本發(fā)明涉及一種列車供電系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種列車供電系統(tǒng)對(duì)地等效絕緣電阻的定量檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

DC600V列車供電系統(tǒng)被列車大量應(yīng)用，DC600V供電系統(tǒng)中的接地故障保護(hù)裝置是保障列車運(yùn)行、旅客人身安全的重要組成部分，為保障電力機(jī)車列車在運(yùn)行發(fā)揮重要作用。但是，在接地故障中往往存在很多誤報(bào)等情況，給列車正常運(yùn)營帶來大量麻煩。DC600V列車供電系統(tǒng)主要分整流單元、直流供電單元、逆變輸出單元等，不同部位接地，具有不同的故障模式，如圖1所示，有至少8種主要故障模式，目前關(guān)于接地保護(hù)主要針對(duì)直流接地故障模式（如圖1中4點(diǎn)、5點(diǎn)接地）進(jìn)行研究，針對(duì)交流接地的研究幾乎沒有，而交流接地的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直流接地故障，要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的接地故障模式都能進(jìn)行定量計(jì)算對(duì)地等效絕緣電阻（即接地電阻）是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。其次，列車中電磁環(huán)境復(fù)雜，負(fù)載類型、負(fù)載大小變化都會(huì)導(dǎo)致故障波形變化，這些給識(shí)別、分離不同的接地故障模式帶來很大困擾，現(xiàn)有的接地保護(hù)裝置（絕緣電阻檢測(cè)）由于沒有充分考慮多種接地模式的情況，往往產(chǎn)生誤報(bào)，給正常安全運(yùn)營帶來很多不必要的麻煩。

誤報(bào)的根本原因在于DC600V系統(tǒng)存在多種不同的接地故障模式，導(dǎo)致傳統(tǒng)算法進(jìn)行對(duì)地絕緣電阻計(jì)算時(shí)結(jié)果不準(zhǔn)確。對(duì)地等效絕緣電阻，等效于設(shè)備連接到保護(hù)地的接地電阻，通過保護(hù)地對(duì)供電系統(tǒng)造成影響。例如，DC600V供電系統(tǒng)中，由于部分設(shè)備老化、完好情況較差，某些電氣位置的對(duì)地絕緣電阻降低，當(dāng)對(duì)地等效絕緣電阻較大時(shí)，不足以影響到列車安全運(yùn)營時(shí)，無需進(jìn)行接地故障報(bào)警及保護(hù)動(dòng)作；而對(duì)地等效絕緣電阻較小時(shí)，為了行車安全需要進(jìn)行接地報(bào)警及接地保護(hù)動(dòng)作。能夠?qū)Φ刃Ы^緣電阻進(jìn)行準(zhǔn)確地定量計(jì)算，對(duì)于指導(dǎo)接地保護(hù)，觀察絕緣電阻退化趨勢(shì)，提高DC600V供電系統(tǒng)的接地故障保護(hù)穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性具有重要意義。但是DC600V供電系統(tǒng)接地故障模式較多，針對(duì)不同故障模式進(jìn)行等效對(duì)地絕緣電阻的計(jì)算時(shí)一個(gè)技術(shù)難題，同時(shí)列車上電磁環(huán)境復(fù)雜，給定量工作進(jìn)一步增大了難度。

目前的處理方法存在以下不足：1、不準(zhǔn)確，只考慮了直流接地情況，對(duì)交流對(duì)地絕緣電阻不能準(zhǔn)確計(jì)算，經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)等問題。2、信號(hào)資源需求多，需要半電壓、漏電流等多種信號(hào)數(shù)據(jù)信息才能對(duì)對(duì)地等效絕緣電阻進(jìn)行估計(jì)。3、魯棒性差，由于缺乏準(zhǔn)確定量計(jì)算手段，易受環(huán)境變化擾動(dòng)影響，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作不準(zhǔn)確，經(jīng)常誤動(dòng)作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、適用性強(qiáng)的列車供電系統(tǒng)對(duì)地等效絕緣電阻的定量檢測(cè)方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種列車供電系統(tǒng)對(duì)地等效絕緣電阻的定量檢測(cè)方法，包括如下步驟：

S1. 構(gòu)建供電系統(tǒng)不同接地點(diǎn)的對(duì)地等效絕緣電阻與頻譜之間的定量關(guān)系；

S2. 將所述定量關(guān)系擬合為諧波值與對(duì)地等效絕緣電阻值之間的函數(shù)，所述函數(shù)滿足預(yù)設(shè)的置信間；

S3. 測(cè)量接地點(diǎn)的半電壓，對(duì)所述半電壓進(jìn)行頻譜分析得到實(shí)測(cè)諧波值，根據(jù)所述實(shí)測(cè)諧波值和所述函數(shù)計(jì)算所測(cè)量的接地點(diǎn)的對(duì)地等效絕緣電阻。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S1的具體步驟包括：對(duì)于實(shí)際供電系統(tǒng)或仿真供電系統(tǒng)的不同接地點(diǎn)，用不同阻值的電阻將接地點(diǎn)與地進(jìn)行短接，并測(cè)量在不同阻值短接下的半電壓，將所述半電壓進(jìn)行頻譜分析得到諧波值，得到諧波值與電阻之間的定量關(guān)系。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述諧波值優(yōu)選為0至5次諧波的諧波值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)于同一接地點(diǎn)，所述實(shí)測(cè)諧波值與所述諧波值為同次諧波的值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述半電壓為供電系統(tǒng)中間直流電路正極與地之間的電壓。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明準(zhǔn)確性高，充分考慮了直流、交流等多種接地情況，能針對(duì)不同接地模式進(jìn)行準(zhǔn)確定量計(jì)算對(duì)地絕緣電阻，較少誤報(bào)情況發(fā)生。

2、本發(fā)明簡(jiǎn)單，算法只需要半電壓信號(hào)數(shù)據(jù)就能計(jì)算得到對(duì)地等效絕緣電阻。

3、本發(fā)明魯棒性、可靠性高，頻譜前幾次諧波不易受環(huán)境變化影響，負(fù)載變化不對(duì)頻譜關(guān)系造成干擾，具有很高的魯棒性。

4、本發(fā)明可維護(hù)性高，對(duì)于新的接地模式可以利用其頻譜特征，方便的進(jìn)行拓展，實(shí)現(xiàn)算法的升級(jí)。

附圖說明

圖1為DC600V供電系統(tǒng)原理圖及接地點(diǎn)示意圖。

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例接地點(diǎn)1接地故障時(shí)的波形圖。

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例正常狀態(tài)與各接地點(diǎn)接地故障時(shí)的頻譜。

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例接地點(diǎn)1的接地電阻與頻譜關(guān)系圖。

圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例接地點(diǎn)1接地電阻與基準(zhǔn)諧波關(guān)系圖。

圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例接地點(diǎn)1負(fù)載電阻與頻譜關(guān)系圖。

圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例接地點(diǎn)1負(fù)載電阻與基準(zhǔn)諧波關(guān)系圖。

圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例接地點(diǎn)3的接地電阻與頻譜關(guān)系圖。

圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例接地點(diǎn)3接地電阻與基準(zhǔn)諧波關(guān)系圖。

圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例接地點(diǎn)3負(fù)載電阻與頻譜關(guān)系圖。

圖11為本發(fā)明具體實(shí)施例接地點(diǎn)3負(fù)載電阻與基準(zhǔn)諧波關(guān)系圖。

圖12為本發(fā)明具體實(shí)施例根據(jù)定量關(guān)系進(jìn)行擬合確定的函數(shù)曲線。

圖13為本發(fā)明具體實(shí)施例流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖13所示，本實(shí)施例的列車供電系統(tǒng)對(duì)地等效絕緣電阻的定量檢測(cè)方法，包括如下步驟：S1. 構(gòu)建供電系統(tǒng)不同接地點(diǎn)的對(duì)地等效絕緣電阻與頻譜之間的定量關(guān)系；S2. 將定量關(guān)系擬合為諧波值與對(duì)地等效絕緣電阻值之間的函數(shù)，函數(shù)滿足預(yù)設(shè)的置信間；S3. 測(cè)量接地點(diǎn)的半電壓，對(duì)半電壓進(jìn)行頻譜分析得到實(shí)測(cè)諧波值，根據(jù)實(shí)測(cè)諧波值和函數(shù)計(jì)算所測(cè)量的接地點(diǎn)的對(duì)地等效絕緣電阻。

在本實(shí)施例中，步驟S1的具體步驟包括：對(duì)于實(shí)際供電系統(tǒng)或仿真供電系統(tǒng)的不同接地點(diǎn)，用不同阻值的電阻將接地點(diǎn)與地進(jìn)行短接，并測(cè)量在不同阻值短接下的半電壓，將半電壓進(jìn)行頻譜分析得到諧波值，得到諧波值與電阻之間的定量關(guān)系。諧波值優(yōu)選為0至5次諧波的諧波值。對(duì)于同一接地點(diǎn)，實(shí)測(cè)諧波值與諧波值為同次諧波的值。半電壓為供電系統(tǒng)中間直流電路正極與地之間的電壓。

如圖1所示，列車DC600V供電系統(tǒng)可能發(fā)生接地故障的接地點(diǎn)分布如圖1上1號(hào)點(diǎn)至8號(hào)點(diǎn)。半電壓為供電系統(tǒng)中間直流電路正極與地之間的電壓，即電壓傳感器SV2所測(cè)量的電壓。由于半電壓波形的細(xì)節(jié)特征在復(fù)雜工況、不同批次、負(fù)載變化等車輛上很可能是不穩(wěn)定的；并且電力機(jī)車上的電磁環(huán)境非常復(fù)雜，在電磁干擾的作用下，半電壓的細(xì)節(jié)特征更加不可靠，但該波形在整體上來說仍是整體特征較明顯的周期信號(hào)。圖2為接地點(diǎn)1接地故障的波形圖。在本實(shí)施例中，對(duì)于周期的信號(hào)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)整體特征的把握，對(duì)波形進(jìn)行頻譜分析(FFT)，利用低次諧波信息對(duì)波形進(jìn)行表征。

在本實(shí)施例中，通過電壓傳感器SV2測(cè)量半電壓數(shù)據(jù)，并對(duì)半電壓的波形進(jìn)行頻譜分析，可以得到半電壓波形頻譜。如圖3所示，圖3中（a）至（f）分別顯示了在供電系統(tǒng)正常，以及接地點(diǎn)1至接地點(diǎn)5發(fā)生接地故障時(shí)，通過對(duì)半電壓信號(hào)進(jìn)行頻譜分析后得到的波形頻譜。通過分析可以確定，在正常狀態(tài)以及不同接地點(diǎn)發(fā)生接地故障的情況下，波形頻譜具有明顯的差異，因此，通過波形頻譜可實(shí)現(xiàn)不同接地點(diǎn)接地故障模式的分離。

在本實(shí)施例中，對(duì)同一接地點(diǎn)，在接地電阻發(fā)生變化時(shí)，對(duì)半電壓波形頻譜進(jìn)行分析，可以確定接地電阻的變化會(huì)導(dǎo)致半電壓幅值變化，而波形整體形狀不變，即各諧波成分比例不變。以接地點(diǎn)1為例，如圖4所示，顯示了在不同接地電阻值的情況下，半電壓波形頻譜中直流分量，一次諧波至五次諧波與一次諧波的比值，可以發(fā)現(xiàn)，直流分量、各諧波成分之間的比例基本沒有變化，具有較穩(wěn)定的數(shù)值，最大偏離不超過2%，而三次諧波、四次諧波和5次諧波與一次諧波的比值的偏離甚至小于0.2％。說明通過頻譜的方法分離不同的接地模式不受接地電阻大小影響，是穩(wěn)定可靠的。對(duì)接地點(diǎn)1的半電壓波形頻譜的基波進(jìn)行分析，如圖5所示，可以確定基波幅值與接地電阻之間具有明顯的相關(guān)性，可以進(jìn)行擬合得到該點(diǎn)接地模式下，對(duì)地等效絕緣電阻的計(jì)算函數(shù)。同時(shí)，通過基波幅值與接地電阻之間的定量關(guān)系，可以選擇其中特定點(diǎn)的閾值，對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行接地保護(hù)，特定點(diǎn)如接地電阻值為800Ω，2000Ω時(shí)的點(diǎn)。同理，對(duì)接地點(diǎn)3，采用固定負(fù)載600A，以不同接地電阻進(jìn)行同樣的分析，接地電阻與頻譜關(guān)系如圖8所示，接地電阻與基準(zhǔn)諧波關(guān)系如圖9所示。通過對(duì)接地點(diǎn)3的分析，同樣可以確定接地電阻的變化會(huì)導(dǎo)致半電壓幅值變化，而波形整體形狀不變，即各諧波成分比例不變。不同接地電阻，各次諧波（一次至五次）之間的比例關(guān)系是穩(wěn)定的，變化幅度小于0.3%。據(jù)此可識(shí)別該接地模式。

在本實(shí)施例中，以接地點(diǎn)1為例，通過分析負(fù)載對(duì)半電壓波形頻譜的影響，可得到如圖6所示的在不同負(fù)載電阻情況下，頻譜各分量與一次諧波的比值關(guān)系圖，以及如圖7所示的在不同負(fù)載情況下一次諧波基準(zhǔn)幅值圖?？梢源_定，負(fù)載對(duì)頻譜影響較小，各成分均在很小范圍內(nèi)變化，基本維持不變。說明在不同負(fù)載工況下，該故障分離方法、對(duì)地絕緣電阻定量公式均具有適用性。同樣，采用固定的接地電阻，阻值為800Ω，采用不同的負(fù)載對(duì)接地點(diǎn)3進(jìn)行仿真，負(fù)載電阻與頻譜關(guān)系如圖10所示，負(fù)載電阻與基準(zhǔn)諧波關(guān)系如圖11所示，同樣可以確定，負(fù)載對(duì)半電壓波形無影響，進(jìn)而上述識(shí)別方法不受負(fù)載狀態(tài)影響。具有很好的穩(wěn)定性、適用性。

在本實(shí)施例中，利用不同接地點(diǎn)頻譜的差異，具體是各次諧波間的比例范圍，即可識(shí)別確定是哪個(gè)接地點(diǎn)發(fā)生接地故障。如圖4中所示的接地點(diǎn)的頻譜與接地電阻大小的關(guān)系，反映了二次諧波與一次諧波的比值在0.46-0.5之間，三次諧波與一次諧波的比值在0.19-0.2之間，如果頻譜對(duì)應(yīng)諧波的比值在該范圍那么即可認(rèn)定為接地點(diǎn)1發(fā)生了漏電、接地故障。同理，其他接地點(diǎn)各次諧波的比值范圍是不一樣的，通過該比值即可以識(shí)別出了是具體哪個(gè)接地點(diǎn)發(fā)生接地故障。

在本實(shí)施例中，在確定所選定的諧波值與電阻之間的定量關(guān)系后，將諧波值與電阻之間的定量關(guān)系通過MATLAB進(jìn)行擬合，得到擬合函數(shù)，f(x) = a*exp(b*x)，其中，f(x)為擬合函數(shù)，a為預(yù)設(shè)第一參數(shù)，b為預(yù)設(shè)第二參數(shù)，x為諧波值。在本實(shí)施例中，取接地點(diǎn)的擬合函數(shù)的置信區(qū)間為95%，a= 9120 (8804, 9436)，b = -0.005971(-0.006109, -0.005833) ，取MATLAB擬合工具中代表擬合與數(shù)據(jù)相關(guān)程度的確定系數(shù)R-square為 0.9985，擬合后的函數(shù)曲線如圖12所示。在確定是哪個(gè)接地點(diǎn)接地后，再將對(duì)應(yīng)的諧波值代入到該接地點(diǎn)所確定的擬合函數(shù)中，即可求得接地電阻的大小。

上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。