客车电气体系绝缘状态检测仪构设与实现.doc

客车电气体系绝缘状态检测仪构设与实现第1章绪论1.1选题背景及意义自进入21世纪以来，我国的铁路事业JH以前所未有的速度蓬勃发展，客运和货运能力均得到显著的提升，尤其高速铁路的普及使人们的出行变得越来越便捷。铁路客车正成为人们出行首选的交通工具，与人们的R常生活更加息息相关，确保铁路客运的安全运行也随着变成了一项更加艰巨的任务。客车供电系统负责为客车上各种用电设备提供电能。早期的用电设备相对来说比较简单，主要有照明设备、风扇和信号设备，其对供电要求一般不高，故供电形式简单，即小功率轴驱发电机加蓄电池供电方式目前我国的绿皮车仍然采用此种供电方式。随着时代和科技的发展以及人们生活水平的提高，客车上的用电设备无论在数量上还是种类上都有了质的提升，包括空调、闭路电视、自动门控制装置、电磁炉以及各种显示设备等。如此多的用电设备都是通过电缆和光缆，即车体配线连接的，以实现电能的输送和分配，因此客车的供电系统越来越复杂，供电线路也越来越多。客车作为一个流动的封闭式公共场所，一方面人员较多，另一方面车上各种用电设备和供电电缆密集分布，这使得人们的安全活动空间进一步减小。加之供电系统和用电设备中广泛存在着高压，倘若发生漏电，对乘客的人身安全将造成严重后果。电缆作为整个供电系统的神经，是电流传输的重要载体，其绝缘性能的好坏直接影响到客车能否安全运行。然而实际运行中，电缆常常会受到一些机械因素、化学因素、电磁作用、热作用等的影响，时间一长，极易发生腐蚀老化、局部机械损伤、绝缘内部气泡等现象，以致发生漏电、短路、火灾等事故，这会损毁用电设备，导致客车不能正常运行，甚至造成旅客的人身伤害和财产损失。因此，定期对客车供电系统电缆的绝缘性能进行检测显得十分重要。.1.2绝缘检测设备的国内外现状分析电在人们的日常生活中扮演了一个极为重要的角色，而电缆作为电的载体，其绝缘性能的好坏直接关乎人们的人身安全和用电设备的运行安全。然后在实际使用中，各种因素总是会影响或降低电缆的绝缘性能，诸如：1.当电缆受到自然环境中风、雨、雪、沙、热、化学腐烛等影响时，容易发生绝缘层老化；2.电缆在制造、运输、装配过程中存在各种人为因素，可能损坏其绝缘性能4；3.电缆在运行中可能由于操作不当或某些不可避免的因素产生过压过流现象，使其发生绝缘劣化。因此，无论是电缆的生产商，还是其运营部门，都十分有必要对其绝缘性能进行检测。具体来说，对于生产商，必须采用绝缘性能优良的材质作为绝缘层，以提高其抗击穿的能力，同时在生产过程中应不断对产品的绝缘性能进行检测，避免生产出绝缘不达标的产品，提高合格率；对于运营商，一方面应通过合理规范的操作，延长设备的使用寿命，减慢其绝缘老化的速度，另一方面，定期对电缆进行绝缘检测，及时发现那些绝缘损伤或绝缘失效的电缆，以判断电缆能否继续运行，及早发现缺陷，及时进行维护和处理。第2章客车电气系统绝缘检测仪总体设计2.1客车供电系统介绍目前，我国25G、25K型等主流空调客车主要采用集中供电方式，即空调发电车中的三台300kW(或两台450kW)康明斯柴油发电机组向客车提供AC380V(三相四线制)，供客车上的照明设备、空调机组、电视、电磁炉、电开水炉等设备用电，AC380V供电系统如图2-1所示。另外，少部分仍在使用的22、25B型非空调客车(绿皮车)采用DC48V分散供电方式，主要通过安装在每节车厢转向架上的J5型轴驱发电机输出三相交流电，经过整流滤波变换为DC48V后为轴温报警系统、照明设备、电扇等供电。此外，25T型客车采用DC600V供电系统，其采用交直交变换技术，由机车向各辆客车提供电能。在电气化区段上，电力机车通过受电弓从接触获取25kV、50Hz单相交流电并通过降压、整流、滤波后形成两套独立的DC600V直流电源，并通过接线箱分两路向客车供电。客车通过电气综合控制柜自动(按车厢号奇偶分配)将其中一路DC600V送入逆变电源装置(简称逆变器)及DC110V电源装置(简称充电器)。.2.2客车电气系统绝缘检测功能要求在客车供电系统中，u、V、W、N线为三相四线制中的四根线，P为电缆的外套(被接地)。客车电气系统的绝缘检测包括列车检测和单车检测。列车检测测量的是整列车供电母线的绝缘电阻，适用于AC380V和DC600V系统，在切断电源的情况下，把U、V、W、N线(外套P可不接)或600V+和600V-接入测试仪器的连接端口。单车检测是针对一节车厢的绝缘情况进行检测，适用于DC48V、AC380V、DC600V系统，在确保电源切断的情况下，把相应的测试电缆接入测试仪器的连接端口。其中AC380V供电系统测量的是U、V、W、N任意两相间或相对电缆外套P(接地)的绝缘电阻；DC48V供电系统测量的是48V+与地、48V-与地、48V+与48V-之间的绝缘电阻；DC600V供电系统测量的是逆变器输出的三相交流电U、V、W任意两相间及相对电缆外套P(接地)的绝缘电阻。.第3章系统硬件电路设计.153.1单片机最小系统.153.2取样络.163.3 AD转换电路.183.4电源电路.213.5测量保护电路.233.6继电器阵列和驱动电路.253.7 I2C总线电路.263.8数字式温湿度传感器电路.293.9人机交互电路.313.10串行通信及JTAG调试电路.33第4章软件设计.364.1 STM32F103库开发介绍.364.2液晶显不程序.384.3键盘扫描程序.404.4 AD.424.5数据釆集和处理程序.444.6 I2C总线程序.464.7温湿度传感器程序.484.8系统主程序.51第5章系统调试与试验结果.535.1调试内容.535.2试验结果分析.54第4章软件设计4.1 STM32F103库开发介绍在51单片机的开发中，一般采用直接配置寄存器的方式控制芯片的工作，如中断、定时器等。配置的时候常常需要查阅寄存器表，选择用到的位置1或置0。这些琐碎、机械的工作对51单片机软件来说相对简单，因为其资源有限，寄存器数量不多。但是对于STM32而言，因其外设资源丰富，带来的必然是寄存器数量和复杂度的增加，若釆用直接配置寄存器的方式进行软件开发，必然会导致开发速度变慢和程序可读性变差，这两个缺陷直接影响了幵发效率、程序维护成本和交流成本。而采用库幵发的方式正好可以弥补这两个缺陷。STM32库是由ST公司针对STM32提供的函数接口，即API(Application Program Interface),开发者可以调用这些函数接口来配置STM32的寄存器，使得开发人员得以脱离最底层的寄存器操作，有开发快速、易于阅读、维护成本低等优点143。实际上，库是架设在寄存器与用户驱动层之间的代码，向下处理与寄存器直接相关的配置，向上为用户提供配置寄存器的接口，库函数、用户驱动函数、特殊寄存器三者的关系如图4-1所示。.结论本文所设计的绝缘检测仪是用来检测铁路客车电气系统绝缘状态的专用仪器，在客车离线停电的状态下，可检测供电系统电缆相间及对外套(地)的绝缘电阻值，以判定其绝缘情况。仪器内附500V/1000V高压模块，可针对B型、G型、K型、T型车进行自动化测量，并保存测量数据，一旦绝缘电阻超标，仪器将报警。本设计的最大特点是检测人员只需通过键盘输入进行测量模式的选择，系统自动控制继电器阵列对U、V、W、N、P线进行任意组合来测量两两间的绝缘电阻，避免了传统摇表必须人工切换来测量的问题。另外，高稳定性高压模块的使用、取样络的选择、温湿度对测量结果的修正以及硬件软件层面上抗干扰措施的引入，使得本仪器的测量精度远远高于摇表。对于手持式设备来说，如何尽量减小外形尺寸和降低功耗是关键的技术问题。为此，本系统采用大量的贴片封装式器件、I2C总线器