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1、(10)申请公布号 CN 104090244 A (43)申请公布日 2014.10.08 CN 104090244 A (21)申请号 201410338397.5 (22)申请日 2014.07.16 G01R 31/40(2014.01) (71)申请人 广西大学 地址 530004 广西壮族自治区南宁市大学东 路 100 号 (72)发明人 贺德强 吕惠康 周继续 刘旗扬 苗剑 (74)专利代理机构 北京中誉威圣知识产权代理 有限公司 11279 代理人 王正茂 (54) 发明名称 一种列车供电装置检测系统 (57) 摘要 本发明公开了一种列车供电装置检测系统， 包括 ： 负载模块， 。
2、为列车供电装置提供不同的负 载 ； 采集模块， 用于采集列车供电装置的负载电 压、 正 / 负接地电压、 负载电流、 负载柜温度以及 纹波因数 ； 分析模块， 用于对负载电压进行小波 包变换提取故障特征向量， 将提取的故障特征向 量输入最小二乘支持向量机进行列车供电装置故 障的识别 ； 控制模块， 用于控制负载模块、 采集模 块以及分析模块进行工作。该系统通过小波包变 换对负载电压进行提取故障特征向量， 以及通过 最小二乘支持向量机进行列车供电装置故障的识 别， 可识别出列车供电装置的故障， 得出故障诊断 结果 ； 通过控制模块控制采集模块进行采集各类 参数， 对各类参数的检测， 可提高列车供。
3、电装置的 性能。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104090244 A CN 104090244 A 1/1 页 2 1. 一种列车供电装置检测系统， 其特征在于， 包括 ： 负载模块， 为所述列车供电装置提供不同的负载 ； 采集模块， 用于采集所述列车供电装置的负载电压、 正 / 负接地电压、 负载电流以及纹 波因数 ； 分析模块， 用于对所述负载电压进行小波包变换提取故障特征向量， 将提取的所述故 障特征向量输入最小二乘支持。
4、向量机进行列车供电装置故障的识别 ； 控制模块， 用于控制所述负载模块、 采集模块以及分析模块进行工作。 2. 根据权利要求 1 所述的检测系统， 其特征在于， 所述负载模块由干阻式负载单元及 散热风机组成。 3. 根据权利要求 2 所述的检测系统， 其特征在于， 所述干阻式负载单元由不同档位的 干阻式负载子单元构成， 并由所述控制模块进行切换。 4. 根据权利要求 3 所述的检测系统， 其特征在于， 还包括直流接触器， 所述控制模块通 过所述控制直流接触器进行不同档位的干阻式负载子单元的投切。 5. 根据权利要求 1 所述的检测系统， 其特征在于， 所述采集模块包括 ： 用于采集所述负载电压。
5、的电压采集单元 ； 用于采集所述负载电流的电流采集单元 ； 用 于采集波纹因数的波纹采集单元以及用于采集正 / 负接地电压的接地电压采集单元。 6. 根据权利要求 5 所述的检测系统， 其特征在于， 所述采集模块还包括 ： 温度采集单元， 用于采集所述列车供电装置的负载柜温度 ； 信号调理单元， 用于将各种采集单元所采集的待测信号进行处理， 使其变成适用于检 测的信号。 7. 根据权利要求 5-6 任一项中所述的检测系统， 其特征在于， 所述波纹采集单元为高 通滤波电路。 8. 根据权利要求 5-6 任一项中所述的检测系统， 其特征在于， 所述接地电压采集单元 为漏电检测电路。 9.根据权利要。
6、求1-6任一项中所述的检测系统， 其特征在于， 所述控制模块包括CPU子 模块及与所述 CPU 子模块连接的 PLC 子模块。 10. 根据权利要求 9 所述的检测系统， 其特征在于， 还包括一显示模块， 用于显示所述 采集模块采集的各项参数以及所述分析模块分析的列车供电装置的故障信息。 权 利 要 求 书 CN 104090244 A 2 1/5 页 3 一种列车供电装置检测系统 技术领域 0001 本发明涉及列车供电装置检测领域， 特别涉及一种列车供电装置检测系统。 背景技术 0002 随着铁路车辆的快速发展， 旅客列车供电系统由大功率发电车集中供电方式逐渐 转向由机车集中整流， 客车分散。
7、逆变的 DC600V 供电系统的方向发展， 从而既提高了旅客列 车的运输能力和旅客乘车舒适度， 又达到了节能、 环保的目的。列车供电装置是 DC600V 供 电系统的重要组成部分， 供电装置能否正常运行直接影响到列车供电系统的可靠性和安全 性。因此， 保证列车供电装置的可靠运行质量， 对提高铁路客运服务质量、 保证旅客列车安 全、 舒适运行具有非常重要的意义。 0003 然而， 大多检测设备仅对电压、 电流、 功率进行检测， 仅通过这些参数不能完全判 断列车供电装置的状态。针对列车供电装置主电路的故障诊断的研究极少， 当主电路发生 故障时， 检测设备难以判断故障类别， 更不能准确定位故障发生的。
8、位置。 发明内容 0004 本发明是为了克服上述现有技术中无法对列车供电装置进行故障诊断的技术缺 陷， 发明了一种列车供电装置检测系统。 0005 为解决上述技术问题， 本发明提供了以下方案 ： 0006 一种列车供电装置检测系统， 包括 ： 负载模块， 为所述列车供电装置提供不同的负 载 ； 采集模块， 用于采集所述列车供电装置的负载电压、 正 / 负接地电压、 负载电流以及纹 波因数 ； 分析模块， 用于对负载电压进行小波包变换提取故障特征向量， 将提取的所述故障 特征向量输入最小二乘支持向量机进行列车供电装置故障的识别 ； 控制模块， 用于控制所 述负载模块、 采集模块以及分析模块进行工。
9、作。 0007 上述技术方案中， 所述负载模块由干阻式负载单元及散热风机组成。所述干阻式 负载单元由不同档位的干阻式负载子单元构成， 并由所述控制模块进行切换。还包括直流 接触器， 所述控制模块通过所述控制直流接触器进行不同档位的干阻式负载子单元的投 切。 0008 上述技术方案中， 所述采集模块包括 ： 用于采集所述负载电压的电压采集单元 ； 用于采集所述负载电流的电流采集单元 ； 用于采集波纹因数的波纹采集单元以及用于采集 正 / 负接地电压的接地电压采集单元 ； 以及温度采集单元， 用于采集所述列车供电装置的 负载柜温度 ； 及信号调理单元， 用于将各种采集单元所采集的待测信号进行处理，。
10、 使其变成 适用于检测的信号。 0009 上述技术方案中， 所述波纹采集单元为高通滤波电路。所述接地电压采集单元为 漏电检测电路。 0010 上述技术方案中， 所述控制模块包括 CPU 子模块及与所述 CPU 子模块连接的 PLC 子模块。 说 明 书 CN 104090244 A 3 2/5 页 4 0011 上述技术方案中， 还包括一显示模块， 用于显示所述采集模块采集的各项参数以 及所述分析模块分析的列车供电装置故障信息。 0012 与现有技术相比， 本发明具有如下有益效果 ： 0013 1. 本发明中的列车供电装置检测系统， 通过小波包变换对负载电压进行提取故障 特征向量， 以及通过最。
11、小二乘支持向量机进行列车供电装置故障的识别， 可识别出列车供 电装置的故障， 得出故障诊断结果。 0014 2. 通过控制模块控制采集模块进行采集各类参数， 对各类参数的检测， 可提高列 车供电装置的性能 ； 0015 3. 使用干阻式负载， 占地面积小， 对环境无污染。 附图说明 0016 图 1 是本发明列车供电装置检测系统结构示意图 ； 0017 图 2 是本发明列车供电装置漏电检测示意图。 具体实施方式 0018 下面结合附图， 对本发明的一个具体实施方式进行详细描述， 但应当理解本发明 的保护范围并不受具体实施方式的限制。 0019 除非另有其它明确表示， 否则在整个说明书和权利要求。
12、书中， 术语 “包括” 或其变 换如 “包含” 或 “包括有” 等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分， 而并未排除其它 元件或其它组成部分。 0020 如图 1 所示， 根据本发明具体实施方式的列车供电装置检测系统， 包括 ： 负载模块 50、 采集模块 20、 分析模块 40 以及控制模块 30 ； 0021 负载模块50为列车供电装置10提供不同的负载 ； 负载模块50由干阻式负载单元 501及散热风机502组成。 干阻式负载单元501由不同档位的干阻式负载子单元构成， 以及 还包括直流接触器， 控制模块 30 通过控制直流接触器进行不同档位的干阻式负载子单元 的投切， 即负载的阻值变。
13、化通过若干个直流接触器的通断和逐步改变干阻式负载子单元的 串并联方式来实现 ； 使用干阻式负载占地面积小， 对环境无污染， 不会对操作人员的健康产 生影响。 0022 采集模块 20 包括电压采集单元 201、 电流采集单元 202、 温度采集单元 205、 波纹 采集单元 203 以及接地电压采集单元 204 ； 电压采集单元 201 为电压传感器， 电流采集单元 202 为电流传感器， 温度采集单元 205 为温度传感器， 通过上述单元， 分别采集列车供电装 置的负载电压、 负载电流、 负载柜温度、 波纹因数及正 / 负接地电压 ； 上述参数的采集， 分别 由控制模块 30 进行控制采集。。
14、以及上述参数采集后因是模拟信号， 不利于进行处理， 即， 还 包括一信号调理单元 206， 用于将各种采集单元所采集的待测模拟信号进行处理， 使其变成 适用于检测的数字信号。 0023 由于纹波信号相比直流电压， 其幅度较小， 为了提高对纹波信号的采样分辨率， 波 纹采集单元 203 采用高通滤波电路 ( 其采用的滤波器为二阶压控型巴特沃斯高通滤波器 ) 滤除直流电压信号， 对剩下的纹波信号进行放大， 并与直流电压一起输入有效值运算单元， 经过有效值运算后的两路直流信号进行计算二者的比值， 即可得到列车供电装置 10 输出 说 明 书 CN 104090244 A 4 3/5 页 5 电源的纹。
15、波因数。 0024 如图 2 所示， 接地电压采集单元采用漏电检测电路对正 / 负接地电压进行采集分 析， 列车供电装置的漏电检测电路由电压传感器 8、 空载电阻 R1， R2(4、 6)、 LC 滤波电路 3、 整 流电路 2、 变压器 1、 电源正线对地电阻 R地 +(9) 以及接地电阻 R3(7) 组成， 取空载电阻 R1， R2(4、 6)阻值为600， 接地电阻R3(7)阻值为750， 列车供电装置电源为UDC为600V， 检测 R1， R2(7) 的中点电阻 RB(5),UB为 RB(5) 的电压， IR3为流经 R3(7) 的电流， U地 +为 R地 +(9) 的 电压， 可以分。
16、析得到 ： 0025 0026 0027 0028 U地 + R地 +IR3 (4) 0029 由式 (1)、 (2)、 (3)、 (4) 整理后可推导得 ： 0030 0031 当 R地 + 2000 时， 由推导式 (5) 可计算得 ： U地 + 196.8V。 0032 当 R地 + 900 时， 由推导式 (5) 可计算得 ： U地 + 138.4V。 0033 由以上分析计算可知， 列车供电装置干线线间电压 UDC 600V， 当正线对地电压 U 地 + 197V 时， 绝缘检测保护必须不动作 ； 当 U地 + 138.4V 时， 绝缘监测保护单元一定动 作。当列车供电装置干线线间电。
17、压在 DC560V DC660V 范围波动时， 根据上述计算方法得 出的正线对地电压 U地 +的数值也按一定规律跟随变化。检测系统即根据此原理， 分别监测 正、 负电压对接电压 U地 +的数值， 便可检测出列车供电装置正、 负线对地漏电的情况以及绝 缘检测保护电路是否正常工作。 0034 通过控制模块10控制采集模块20进行采集各类参数， 对各类参数的检测， 可提高 列车供电装置10的性能， 以及提高列车供电装置10各项参数检测的效率， 检测系统通过对 试验过程进行自动控制， 缩短了周期， 减小了机车检修难度， 提高了列车供电装置 10 的可 靠性和安全性， 改变了库内试验只能记录机车空载时输。
18、出电压的现状， 与部分干阻式负载 设备相比， 采用与控制模块 30 相结合的方式， 使控制电路更简单， 可操作性与可维护性更 好。 0035 当列车供电装置 10 主电路发生故障时， 其输出电压相频特性与幅频特性都有明 显的变化。 以幅频特性而言， 由于系统故障对频率成分的抵制和加强作用发生变化， 它会对 某些频率成分有抵制作用， 而对另外一部分频率成分有加强的作用。列车供电装置主电路 发生故障时和正常状态下的输出相对比， 相同频带所包含的能量会有较大的差别， 部分频 说 明 书 CN 104090244 A 5 4/5 页 6 带所含的能量降低了， 而相应地另外一部分频带所含能量增加了。 因。
19、此， 频带所含的能量包 含着丰富的故障信息， 频带能量的变化即可表示系统某种故障状态。 0036 本发明实施例利用了 “能量即故障” 的思想对列车供电装置主电路进行故障特征 的识别。 “能量即故障” 的识别方法不需要系统的模型结构， 而是直接对负载电压信号采 用局部细节分析能力很强的小波包变换进行能量提取， 得到列车供电装置主电路的故障特 征， 再利用最小二乘支持向量机对故障特征进行识别。分析模块 40 将列车供电装置主电路 输出的负载电压信号进行三层小波包变换， 以小波包分解得到的第三层各节点的小波包能 量系数作为特征向量， 输入到最小二乘支持向量机分类器中进行故障识别， 进而得出诊断 结论。
20、。 0037 采用小波包变换和最小二乘支持向量机相结合的故障诊断方法对列车供电装置 主电路常见故障进行诊断， 其具体操作方法为 ： 首先， 分析模块40采用db5共扼正交滤波器 组对每种故障电压信号进行三层正交小波包变换， 将信号频率在 1000Hz 内分成 8 个频段， 每个频段的宽度为 125Hz， 如表 1 所示， 并根据第一频段的能量的大小不同将所有故障类型 划分为两大类故障类型， 其余 7 个频段的能量经过归一化处理后， 组成一个七维特征向量， 可大幅度地减少最小二乘支持向量的分类器， 提高了故障分类速度。 其次， 在提取特征向量 的基础上， 将七维特征向量样本组成训练样本， 输入最。
21、小二乘支持向量机进行故障特征识 别的训练。最小二乘支持向量机分类器设计采用有向无环型分类算法构造两类分类器， 并 采用高斯 RBF 核函数， 其惩罚因子 C 10， 核参数 2 25。通过最小二乘支持向量机分 类器中进行的故障识别， 进而得出诊断结论。 0038 表 1 信号的频率范围 0039 0040 上述负载模块 50、 采集模块 20 以及分析模块 40 的工作进程， 均由控制模块 30 进 行控制， 该控制模块 30 包括 CPU 子模块 301 及与 CPU 子模块 301 连接的 PLC 子模块 302 ； 使控制电路更简单， 可操作性与可维护性更好。 以及还包括一显示模块60，。
22、 用于显示所述采 集模块采集 20 的各项参数以及所述分析模块 40 分析的列车供电装置 10 故障信息。 0041 使用时， 检测系统通过电力连接器与列车供电装置 10 相连接， 然后开始对负载进 行供电， 负载大小的投切通过控制模块30来实现， 显示模块60将检测过程的相关参数实时 显示， 并可绘制负载电压、 负载电流、 纹波因数等曲线。当列车供电装置 10 出现故障时， 对 输出电压信号 ( 即负载电压 ) 进行分析实现主电路故障诊断， 得到故障分析结果和故障趋 势。 0042 检测系统实现多档试验负载投切， 对主回路的负载电压、 负载电流、 纹波因数和正 / 负线接地电压、 负载柜温度。
23、等参数进行检测， 并实现对数据进行分析处理， 参数实时显示、 绘制曲线、 主电路故障分析等功能。 为各机务段列车供电装置库内和出库试验提供了科学、 高效的检测设备， 能够更全面地检测出列车供电装置的各项性能， 解决了原有列车供电装 置检测效率低， 检测准确度不高， 主电路故障难以定位等问题。 说 明 书 CN 104090244 A 6 5/5 页 7 0043 最后应说明的是 ： 以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术 方案 ； 因此， 尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明， 但是， 本 领域的普通技术人员应当理解， 仍然可以对本发明进行修改或等同替换 ； 而一切不脱离本 发明的精神和范围的技术方案及其改进， 其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。 说 明 书 CN 104090244 A 7 1/1 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104090244 A 8 。