本發(fā)明涉及一種列車供電系統(tǒng)領域，尤其涉及一種列車供電系統(tǒng)對地等效絕緣電阻的定量檢測方法。

背景技術：

DC600V列車供電系統(tǒng)被列車大量應用，DC600V供電系統(tǒng)中的接地故障保護裝置是保障列車運行、旅客人身安全的重要組成部分，為保障電力機車列車在運行發(fā)揮重要作用。但是，在接地故障中往往存在很多誤報等情況，給列車正常運營帶來大量麻煩。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，目前關于接地保護主要針對直流接地故障模式（如圖1中4點、5點接地）進行研究，針對交流接地的研究幾乎沒有，而交流接地的復雜程度遠遠大于直流接地故障，要實現(xiàn)對不同的接地故障模式都能進行定量計算對地等效絕緣電阻（即接地電阻）是一個技術挑戰(zhàn)。其次，列車中電磁環(huán)境復雜，負載類型、負載大小變化都會導致故障波形變化，這些給識別、分離不同的接地故障模式帶來很大困擾，現(xiàn)有的接地保護裝置（絕緣電阻檢測）由于沒有充分考慮多種接地模式的情況，往往產(chǎn)生誤報，給正常安全運營帶來很多不必要的麻煩。

誤報的根本原因在于DC600V系統(tǒng)存在多種不同的接地故障模式，導致傳統(tǒng)算法進行對地絕緣電阻計算時結果不準確。對地等效絕緣電阻，等效于設備連接到保護地的接地電阻，通過保護地對供電系統(tǒng)造成影響。例如，DC600V供電系統(tǒng)中，由于部分設備老化、完好情況較差，某些電氣位置的對地絕緣電阻降低，當對地等效絕緣電阻較大時，不足以影響到列車安全運營時，無需進行接地故障報警及保護動作；而對地等效絕緣電阻較小時，為了行車安全需要進行接地報警及接地保護動作。能夠對等效絕緣電阻進行準確地定量計算，對于指導接地保護，觀察絕緣電阻退化趨勢，提高DC600V供電系統(tǒng)的接地故障保護穩(wěn)定性、準確性具有重要意義。但是DC600V供電系統(tǒng)接地故障模式較多，針對不同故障模式進行等效對地絕緣電阻的計算時一個技術難題，同時列車上電磁環(huán)境復雜，給定量工作進一步增大了難度。

目前的處理方法存在以下不足：1、不準確，只考慮了直流接地情況，對交流對地絕緣電阻不能準確計算，經(jīng)常出現(xiàn)誤報等問題。2、信號資源需求多，需要半電壓、漏電流等多種信號數(shù)據(jù)信息才能對對地等效絕緣電阻進行估計。3、魯棒性差，由于缺乏準確定量計算手段，易受環(huán)境變化擾動影響，導致保護動作不準確，經(jīng)常誤動作。

技術實現(xiàn)要素：

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

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

S1. 構建供電系統(tǒng)不同接地點的對地等效絕緣電阻與頻譜之間的定量關系；

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

S3. 測量接地點的半電壓，對所述半電壓進行頻譜分析得到實測諧波值，根據(jù)所述實測諧波值和所述函數(shù)計算所測量的接地點的對地等效絕緣電阻。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S1的具體步驟包括：對于實際供電系統(tǒng)或仿真供電系統(tǒng)的不同接地點，用不同阻值的電阻將接地點與地進行短接，并測量在不同阻值短接下的半電壓，將所述半電壓進行頻譜分析得到諧波值，得到諧波值與電阻之間的定量關系。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述諧波值優(yōu)選為0至5次諧波的諧波值。

作為本發(fā)明的進一步改進，對于同一接地點，所述實測諧波值與所述諧波值為同次諧波的值。

作為本發(fā)明的進一步改進，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)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

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

2、本發(fā)明簡單，算法只需要半電壓信號數(shù)據(jù)就能計算得到對地等效絕緣電阻。

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，負載變化不對頻譜關系造成干擾，具有很高的魯棒性。

4、本發(fā)明可維護性高，對于新的接地模式可以利用其頻譜特征，方便的進行拓展，實現(xiàn)算法的升級。

附圖說明

圖1為DC600V供電系統(tǒng)原理圖及接地點示意圖。

圖2為本發(fā)明具體實施例接地點1接地故障時的波形圖。

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

圖4為本發(fā)明具體實施例接地點1的接地電阻與頻譜關系圖。

圖5為本發(fā)明具體實施例接地點1接地電阻與基準諧波關系圖。

圖6為本發(fā)明具體實施例接地點1負載電阻與頻譜關系圖。

圖7為本發(fā)明具體實施例接地點1負載電阻與基準諧波關系圖。

圖8為本發(fā)明具體實施例接地點3的接地電阻與頻譜關系圖。

圖9為本發(fā)明具體實施例接地點3接地電阻與基準諧波關系圖。

圖10為本發(fā)明具體實施例接地點3負載電阻與頻譜關系圖。

圖11為本發(fā)明具體實施例接地點3負載電阻與基準諧波關系圖。

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

圖13為本發(fā)明具體實施例流程示意圖。

具體實施方式

以下結合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖13所示，本實施例的列車供電系統(tǒng)對地等效絕緣電阻的定量檢測方法，包括如下步驟：S1. 構建供電系統(tǒng)不同接地點的對地等效絕緣電阻與頻譜之間的定量關系；S2. 將定量關系擬合為諧波值與對地等效絕緣電阻值之間的函數(shù)，函數(shù)滿足預設的置信間；S3. 測量接地點的半電壓，對半電壓進行頻譜分析得到實測諧波值，根據(jù)實測諧波值和函數(shù)計算所測量的接地點的對地等效絕緣電阻。

在本實施例中，步驟S1的具體步驟包括：對于實際供電系統(tǒng)或仿真供電系統(tǒng)的不同接地點，用不同阻值的電阻將接地點與地進行短接，并測量在不同阻值短接下的半電壓，將半電壓進行頻譜分析得到諧波值，得到諧波值與電阻之間的定量關系。諧波值優(yōu)選為0至5次諧波的諧波值。對于同一接地點，實測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分布如圖1上1號點至8號點。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所測量的電壓。由于半電壓波形的細節(jié)特征在復雜工況、不同批次、負載變化等車輛上很可能是不穩(wěn)定的；并且電力機車上的電磁環(huán)境非常復雜，在電磁干擾的作用下，半電壓的細節(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。圖2為接地點1接地故障的波形圖。在本實施例中，對于周期的信號為了實現(xiàn)對整體特征的把握，對波形進行頻譜分析(FFT)，利用低次諧波信息對波形進行表征。

在本實施例中，通過電壓傳感器SV2測量半電壓數(shù)據(jù)，并對半電壓的波形進行頻譜分析，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1至接地點5發(fā)生接地故障時，通過對半電壓信號進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，通過波形頻譜可實現(xiàn)不同接地點接地故障模式的分離。

在本實施例中，對同一接地點，在接地電阻發(fā)生變化時，對半電壓波形頻譜進行分析，可以確定接地電阻的變化會導致半電壓幅值變化，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。對接地點1的半電壓波形頻譜的基波進行分析，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性，可以進行擬合得到該點接地模式下，對地等效絕緣電阻的計算函數(shù)。同時，通過基波幅值與接地電阻之間的定量關系，可以選擇其中特定點的閾值，對供電系統(tǒng)進行接地保護，特定點如接地電阻值為800Ω，2000Ω時的點。同理，對接地點3，采用固定負載600A，以不同接地電阻進行同樣的分析，接地電阻與頻譜關系如圖8所示，接地電阻與基準諧波關系如圖9所示。通過對接地點3的分析，同樣可以確定接地電阻的變化會導致半電壓幅值變化，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）之間的比例關系是穩(wěn)定的，變化幅度小于0.3%。據(jù)此可識別該接地模式。

在本實施例中，以接地點1為例，通過分析負載對半電壓波形頻譜的影響，可得到如圖6所示的在不同負載電阻情況下，頻譜各分量與一次諧波的比值關系圖，以及如圖7所示的在不同負載情況下一次諧波基準幅值圖?？梢源_定，負載對頻譜影響較小，各成分均在很小范圍內變化，基本維持不變。說明在不同負載工況下，該故障分離方法、對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，采用不同的負載對接地點3進行仿真，負載電阻與頻譜關系如圖10所示，負載電阻與基準諧波關系如圖11所示，同樣可以確定，負載對半電壓波形無影響，進而上述識別方法不受負載狀態(tài)影響。具有很好的穩(wěn)定性、適用性。

在本實施例中，利用不同接地點頻譜的差異，具體是各次諧波間的比例范圍，即可識別確定是哪個接地點發(fā)生接地故障。如圖4中所示的接地點的頻譜與接地電阻大小的關系，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，如果頻譜對應諧波的比值在該范圍那么即可認定為接地點1發(fā)生了漏電、接地故障。同理，其他接地點各次諧波的比值范圍是不一樣的，通過該比值即可以識別出了是具體哪個接地點發(fā)生接地故障。

在本實施例中，在確定所選定的諧波值與電阻之間的定量關系后，將諧波值與電阻之間的定量關系通過MATLAB進行擬合，得到擬合函數(shù)，f(x) = a*exp(b*x)，其中，f(x)為擬合函數(shù)，a為預設第一參數(shù)，b為預設第二參數(shù)，x為諧波值。在本實施例中，取接地點的擬合函數(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。在確定是哪個接地點接地后，再將對應的諧波值代入到該接地點所確定的擬合函數(shù)中，即可求得接地電阻的大小。

上述只是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本發(fā)明技術方案保護的范圍內。