涂小衛(wèi)

(上海申通地鐵集團有限公司技術中心 上海 201103)

0 引言

隨著城市的發(fā)展，軌道交通作為綠色、節(jié)能型交通工具，已在全球范圍內(nèi)廣泛應用，地鐵已作為市民出行的主要交通工具。車載能耗計量裝置作為一種測量地鐵車輛能耗的裝置，其運用越來越廣泛[1]。隨著車載能耗計量裝置的日益規(guī)范和普及，對地鐵車輛電度表所具備的功能和性能提出了更高的要求。車載能耗計量裝置作為計量器具，每隔一段時間需要校準以保證其計量準確度。本項目基于IEC 62888《鐵路應用 車載能耗計量裝置》標準相關內(nèi)容，結合國內(nèi)傳感器與電能表準確度檢定規(guī)程( JJG 842—2017、GB/T 7676.9—2017 等)搭建了車載能耗計量裝置準確度試驗臺。

1 車載能耗計量裝置現(xiàn)狀

目前國內(nèi)大量使用的軌道交通車載能耗計量裝置是依據(jù)上海地鐵車輛參考標準EN 50463也就是IEC 62888—2018的前身所設計，并根據(jù)上海實際情況研發(fā)的。其中電流采集模塊、電壓采集模塊、能耗計算模塊三部分有準確度要求。上海地鐵車輛根據(jù)實際需求選用的系統(tǒng)準確度等級為1級，部件準確度等級為0.5級，同時開展試點試驗，并在其基礎上編制了企業(yè)標準《地鐵車輛能耗計量裝置及管理系統(tǒng)通用技術要求》。目前該企業(yè)標準已納入新車采購技術要求，而截至2018年底全國列車加裝的車載能耗計量裝置已達到1 000多套。而這些裝置因標準限制，出廠檢測沒有可依據(jù)的國內(nèi)標準或國際標準，企業(yè)標準中雖規(guī)定了技術參數(shù)，并未規(guī)定詳細測試項目和測試要求，因此導致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。在2018年發(fā)布的國際標準IEC 62888中詳細規(guī)定了該裝置所需的試驗，本測試臺參照該標準研制，用于車載能耗計量裝置出廠時的例行試驗和后期維護中的準確度測試。

2 國際標準參讀

根據(jù)國際標準IEC 62888—2中相關測試項目及其要求，確認了例行試驗裝置試驗分為電壓、電流、能耗計算模塊3個部分，并分別進行下列測試：(1)外觀檢查；(2)絕緣試驗；(3)百分比誤差；(4)環(huán)境溫度對誤差限值影響測試；其中(3)和(4)都是針對裝置的準確度進行的測試。

3 試驗臺設計

根據(jù)標準，車載能耗計量裝置準確度測試可分為兩種方式：(1)直接對裝置進行準確度測試；(2)對3個模塊的準確度分別進行檢定后，通過式(1)計算獲得裝置準確度。

(1)

式中：ε總為車載能耗計量裝置的百分比誤差，ε電流、ε電壓、ε電能分別為電流采集模塊、電壓采集模塊和能耗計算模塊的百分比誤差。

3.1 電流采集模塊

上海地鐵車輛現(xiàn)采用的電流采集模塊額定電流最高不超過2 000 A，且常用霍爾傳感器。根據(jù)標準其百分比誤差限值如表1所示。

表1 電流采集模塊不同范圍負載點的百分比誤差限值 /%

從表中可知：為滿足標準，設備應提供傳感器額定電流1%～120%的電流輸出，選擇可輸出0～2 400 A電流的穩(wěn)定可調(diào)電流源。而溫度變化是在該誤差上通過公式計算出新的最大允許誤差。雖溫度試驗在國際標準中根據(jù)地區(qū)不同規(guī)定為-40 ℃～75 ℃，與國內(nèi)地鐵使用環(huán)境溫度規(guī)定的-25 ℃～75 ℃有差別，但本試驗臺為對標國際標準，其配套溫度箱溫度控制范圍可達到-40 ℃～150 ℃。

3.2 電壓采集模塊

上海地鐵車輛實際采用的標稱電壓為1 500 V。根據(jù)標準其最大允許極限值為Umax2=1 950 V，因此現(xiàn)采用的電壓采集模塊額定電壓不超過2 000 V，且常用霍爾傳感器。根據(jù)標準其百分比誤差限值如表2所示。

表2 電壓采集模塊不同范圍負載點的百分比誤差限值 /%

其中Umin2=1 000 V，而Umax2=1 950 V。因此選用可以輸出0～2 000 V電壓的穩(wěn)定可調(diào)電壓源，其可兼容標稱電壓為750 V的軌道交通線路。

3.3 能耗計算模塊

為滿足列車能耗計量需求和便利性，上海地鐵車輛采用的能耗計算模塊配置多路輸入/輸出接口。根據(jù)標準其百分比誤差限值如圖1和表3所示。

圖1 能耗計算模塊準確度區(qū)域劃分

表3 能耗計算模塊百分比誤差限值

3.4 試驗臺框架

根據(jù)上述要求及相關標準，測試裝置的基本誤差應不大于被測設備基本誤差的1/3，從而確定測試裝置的最低準確度要求和參數(shù)。同時通過對標準測試方法進行研究，從而最終得出試驗臺框架如圖2所示，其可提供多路能耗或模塊同時測量的功能。

圖2 試驗臺框架

3.5 設備選型

結合上述參數(shù)條件和框架設計，最后確定設備主要參數(shù)選型：(1)電壓源輸出范圍：10 V～2 000 V，調(diào)節(jié)范圍：( 0～120% )*RG；(2)標準電壓表準確度全量程不大于0.02%；(3)電流源輸出范圍：0.1 A～2 kA，調(diào)節(jié)范圍：( 0～120% )*RG；(4)標準電流表準確度全量程不大于0.02%；(5)電流源電流紋波系數(shù)小于0.5%；(6)二次信號測量模塊全量程范圍不大于0.005%；(7)電能測量準確度全量程不大于0.05%；注：RG為量程值。

完成設備搭建工作，其設備外形如圖3所示，控制終端顯示界面示意圖如圖4所示。

圖3 設備外形圖

圖4 控制終端顯示界面示意圖

3.6 測試結果

完成測試臺的設計和搭建工作后，連接車載能耗計量裝置的備件進行調(diào)試(見圖5)，通過以太網(wǎng)連接設備、PC和測試臺。測試臺運行中會根據(jù)預先設定的電流、電壓值自動輸出對應值，并讀取模塊的次邊值和能耗值，完成測試報告如圖6所示。

圖5 設備測試狀態(tài)

圖6 測試報告

4 總結

車載能耗計量裝置試驗臺在硬件層和軟件層面上都適配上海地鐵所有新購車載能耗計量裝置，實現(xiàn)了車載能耗計量裝置的全自動準確度測試工作，較好地解決了現(xiàn)有裝置測試不規(guī)范和繁瑣的問題，并且系統(tǒng)操作界面簡潔、友好，提高了設備的實際使用效果。試驗結果表明，該試驗臺運行穩(wěn)定，適用性高，可維護性好，可擴展性好，具有廣闊的應用前景。