动车组高压箱放电预警装置及动车组的制作方法

本发明属于放电检测技术领域，尤其涉及一种动车组高压箱放电预警装置及动车组。

背景技术：

随着动车组快速发展，智能装备越来越多，高压箱作为动车组电能供应的核心设备，其运行状态决定了动车组运行安全和可靠性。高压箱内高压部件工作时，受绝缘材料制造工艺及环境因素限制，容易出现高压箱内电气设备放电和闪烁现象，这种现象不会直接引发绝缘事故，但是会加速高压部件的绝缘老化，降低电气部件的绝缘性能，因此必须及时发现和排除。

目前对高压箱内高压电器设备的检测通常采用高压故障发生后更换故障件的方式，导致不能及时发现故障，降低动车组高压箱内高压部件的运行可靠性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种动车组高压箱放电预警装置及动车组，旨在解决现有技术中不能及时发现高压箱内高压电器设备的故障，降低动车组高压箱内高压部件的运行可靠性的问题。

为实现上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种动车组高压箱放电预警装置，包括：设置在动车组高压箱内的感应模块和放电预警模块；

所述感应模块与所述放电预警模块连接，用于感应所述高压箱内电场信号，并将所述电场信号发送给所述放电预警模块；

所述放电预警模块还连接所述动车组的电源，用于接收所述电场信号，并在所述电场信号的电平高于基准电压的电平时输出报警信号。

作为本申请另一实施例，所述感应模块包括感应器，所述感应器包括感应盘、支撑架、螺母、第一螺栓以及传输线缆；

所述感应盘的正面用于感应所述高压箱内电场信号；

所述支撑架设置在所述感应盘的背面，用于与所述高压箱内的底板固定连接；

所述第一螺栓设置在所述感应盘的背面，用于通过配合的所述螺母固定所述传输线缆的一端，使所述电场信号通过所述连接线传输。

作为本申请另一实施例，所述感应盘为正面是凸型面的圆盘；

所述感应盘的材料为铝。

作为本申请另一实施例，所述支撑架上设置至少一个通孔，所述通孔用于通过第二螺栓将所述支撑架与所述高压箱内的底板固定连接；

所述支撑架的材料为绝缘材料。

作为本申请另一实施例，所述放电预警模块包括放电预警外壳以及设置在所述放电预警外壳内的放电预警电路；

所述放电预警电路包括：第一接线端子、预警控制芯片、电容c1、电阻r1、电容c2、电压转换芯片、电阻r2、继电器、发光二极管以及第二接线端子；

所述第一接线端子的第一端子连接所述预警控制芯片的电压设置引脚；所述第一接线端子的第二端子接地；

所述电容c1的一端以及所述电阻r1的一端分别连接在所述第一接线端子的第一端子与所述预警控制芯片的电压设置引脚之间；所述电容c1的另一端连接所述第一接线端子的第二端子后接地；所述电阻r1的另一端连接所述预警控制芯片的模拟信号地引脚；所述电容c2的一端连接在所述电容c1的另一端后接地，所述电容c2的另一端连接所述预警控制芯片的外接电容引脚连接；

所述预警控制芯片的模拟信号电源引脚连接所述电压转换芯片后与所述第二接线端子的电源输入端子连接；

所述预警控制芯片的稳压输出引脚连接所述电阻r2的一端以及所述继电器的一端；

所述预警控制芯片的led闪烁驱动引脚连接所述发光二极管的阳极端，所述发光二极管的阴极端连接所述电阻r2的另一端；

所述预警控制芯片的高/低电平逻辑输出引脚连接所述继电器的另一端；

所述继电器的常开触点的动端连接所述第二接线端子的常开输出端子；

所述继电器的常闭触点的动端连接所述第二接线端子的常闭输出端子；

所述继电器的常开触点的固定端和所述继电器的常闭触点的固定端连接后与所述第二接线端子的正极性电源端子连接；

所述第二接线端子的接地端子接地。

作为本申请另一实施例，所述放电预警电路还包括：电容c3、保险管、压敏电阻y；

所述电容c3的一端连接在所述预警控制芯片的模拟信号电源引脚与所述电压转换芯片的电压输入引脚之间，所述电容c3的另一端接地；

所述保险管的一端连接所述电压转换芯片的电压输出引脚，所述保险管的另一端连接所述第二接线端子的电源输入端子；所述电压转换芯片的接地端接地；

所述压敏电阻y的一端连接在所述电压转换芯片的电压输出引脚与所述保险管的一端之间，所述压敏电阻y的另一端接地。

作为本申请另一实施例，所述预警控制芯片包括：左比较器、右比较器、基准电压生成器、震荡器、反相器、第一三极管、电阻r3、电阻r4、第二三极管、第三三极管以及第四三极管；

所述左比较器的正输入端连接所述预警控制芯片的电压设置引脚，所述左比较器的负输入端分别连接所述基准电压生成器的输出端以及所述右比较器的负输入端，所述左比较器的输出端分别连接所述震荡器的第一输入端以及所述反相器的输入端；

所述右比较器的正输入端连接所述电阻r3的一端和所述电阻r4的一端后空置；所述右比较器的输出端连接所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极连接所述第一三极管的集电极后连接预警控制芯片的模拟信号电源引脚，所述第二三极管的发射极连接所述第一三极管的基极，所述第一三极管的发射极分别连接所述预警控制芯片的稳压输出引脚和所述电阻r3的另一端，所述电阻r4的另一端接地；

所述基准电压生成器的输入端连接所述预警控制芯片的模拟信号地引脚后接地；

所述震荡器的第二输入端连接所述预警控制芯片的外接电容引脚，所述震荡器的输出端连接所述第三三极管的基极，所述第三三极管的集电极连接所述预警控制芯片的led闪烁驱动引脚，所述第三三极管的发射极接地；

所述反向器的输出端连接所述第四三极管的基极，所述第四三极管的集电极连接所述预警控制芯片的高/低电平逻辑引脚，所述第四三极管的发射极接地。

作为本申请另一实施例，所述放电预警外壳包括外壳主板、三个安装侧板和第三螺栓；

所述外壳主板上用于设置所述放电预警电路；

三个安装侧板分别设置在所述外壳主板的左侧、右侧和下端，左侧安装侧板和右侧安装侧板与所述外壳主板在同一平面，下端安装侧板与所述外壳主板垂直设置，且所述左侧安装侧板和所述右侧安装侧板上设置至少一个安装孔，下端安装侧板上分别设置第一接线端子安装孔和第二接线端子安装孔；

所述第三螺栓设置在所述下端安装侧板上背离所述外壳主板的一侧，用于接地。

作为本申请另一实施例，所述第一接线端子和所述第二接线端子对应设置在所述第一接线端子安装孔和第二接线端子安装孔，且所述第一接线端子的第一端子还通过所述传输线缆的另一端连接所述第一螺栓，所述第一接线端子的第二端子还连接动车组接地端。

本发明实施例的第二方面提供了一种动车组，包括：采用上述任一实施例所述的动车组高压箱放电预警装置。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过在在动车组高压箱内的设置感应模块和放电预警模块，感应模块和放电预警模块通过传输电缆连接，使得感应模块可以感应高压箱内异常放电产生的电场信号，通过传输电缆传输给放电预警模块，放电预警模块通过接收的电场信号与基准电压进行比较，在所述电场信号的电平高于基准电压的电平时输出报警信号，从而及时发现高压箱内高压电器设备的故障，进行及时维修，提高动车组高压箱内高压部件的运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的动车组高压箱放电预警装置的示意图；

图2是本发明实施例提供的高压箱的示意图；

图3是本发明实施例提供的感应模块的示意图；

图4是本发明实施例提供的放电预警电路的示例图；

图5是本发明实施例提供的预警控制芯片的示意图；

图6是本发明实施例提供的放电预警外壳的正视图；

图7是本发明实施例提供的放电预警外壳的仰视图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本发明实施例提供的一种动车组高压箱放电预警装置的示意图，可以包括：设置在动车组高压箱100内的感应模块200和放电预警模块300；

所述感应模块200与所述放电预警模块300连接，用于感应所述高压箱100内电场信号，并将所述电场信号发送给所述放电预警模块300；

所述放电预警模块300用于接收所述电场信号，并在所述电场信号的电平高于基准电压的电平时输出报警信号。

在本实施例中，如图2所示，高压箱100内设置底板绝缘板101、连接插头102、接地开关103、避雷器104、绝缘子支架105、隔离开关支撑106、隔离开关刀闸107、第一绝缘子108、第二绝缘子109、电压互感器110、第三绝缘子111、主断路器112和第四绝缘子113，高压箱100内的设备与现有技术中的一致，在本实施例中不再详细描述。

需要说明的是，感应模块200可以设置在高压箱100内的中间位置，以便可以精确测量高压箱100内电场信号，例如感应模块200可以设置在高压箱100内隔离开关刀闸107和主断路器112之间。

放电预警模块300可以设置在高压箱100内的侧壁上，为了减少所述感应模块200与所述放电预警模块300之间连接采用的传输电缆，可以设置在感应模块200的上端或者下端。图2中，放电预警模块300可以设置在高压箱100内的上侧壁。

可选的，如图3所示，所述感应模块200包括感应器，所述感应器包括感应盘201、支撑架202、螺母203、第一螺栓204以及传输线缆205；

所述感应盘201的正面用于感应所述高压箱内电场信号；

所述支撑架202设置在所述感应盘201的背面，用于与所述高压箱100内的底板固定连接；

所述第一螺栓204设置在所述感应盘201的背面，用于通过配合的所述螺母203固定所述传输线缆205的一端，使所述电场信号通过所述连接线传输。

如图3所示，所述感应盘201为正面是凸型面的圆盘；

所述感应盘201的材料为铝。

可选的，感应盘201的直径可以为50mm，厚度可以为1.5mm。

如图3所示，所述支撑架202上设置至少一个通孔206，所述通孔206用于通过第二螺栓将所述支撑架202与所述高压箱100内的底板固定连接；

所述支撑架202的材料为绝缘材料。

需要说明的是，高压箱100内的底板为绝缘底板，这样支撑架202隔离感应盘201，使感应盘201与高压箱100之间相互绝对绝缘，提高感应模块的测量精度。

可选的，支撑架202的通孔206可以为直径为6mm的圆形孔。在本实施例中不限定通孔的数量，以稳定连接为准，例如可以设置两个通孔、三个通孔等。

可选的，第一螺栓204可以为m4螺栓，其通过配合的所述螺母203紧固平垫圈和弹簧垫圈接触后使感应信号通过传输线缆205有效传输。

由于高压箱内高压设备异常放电会产生电晕放电现象，电晕放电现象是高压部件带电体表面在气体介质中出现局部电离激发过程，电极之间并未击穿或导通而出现的自持放电电场中，在空气间隙完全击穿之前，大曲率附近会发生电晕放电。电晕放电形成机制是由电场中气体击穿的发展过程，初始电子崩只能在大曲率电极附近很小范围内发展，放电自持时形成的流柱也不能贯穿整个间隙。这时放电虽然进入自持阶段，但电离区只限于大曲率附近很小范围，因此间隙尚未击穿。达到自持放电后，只是在大曲率附近出现薄薄的紫色晕光层，电流虽较前突增，但仍然很小，间隙没有击穿。电晕放电的安伏特性是上升的，随着电压增高，电晕层不断扩大，电晕电流也随之增大，高压箱内产生的电荷集聚量也随之增加。所以通过监测高压箱内部的电荷信号集聚量强度，就能够感知预测高压箱内各部件的局部放电现象的发生。

当高压箱内电荷量集聚到一定数量级时，在高压箱空间形成电场。采用感应模块感知高压箱内电场，监测高压箱空间内电场的变化并加以识别。通常正常状态下高压箱内平均场强为150v/m，而电场的产生是有规律的，当电场强急剧增长达到设置阀值时，感应模块感应到的高压箱实际场强信号输入放电预警模块，在所述电场信号的电平高于基准电压的电平时输出报警信号，此时表明高压箱内部件存在放电现象发生，需要及时处置以免事故扩大。

可选的，所述放电预警模块300包括放电预警外壳301以及设置在所述放电预警外壳301内的放电预警电路302；

如图4所示，所述放电预警电路302可以包括：第一接线端子x1、预警控制芯片u1、电容c1、电阻r1、电容c2、电压转换芯片u2、电阻r2、继电器kt、发光二极管led以及第二接线端子x2；

所述第一接线端子x1的第一端子连接所述预警控制芯片u1的电压设置引脚；所述第一接线端子x1的第二端子接地。

所述电容c1的一端以及所述电阻r1的一端分别连接在所述第一接线端子x1的第一端子与所述预警控制芯片u1的电压设置引脚之间；所述电容c1的另一端连接所述第一接线端子x1的第二端子后接地；所述电阻r1的另一端连接所述预警控制芯片u1的模拟信号地引脚；所述电容c2的一端连接在所述电容c1的另一端后接地，所述电容c2的另一端连接所述预警控制芯片u1的外接电容引脚连接；

所述预警控制芯片的模拟信号电源引脚(即vcc引脚)连接所述电压转换芯片u2后与所述第二接线端子x2的电源输入端子连接；

所述预警控制芯片u1的稳压电压输出引脚连接所述电阻r2的一端以及所述继电器的一端；

所述预警控制芯片u1的led闪烁驱动引脚连接所述发光二极管led的阳极端，所述发光二极管led的阴极端连接所述电阻r2的另一端；

所述预警控制芯片u1的高/低点评逻辑输出引脚连接所述继电器kt的另一端；

所述继电器kt的常开触点的动端连接所述第二接线端子x2的常开输出端子；

所述继电器kt的常闭触点的动端连接所述第二接线端子x2的常闭输出端子；

所述继电器kt的常开触点的固定端和所述继电器kt的常闭触点的固定端连接后与所述第二接线端子x2的正极性电源端子连接；

所述第二接线端子x2的接地端子接地。

可选的，如图4所示，所述放电预警电路302还可以包括：电容c3、保险管fu、压敏电阻y；

所述电容c3的一端连接在所述预警控制芯片u1的模拟信号电源引脚与所述电压转换芯片u2的电压输入引脚之间，所述电容c3的另一端接地；

所述保险管fu的一端连接所述电压转换芯片u2的电压输出引脚，所述保险管fu的另一端连接所述第二接线端子x2的电源输入端子；所述电压转换芯片u2的接地端接地；

所述压敏电阻y的一端连接在所述电压转换芯片u2的电压输出引脚与所述保险管fu的一端之间，所述压敏电阻y的另一端接地。

在本实施例中，保险管fu主要是保护放电预警电路，防止过流或短路发生对整个放电预警电路造成影响。

压敏电阻y1主要作用是保护装置，预防第一接线端子x1的电源输入端子输入的dc110v电源的浪涌、过压等异常状态下对动车组高压箱放电预警装置造成损坏。

可选的，第二接线端子x2的电源输入端子输入的电源为经主机插头接入的dc110v的电源，电压转换芯片u2可以将第二接线端子x2的电源输入端子输入的dc110v电源转换为稳定的dc12v电压，为预警控制芯片提供稳定电源。

可选的，如图5所示，所述预警控制芯片u1可以包括：左比较器51、右比较器52、基准电压生成器53、震荡器54、反相器55、第一三极管q1、电阻r3、电阻r4、第二三极管q2、第三三极管q3以及第四三极管q4；

所述左比较器51的正输入端连接所述预警控制芯片u1的电压设置引脚，所述左比较器51的负输入端分别连接所述基准电压生成器53的输出端以及所述右比较器52的负输入端，所述左比较器51的输出端分别连接所述震荡器54的第一输入端以及所述反相器55的输入端；

所述右比较器52的正输入端连接所述电阻r3的一端和所述电阻r4的一端后空置；所述右比较器52的输出端连接所述第二三极管q2的基极，所述第二三极管q2的集电极连接所述第一三极管q1的集电极后连接预警控制芯片u1的模拟信号电源引脚，所述第二三极管q2的发射极连接所述第一三极管q1的基极，所述第一三极管q1的发射极分别连接所述预警控制芯片u1的稳压输出引脚和所述电阻r3的另一端，所述电阻r4的另一端接地；

所述基准电压生成器53的输入端连接所述预警控制芯片u1的模拟信号地引脚后接地；

所述震荡器54的第二输入端连接所述预警控制芯片u1的外接电容引脚，所述震荡器54的输出端连接所述第三三极管q3的基极，所述第三三极管q3的集电极连接所述预警控制芯片u1的led闪烁驱动引脚，所述第三三极管q3的发射极接地；

所述反向器55的输出端连接所述第四三极管q4的基极，所述第四三极管q4的集电极连接所述预警控制芯片u1的高/低电平逻辑输出引脚，所述第四三极管q4的发射极接地。

可选的，通过第一接线端子x1的第一引脚将感应模块200感应到的电场信号通过预警控制芯片u1的电压设置引脚输入左比较器51的正输入端，左比较器51的负输入端输入基准电压，当左比较器51的正输入端的输入电位高于基准电压时，左比较器51输出高电平，左比较器51的输出分为两路，一路控制震荡器54停振，于是震荡器54输出端为高电平，驱动电路的第三三极管q3饱和导通，预警控制芯片u1的led闪烁驱动脚输出为低电平，使负载得电工作，这里负载为发光二极管led，进行闪烁提示；另一路经反相器55反相后，输出低电平，使驱动电路第四三极管q4截止，预警控制芯片u1的高/低电平逻辑输出脚输出高电平继电器kt得电，继电器kt控制的常开触点闭合，常闭触点断开，使得控制信号通过第二接线端子x2传输到动车组的控制端，警示司机及时维修。

当左比较器51的正输入端的输入电位低于基准电压时，左比较器51输出低电平，震荡器54输出端为低电平，驱动电路的第三三极管q3截止，预警控制芯片u1的led闪烁驱动脚输出为高电平，使负载不工作，这里负载为发光二极管led，发光二极管不工作；另一路经反相器55反相后，输出高电平，使驱动电路第四三极管q4饱和导通，预警控制芯片u1的高/低电平逻辑输出脚输出低电平继电器kt失电，继电器kt控制的常开触点和常闭触点不变。

可选的，如图6和图7所示，图6为放电预警外壳的正视图，图7为放电预警外壳的仰视图，所述放电预警外壳301可以包括外壳主板3011、三个安装侧板和第三螺栓3012；三个安装侧板分别为左侧安装侧板3013、右侧安装侧板3014以及下端安装侧板3015；

所述外壳主板3011上用于设置所述放电预警电路302；

三个安装侧板分别设置在所述外壳主板3011的左侧、右侧和下端，左侧安装侧板3013和右侧安装侧板3014与所述外壳主板3011在同一平面，下端安装侧板3015与所述外壳主板3011垂直设置，且所述左侧安装侧板3013和所述右侧安装侧板3014上设置至少一个安装孔，下端安装侧板3015上分别设置第一接线端子安装孔和第二接线端子安装孔；

所述第三螺栓3012设置在所述下端安装侧板3015上背离所述外壳主板的一侧，用于通过接地线接地。

所述第一接线端子x1和所述第二接线端子x2对应设置在所述第一接线端子安装孔和第二接线端子安装孔，且所述第一接线端子x1的第一端子还通过所述传输线缆205的另一端连接所述第一螺栓204，以便将感应模块200感应到的电场信号通过传输新兰205传输给第一接线端子x1，再通过第一接线端子x1的第一端子输入放电预警电路302中。所述第一接线端子x1的第二端子还连接动车组接地端。

这里第一接线端子x1的第二端子可以与高压箱外壳连接，实现与动车组接地端连接。

需要说明的是，第二接线端子x2还与动车组的控制端连接，在本实施例中不具体限定。

可选的，所述外壳主板3011可以为长75mm，宽55mm、高25mm的铝制外壳。放电预警装置外壳301两侧设计的左侧安装侧板3013、右侧安装侧板3014分别为宽为10mm的安装侧板，每个安装侧板平面上设计有两个直径为5.5mm，长度为8mm的长圆形孔，用于将m5螺栓置于瞳孔内，安装平垫圈和弹簧垫圈，使用配合的m5螺母将将放电预警装置外壳301的固定到高压箱100内。

第一接线端子安装孔和第二接线端子安装孔可以根据第一接线端子和第二接线端子的尺寸进行对应设置，在本实施例中不限定第一接线端子安装孔和第二接线端子安装孔的尺寸。

第三螺栓3012可以为直径为5mm接地螺栓，通过接地线将放电预警电路300与高压箱100连接，使放电预警电路300、高压箱100及动车组车体始终保持等电位连接。

上述动车组高压箱放电预警装置，通过在在动车组高压箱内的设置感应模块和放电预警模块，感应模块和放电预警模块通过传输电缆连接，使得感应模块可以感应高压箱内异常放电产生的电场信号，通过传输电缆传输给放电预警模块，放电预警模块通过接收的电场信号与基准电压进行比较，在所述电场信号的电平高于基准电压的电平时输出报警信号，从而及时发现高压箱内高压电器设备的故障，进行及时维修，提高动车组高压箱内高压部件的运行可靠性。

在本实施例中还提供一种动车组，采用上述任一实施例所述的动车组高压箱放电预警装置，并且具有上述任一实施例所述的动车组高压箱放电预警装置所带来的有益效果。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。