高精度铁路信号电缆接地故障定位系统研制

作     者：余越 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘泽

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：铁路信号电缆 接地故障定位 直流电桥 交流电桥 模拟锁相放大器 数字锁相放大器 低通滤波器 

摘      要：铁路是国家交通大动脉,运营里程不断增加,电气化率也在不断提升。铁路信号电缆在信号设备和控制装置之间传输控制、监测信息和电能,是铁路信号系统重要的组成部分,一旦发生故障轻则影响行车效率,重则危及行车安全。铁路信号电缆最常发生的是接地故障。为了稳定与安全,铁路信号电缆或埋于很深的地下或置于电缆槽中上盖厚重水泥板,同时铁路信号电缆长度较长,为了快速处理铁路信号电缆故障,需要对故障位置进行准确定位。电缆故障定位研究主要集中在电力、铁路、航空、光伏等领域。目前现场除了使用万用表、摇表,还使用应用电桥法和低压脉冲反射法的仪器定位铁路信号电缆故障。本文根据电气化区段铁路信号电缆带金属护套且护套接地这一特点对传统电桥法进行了改进,实现了自动高精度定位铁路信号电缆接地故障。本文的主要工作如下:(1)对传统电桥法进行了改进,介绍了改进直流电桥法的原理。根据原理设计了相应硬件,给出了硬件总结结构框图,并介绍了各硬件模块。根据原理和硬件设计了匹配的算法,通过实验确定了算法中参数取值。改进直流电桥法系统模拟实验一般情况下定位误差绝对值的均值为0.236%,100米铁路信号电缆实物实验100点数据平均定位误差为0.493米。接地故障距测试端较近时定位误差很大,接地电阻变化对系统定位误差几乎没有影响。(2)为应对现场复杂电磁环境带来的干扰,在改进直流电桥法的基础上提出了交流电桥模拟锁相放大法。介绍了交流电桥模拟锁相放大法的原理,根据原理设计了相应硬件,给出了硬件总结结构框图,介绍了新出现硬件模块。根据原理和硬件设计了匹配的算法,通过实验确定了算法中参数取值。交流电桥模拟锁相放大法系统模拟实验定位误差绝对值的平均值为0.309%,100米铁路信号电缆实物实验90点数据平均定位误差为0.143米。接地故障距测试端较近时定位误差稍大,接地电阻变化对系统定位误差几乎没有影响。(3)为降低成本提升系统灵活性,在交流电桥模拟锁相放大法的基础上提出了交流电桥数字锁相放大法。介绍了交流电桥数字锁相放大法的原理,根据原理设计了相应硬件,给出了硬件总结结构框图,介绍了低通滤波模块和接地布局布线要点。根据原理和硬件设计了匹配的算法,通过实验确定了算法中参数取值。交流电桥数字锁相放大法系统模拟实验定位误差绝对值的平均值为0.293%,100米铁路信号电缆实物实验100点数据平均定位误差为0.128米。接地故障距测试端较近时定位误差较大,接地电阻变化对系统定位误差几乎没有影响。