压判定Dcdc转换供电2.信号感应处理电路信号由置于机车车顶外的天线获取，天线部分配有为防止恶劣天气下击穿或短路的可能性的防雷防雨保护罩。1.经天线获取的信号有电缆传入机车内部。该信号首先经过保护电路作为抑制过压措施，进一步排除雷击及浪涌情况下的破坏，该部分由放电管、压敏电阻、TVS瞬变电压抑制二极管和扼流线圈等构成SPD浪涌保护器。在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号（如雷电干扰），而对线路正常传输的差模信号无影响，并与保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗实现扼流，而对正常的工作频率呈现为低阻抗，从而对设备进行保护。2.由于现实环境中的发射机、基站、无线通信及其他架空高压线等都会产生巨大电磁干扰，并被天线获取。设置获取到的信号通过RC滤波电路，滤去杂波（纹波、谐波）获得纯净稳压信号。3.经由放大与比较电路，将信号放大并进入与已设置好基准电压阙值的比较器电路中，将其转化为矩形波二进制信号。根据在株洲电力机车试验场实地获取的数据，在通常距离下从受电牵引线及旁道牵引线获得信号分别为70MV上下与20MV上下；在标准的铁路电网电压等级15KV与25KV附近电压与输入信号呈稳定的线性关系。据此为保证电网故障及其他特殊情况下，机车近距离内高压带电物体电压波动等情况仍能准确报警，该阙值被设为36MV。保护电路RC滤波电路比例放大电路比较器电路Mcu电压等级与输入回路信号强度关系曲线高压线距离天线顶：330mm 4.该模块中的xxx型单片机，根据矩形波对有无高压进行判定。3.语音及显示警报电路（待补充）该部分实现led灯、语音、液晶显示三中警报方式，其中LED灯有红色、绿色两盏，红色LED亮时为高压带电体有电及系统自检为故障情况；绿色LED灯亮时为为系统自检无故障且高压带电体无高压情况。语音部分采用xxxx语音芯片，并配有音频功率放大电路及扬声器。液晶显示器选用xxx（参数），显示内容通过烧录存储进xxx，随系统上电启动，采用全中文界面，方便易懂。会显示工作状态（系统上电、自检中、复位等）及警报及安全提示。这三部分由由信号感应处理电路中的单片机进行控制，mcu会根据高电压的有无输出不同控制指令。4.人机接口5.闭锁装置软件设计电力机车车顶近电作业高压警报系统，采用多块单片机进行控制。包括电源部分的一块xxxx单片机，主要应用于对机车蓄电池供电状况与锂电池电压的判定，并对为系统提供何种供电方、是否对锂电池充电作出控制。一块xxx单片机，完成对高压信号的采集、运算及处理，根据处理结果控制led灯、语音芯片、液晶显示屏及车顶闸口闭锁开关。按下系统开机键时当自检状态下语音播报及显示器显示“系统自检，请稍候”；自检结果为系统故障时，语音播报及显