助航灯光回路监控系统、方法及相关装置、设备与流程

1.本发明涉及机场助航灯监控技术领域，尤其涉及一种助航灯回路监控系统、方法及绝缘电阻故障定位设备、信号耦合装置、隔离变压器设备。


背景技术：

2.机场助航灯光系统作为保障飞机在夜间、低能见度或者其它复杂运行条件下进行正常起飞、着陆、滑行的必要目视助航系统，其运行状况直接关系到飞机起降安全，是保障机场安全运行的重要基础设施之一。
3.机场助航灯光系统最典型的故障为助航灯光回路出现单点接地或多点接地。当助航灯光回路出现多点接地时，在两个接地点之间的灯具会出现亮度下降或完全熄灭的现象，影响航班正常运行；当助航灯光回路出现单点接地时，虽不影响助航灯光回路中的灯具正常亮灭状态，但若不及时发现单点接地故障，会造成大量能源损耗，存在安全隐患，增加多点接地的风险。
4.目前机场广泛采用在线绝缘电阻检测手段进行助航灯光回路故障检测，在线绝缘电阻检测是在每条助航灯光回路的供电设备上增加一个绝缘电阻在线监测设备，该绝缘电阻在线监测设备向助航灯光回路的供电导体及其屏蔽层之间上施加高压，通过回读采样电压值和/或电流值，计算得到助航灯光回路的绝缘电阻值，进而判断助航灯光回路是否存在故障。但这种方法只能判定出助航灯光回路上有无故障，无法准确定位故障点的具体位置，导致机场维护难度大、成本较高，影响机场航班正常运行。
5.随着民航领域的快速发展，机场助航灯光系统还需要满足a-smgcs(先进机场场面引导与控制系统)的使用需求，即需要对助航灯光回路中的每一个灯具实现单独的亮灭控制，利用助航灯光的点亮或熄灭，实现对航空器的滑行引导，提升机场运行的安全裕度和机场的运行效率，带给乘客更加舒适的乘机体验。
6.常见的单灯具控制方法是基于电力线载波通信技术实现的。电力线载波通信按照其通信频带又分为窄带电力载波技术和宽带电力载波技术，窄带电力载波技术因其信号可以跨越助航灯光回路隔离变压器，无需增加额外的设备即可实现数据的传输，但受助航灯光回路传输介质的时变性、隔离变压器老化等因素的影响，加之其带宽小时延高，无法满足灯光引导的需求，限制了其进一步的推广应用；宽带电力载波可有效解决窄带电力载波的缺点，但是采用宽带电力线载波通信技术，通常需要在助航灯光回路上增加信号耦合单元，以实现电力载波信号的传输。信号耦合单元作为新增的回路断点，增加了助航灯光回路的绝缘电阻下降的风险；另外，信号耦合单元的自身故障也会导致助航灯光回路的绝缘阻值下降。因此，针对上述基于宽带电力线载波通信技术实现单灯具控制的方案，不仅存在无法定位故障点的问题，还提高故障风险，增加了机场维护工作量和运维成本。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供一种助航灯光回路监控系统、方法及故障定位装置、信号耦
合装置、隔离变压器设备，至少部分解决现有技术中存在的问题。
8.第一方面，本发明实施例提供一种信号耦合装置，应用于机场助航灯光回路监控系统，与助航灯光回路中的灯具一一对应，所述信号耦合装置包括：
9.第一信号耦合模块，用于所述助航灯光回路的电缆与对应灯具的单灯控制模块之间电力载波信号耦合；
10.第二信号耦合模块，用于所述电缆上的电力载波信号耦合；
11.故障定位检测模块，与所述第二信号耦合模块并联，用于对所述电缆上的电信号进行采样，并将采样电信号输出至所述单灯控制模块。
12.可选地，所述故障定位检测模块包括：信号采样子模块和信号调理子模块。
13.可选地，所述信号采样子模块包括第一电阻、第二电阻、第一电感和第二电感；
14.所述第一电感、第二电阻和第二电感依次串接在所述电缆上；
15.所述第一电阻与串接的所述第一电感、第二电阻和第二电感并联；
16.所述信号放大子模块与所述第二电阻并联。
17.可选地，所述信号调理子模块包括隔离差分运算放大器。
18.可选地，所述隔离差分运算放大器由所述单灯控制模块供电。
19.第二方面，本发明实施例提供一种隔离变压器设备，包括：
20.壳体，内置于所述壳体的信号耦合装置、单灯控制模块和隔离变压器；
21.所述信号耦合装置的结构如第一方面任一实施例所述。
22.第三方面，本发明实施例提供一种绝缘电阻故障定位设备，所述故障定位设备包括通信模块、存储器和处理器；
23.所述通信模块用于接收第二电力载波信号，所述第二电力载波信号由助航灯光回路监控系统中的单灯控制模块根据电缆上的采样电信号生成；
24.所述存储器用于实现绝缘电阻故障定位的程序；
25.所述处理器用于调用所述程序，执行如下操作：
26.根据所述第二电力载波信号进行所述助航灯光回路的故障点定位。
27.第四方面，本发明实施例提供一种助航灯监控系统，包括绝缘电阻在线监测设备、绝缘电阻故障定位设备、主信号耦合设备、信号处理设备、与助航灯光回路中的灯具一一对应的多个隔离变压器、与助航灯光回路中的灯具一一对应的多个信号耦合装置和与助航灯光回路中的灯具一一对应的多个单灯控制模块；
28.所述绝缘电阻在线监测设备用于向所述助航灯光回路施加激励信号，以便进行绝缘电阻监测；
29.所述主信号耦合设备与所述信号处理设备、所述绝缘电阻故障定位设备连接，且与所述助航灯光回路连接，用于转发所述信号处理设备与所述单灯控制模块之间的第一电力载波信号，以及所述绝缘电阻故障定位设备与所述单灯控制模块之间的第二电力载波信号；
30.所述信号处理设备用于发送第一电力载波信号，所述第一电力载波信号用于对所述灯具进行控制；
31.所述绝缘电阻故障定位设备用于接收第二电力载波信号，并根据所述第二电力载波信号进行所述助航灯光回路的故障点定位；
32.所述信号耦合装置的结构如第一方面任一实施例所述，且每个所述信号耦合装置和对应的隔离变压器依次串接于所述助航灯回路的电缆；
33.所述单灯控制模块用于根据所述故障定位检测模块输出的采样电信号生成第二电力载波信号。
34.可选地，所述绝缘电阻在线监测设备还用于监测所述助航灯光回路中的绝缘电阻阻值是否满足故障条件，在监测到绝缘电阻阻值满足故障条件的情况下，所述绝缘电阻故障定位设备根据所述第二电力载波信号进行所述助航灯光回路的故障点定位。
35.可选地，所述绝缘电阻故障定位设备还用于监测所述助航灯光回路中的绝缘电阻阻值是否满足故障条件，在监测到绝缘电阻阻值满足故障条件的情况下，根据所述第二电力载波信号进行所述助航灯光回路的故障点定位。
36.可选地，所述绝缘电阻在线监测设备还用于监测所述助航灯光回路中的绝缘电阻阻值是否满足故障条件，在监测到绝缘电阻阻值满足故障条件的情况下，通过人机交互方式进行故障状态确认。
37.可选地，绝缘电阻阻值满足故障条件的情况包括以下至少一种：
38.绝缘电阻阻值发生变化；
39.绝缘电阻阻值小于运行规定值。
40.第五方面，本发明实施例提供一种助航灯监控方法，包括：
41.接收第二电力载波信号，所述第二电力载波信号由第三方面提供的实施例中所述的单灯控制模块产生；
42.根据所述第二电力载波信号进行所述助航灯光回路的故障点定位。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
44.图1为本发明实施例提供的助航灯监控系统及助航灯光系统示意图；
45.图2为本发明实施例提供的信号耦合装置电路结构示意图；
46.图3为本发明实施例提供的助航灯监控系统的简化示意图；
47.图4为本发明实施例提供的单点故障示意图；
48.图5为本发明实施例提供的两点故障示意图；
49.图6为本发明另一个实施例提供的助航灯监控系统示意图。
具体实施方式
50.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
51.需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
52.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构
及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
53.本发明实施例的目的在于：实现对助航灯光回路中每个灯具的单独控制(包括开、关、闪烁控制，还可以包括亮度调节控制)，并实现对助航灯回路的绝缘电阻定位监测。
54.本发明实施例中，助航灯系统包括：恒流调光器(ccr)和助航灯光回路。助航灯光回路包括：灯具、与灯具一一对应的多个隔离变压器以及串接各个隔离变压器的电缆。在本实施例中，电缆又称为一次缆。其中，电缆包括电缆主芯(即供电导体)和屏蔽层。
55.图1所示包括本发明实施例提供的助航灯监控系统及助航灯光系统。其中：
56.恒流调光器(ccr)100输出恒定的电流，依次流过电缆主芯400、隔离变压器502，再通过电缆主芯400回到恒流调光器100。绝缘电阻在线监测模块(imm)200集成在恒流调光器内部，它产生500vdc的高压，输出一端接电缆主芯400，另一端通过采样电阻与屏蔽层连接，从而实现整条回路的绝缘电阻测试。
57.恒流调光器的输出首先串接一个主信号耦合设备300。主信号耦合设备300一方面与整个系统的信号处理设备600进行连接，实现整个助航灯光回路的数据与该信号处理设备的交互，另一方面与助航灯光回路连接。
58.电缆主芯400在连接隔离变压器502之前，都要先串接一个信号耦合装置501，信号耦合装置501的信号线输出连接到单灯控制模块(ilc)503，隔离变压器502的输出连接到ilc503的输入侧，灯具504连接到ilc503的输出测，从而实现对每个灯具的控制。
59.本发明实施例提供的信号耦合装置，使整个助航灯监控系统同时具备单灯控制和助航灯光回路的故障精确定位的能力。本发明实施例提供的信号耦合装置和单灯监控模块均安装在隔离变压器设备内，每一个助航灯具安装一个耦合单元和一个单灯监控模块。
60.本发明实施例中，隔离变压器设备可以采用现有的现场隔离变压器桶。
61.应当指出的是，本发明实施例不限制信号耦合装置和单灯控制模块的具体安装位置，实际应用中，也可以将信号耦合装置和单灯控制模块设置在隔离变压器设备的外部。
62.如图2所示，本发明实施例提供的信号耦合装置包括：
63.第一信号耦合模块201，用于所述助航灯光回路的电缆与对应灯具的单灯控制模块之间电力载波信号耦合；第二信号耦合模块202，用于所述电缆上的电力载波信号耦合；故障定位检测模块，与所述第二信号耦合模块202并联，用于对所述电缆上的电信号进行采样，并将采样电信号输出至所述单灯控制模块。
64.其中，第一信号耦合模块201具体包括：耦合电容。更进一步的，第一信号耦合模块201包括第一耦合电容c1和第二耦合电容c2。可选的，第一信号耦合模块201还可以包括第一熔断保护装置f1，用于响应电路故障进行熔断保护。可选的，第一信号耦合模块201还可以包括信号隔离变压器t1，用于耦合电缆主芯、屏蔽层与ilc之间的电力载波信号，隔离共模信号。信号隔离变压器t1的原边连接屏蔽层与第二耦合电容c2，信号隔离变压器t1的副边连接ilc。
65.如图2所示，第二信号耦合模块202具体包括：第三耦合电容c3。可选的，第二信号
耦合模块202还包括第二熔断保护装置f2，用于响应电路故障进行熔断保护。
66.所述故障定位检测模块可以包括：信号采样子模块203和信号调理子模块204。
67.可选的，如图2所示，所述信号采样子模块203包括第一电阻r3、第一电感l1和第二电感l2、第二电阻r1、第三电阻r2、第4电容c4、第一瞬态抑制管cr1；所述第一电感l1、第三电阻r2串联，第二电感l2、第二电阻r1串联，分别并联连接到所述电缆主芯上；信号调理子模块204u1与所述第二电阻并联。
68.可选的，如图2所示，所述信号调理子模块u1为两级放大网络，实现对采样信号的放大和有源滤波。信号调理子模块u1可以是隔离低噪声运算放大器，也可以是高精度低噪运算放大器。若采用隔离低噪声运算放大器，则可以包括隔离差分运算放大器。
69.本发明实施例中，由ilc为信号调理子模块u1提供专用的隔离电源。
70.在电缆主芯上增加电流采样电阻r3，同时在电阻r3两端分别依次连接l1、r2、l2、r1、c4、cr1和u1，当助航灯光回路正常工作时，因l1和l2选取合适的值，在50hz下阻抗无穷大，可滤除50hz工频电源在采样电阻r3上产生的干扰信号，恒流调光器的输出通过电缆主芯流经采样电阻r3，再经过电缆主芯到下一个隔离变压器桶；当绝缘电阻在线监测设备输出500vdc测试电压时，500vdc的高压通过串联连接电阻r3再经过电缆主芯流经下一个信号耦合装置，正常工作情况下，测试电压在流经r3时会产生电压降，u1为隔离运算放大器，其输出通过信号线6连接到ilc，u1将r3上的电压放大到ilc的adc能识别的范围。
71.可选的，c4可进一步滤除外界噪声的干扰，保证采样的精度，cr1保护电路u1。
72.ilc通过电源线5为隔离差分运算放大器u1提供工作电源。
73.ilc包括adc、cpu和通信单元，adc将信号线6上的电压通过模数转换后，送入cpu进行处理，其结果通过通信单元输出至信号耦合装置的通信线缆4，上传到上述信号处理设备进行解析。
74.其中，绝缘电阻在线故障定位的原理如下：
75.图1所示电路，可简化为图3，即所有信号耦合装置通过电缆主芯串联，当助航灯光回路中无故障时，电缆主芯对地的阻抗无穷大，整条回路上没有测试电流，即每一个信号耦合装置处的测试电压相等，都为测试电压v，所有流经信号耦合单元2中的采样电阻r2的电流为0或一个非常小的值。
76.当回路中出现单点接地故障时，如图4所示，电缆主芯与地之间存在电阻r，当测试电压v依次通过信号耦合装置后，从电阻r处流回到电源的负极，从而形成完整回路，那么在流经信号耦合装置编号为1、2、3、4对应的第二电阻r2上将会产生电压降，由于流经编号5的信号耦合装置对地阻抗无穷大，因此测试电流不会经过编号为5的信号耦合装置，因此系统能准确定位出故障点在编号4和编号5之间的位置。
77.当回路中出现两点接地故障时，如5所示，在信号耦合装置4和5之间，绝缘电阻实测值为r’，在信号耦合装置5之后，实测绝缘电阻值为r”，测试电压在整个回路中产生的电流为i，流经电阻r’的电流为i2，流经电阻r”的电流为i1，则有i＝i1 i2。由上面分析可得，在位置1、2、3、4处，流经采样电阻的电流为i，通过信号耦合装置采集到的电压值相同，设为u1。而流经信号耦合装置5的电流为i1，通过信号耦合装置采集到的电压值，设为u2。显然由于i》i1,所以有u1》u2,因此系统可以判定在位置5处信号耦合装置两侧的电缆存在两点接地故障。
78.同理，系统中出现3个即以上的故障时，通过本发明的方法，均可实现故障位置的准确定位。
79.基于上述实现原理，本发明实施例还提供一种助航灯光回路监控系统，该系统包括：
80.绝缘电阻在线监测设备、绝缘电阻故障定位设备、主信号耦合设备、信号处理设备、与助航灯光回路中的灯具一一对应的多个隔离变压器、与助航灯光回路中的灯具一一对应的多个信号耦合装置和与助航灯光回路中的灯具一一对应的多个单灯控制模块；
81.所述绝缘电阻在线监测设备用于向所述助航灯光回路施加激励信号，以便进行绝缘电阻监测；
82.所述主信号耦合设备与所述信号处理设备、所述绝缘电阻故障定位设备连接，且与所述助航灯光回路连接，用于转发所述信号处理设备与所述单灯控制模块之间的第一电力载波信号，以及所述绝缘电阻故障定位设备与所述单灯控制模块之间的第二电力载波信号；
83.所述信号处理设备用于发送第一电力载波信号，所述第一电力载波信号用于对所述灯具进行控制；
84.所述绝缘电阻故障定位设备用于接收第二电力载波信号，并根据所述第二电力载波信号进行所述助航灯光回路的故障点定位；
85.所述信号耦合装置的结构如上所述，且每个所述信号耦合装置和对应的隔离变压器依次串接于所述助航灯回路的电缆；
86.所述单灯控制模块用于根据所述故障定位检测模块输出的采样电信号生成第二电力载波信号。
87.实际应用中，绝缘电阻故障定位设备与信号处理设备可以复用同一个物理设备。
88.实际应用中，绝缘电阻故障定位设备可以作为单独的物理设备，与绝缘电阻在线监测设备共同部署在恒流调光器中。
89.实际应用中，可以由绝缘电阻在线监测设备监测助航灯光回路中是否存在绝缘电阻变化或低于运行规定值，在确定存在绝缘电阻变化或低于运行规定值时，由绝缘电阻故障定位设备进行绝缘电阻故障定位(即故障点定位)；也可以由绝缘电阻故障定位设备直接进行故障点定位。
90.进一步的，在监测到绝缘电阻阻值满足故障条件的情况下，还可以由绝缘电阻在线监测设备通过人机交互方式进行故障状态确认。
91.基于以上实现原理，本发明实施例提供一种绝缘电阻故障定位设备，该设备包括通信模块、存储器和处理器。
92.其中，通信模块用于接收第二电力载波信号，第二电力载波信号由助航灯光回路监控系统中的单灯控制模块根据电缆上的采样电信号生成；存储器用于存储实现绝缘电阻故障定位的程序；处理器用于调用该程序，执行如下操作：根据所述第二电力载波信号进行所述助航灯光回路的故障点定位。具体故障定位原理请参见上述描述，此处不再赘述。
93.实际应用中，存储器中还可以存储用于实现灯具状态监测的程序和用于控制灯具状态(如亮、灭、闪烁)的控制程序。
94.相应的，本发明实施例提供一种助航灯监控方法，该方法应用于上述绝缘电阻故
障定位设备，该方法包括：
95.接收第二电力载波信号，该第二电力载波信号由上述的单灯控制模块产生；
96.根据所述第二电力载波信号进行所述助航灯光回路的故障点定位。
97.本发明另一个实施例提供的助航灯光回路监控系统如图6所示。在该实施例中，助航灯光回路系统作为外场设备，包括多个助航灯具，每个助航灯具均串接有ilc，ilc连接隔离变压器，隔离变压器连接信号耦合单元(即上述的信号耦合装置)，每个助航灯具对应的信号耦合单元串接在主线缆回路上。
98.主线缆回路连接调光器组，且串接主信号耦合设备(即图6中与主控制器单元连接的信号耦合单元)。主控制器单元、主信号耦合设备、调光器组以及系统控制及维护机柜设置于机房。
99.主控制器单元即上述的信号处理设备，用于向ilc发送灯光控制命令。上述的绝缘电阻在线监控装置以及绝缘电阻故障定位装置均部署在调光器组中。
100.机房中的设备通过光纤以太网与灯光站连接，以实现与灯光站设备的通信。
101.本发明实施例提供的系统、装置及方法至少具备以下有益效果：
102.1)能够不影响机场运行的条件下，在线精确定位绝缘电阻接地故障，具备实时监控助航灯光回路绝缘电阻及故障定位的能力，提升机场灯光回路维护效率，降低维护成本，同时也具备单灯监控的能力；
103.2)在不影响整个回路传输特性的同时，即可实现助航灯光的单灯控制功能，同时也具备绝缘电阻监测定位的能力。
104.3)本发明利用现行安装在恒流调光器内的在线绝缘电阻监测设备(imm)的高压输出作为测试激励，消除了在单灯监控模块(ilc)侧设置多个高压激励对系统及现场维护引入的安全隐患，不仅降低了成本，也不影响助航灯光回路原有阻抗特性。
105.4)本发明通过单灯监控模块(ilc)对采样信号进行采集、运算处理，通过现有数据传输通道，连同灯具工作状态，实时上报绝缘电阻阻值，方便用户分析、记录。
106.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。