电气化铁路接触网电阻测试探究

孙彦辉

摘 要：电气化铁路接触网是在电、力作用下进行工作的，而电气化铁路接触网的电阻测试对其正常运行有很大的影响，因此，在实际运行过程，必须加强对电气化铁路接触网电阻测试的管理。文章设计了一個高精密大电流恒流源，采用一种直接测量毫欧姆级电阻的方法进行接触网电阻测试。

关键词：电气化铁路；接触网；电阻测试

前言

在电气化铁路中，接触网是极其重要的一个组成元件，接触网的状态对行车的安全性有直接的影响，为确保接触网的运行安全，需要采用一种静态测量接触网电阻的方法，来判断接触网是否需要更换。一般情况下，接触网的截面积为200mm2，其材质为铜材料，接触网的电阻很小，对其进行测量是一项精密测量工作，加强电气化铁路沿线的电气信号比较强烈，会对测量结果造成很大的误差，因此，电气化铁路接触网的电阻测试是一项十分严谨的工作。

1 系统设计及误差分析

根据电气化铁路接触网的电阻范围、测量信号信噪比等设计一个高精密大电流恒流源系统，在该系统中，单片机系统会根据具体情况，自动选择恒流源电流的输出值，在消除各个因素的影响后，恒流源输出电流经过电气化铁路接触网以后，会产生一个正比于这个阶段接触网体电阻的电压降，通过对电压降进行处理，得出接触网的电阻值。

在测试过程中，对测试线路、测试仪等的内电阻进行全面考虑，需要保证接触网电阻值测量范围达到1000mΩ，同时要保证分辨率达到0.1mΩ，这样才能准确地将导体的电阻测量出来。在测量过程中，测量误差可以从模拟误差和量化误差两个方面进行分析，其中模拟误差=被测量电阻×比例误差系数+随机误差+系统常数误差；量化误差=A/D转换器微分非线性误差+A/D转换器积分非线性误差+量化误差。在测试过程中，增益误差、恒流源精度等因素会对比例误差系数造成影响，而系统常数误差是由测试线路、系统内部线路等因素决定的，而影响随机误差的因素主要有外界干扰情况，系统内部噪声等。

2 关键电路选型

低漂移大电流精密恒流源电路：实践证明，采用能带为基准的恒流源，没有采用齐纳二极管为基准的电压参考源的性能好，因此，在测量电气化铁路接触网电阻时，采用齐纳二极管为基准的电压参考源得到测量所需的精密恒流源。RER102是一种10V精密电压参考源，其精度能达到0.0025V，而温漂能达到2.5ppm/℃max，OPA111精密运算放大器能确保RER102精密电压参考源的放大器端和GND端相同，这样就能保证通过被测接触网的电流为精密的恒定电路，确保整个电路为等效力恒流源电路。

当OPA111精密运算放大器处于开环状态时，同相端和反相端的压差为零，此时OPA111精密运算放大器的偏置电流能忽略不计，此时在NR上的恒流源压降和R上的VMOS场效应管的源极电流压降相同，如果选择I1=1mA，NR=999R，此时Is=I1×999=1mA×999=999mA，而I0=I1+Is=1mA+999mA=1A。

在测量过程中，要保证测试量程达到1000mΩ，而分辨率不能超过0.1mΩ，这就需要保证A/D转换器的二进制编码数达到1万个，并且要至少需要14位A/D转换器，由于在测量过程中，需要对噪声、A/D转换器微分非线性误差、A/D转换器积分非线性误差、量化误差等进行全面考虑，因此，选择ADS7809型的16位A/D转换器，该A/D转换器的输入量程为10V，分辨率为0.1525mV，当恒流源电流等于1A、被测量接触网最大电阻值为1000mΩ时，被测量接触网的压降等于1V，在正式测量中，为提高测量精度，将信号放大10倍，也就是每0.1mΩ的电阻可以出现1mV电压降。

3 消除关键误差

3.1 硬件滤波电路

电气化铁路接触网，是一个比较大的导体，其电阻是一个稳定的值，而干扰信号则很强，由于在恒流源作用下，接触网产生的电压信号比较稳定，和直流比较接近，因此，首先要用有源低通滤波器对测量信号进行处理，从而减少一定的干扰，由于电气化铁路接触网的测量段比较长，环境的不确定影响因素比较大，所以还需要在接近测量连接点的位置，进行滤波处理。

3.2 消除测试连接线和接触网测试点的电阻

测试连接线和接触网测试点产生电阻的主要原因是在测量过程中，测试线的夹紧力度存在一定的差异，同时接触面的清洁度也有一定的差异，这就导致测试连接线和接触网测试点在接触过程中，会产生一定的随机接触电阻。在消除该误差时，如图1所示，从L1出来的恒流源经过A点后经过接触网，再通过B点返回L2，虽然L1、L2测试线的电阻比较大，但经过线路的电流是稳定的，因此，AB段的电压降只和电阻有一定的关系。在测试过程中，由于测试仪器的输入阻抗比较高，在这种情况下，可以忽略测试线的电阻和随机接触电阻不计，所以在实际测量过程中，AB段的电阻只和输入信号有关，这样就能将随机接触电阻消除。

图1 消除随机误差图

4 结束语

对于电气化铁路接触网电阻小、测试环境比较差的情况，通过设计高精密大电流恒流源进行电气化铁路接触网电阻测量，并利用硬件滤波处理、软件滤波处理、四线测试法等进行误差消除，这样就能极大的提高测量精确度，从而满足电气化铁路接触网电阻测量的要求。

参考文献

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