新型绝缘漏流测试系统

高梓棋，胡恩华

铁路信号室内、外设备是通过大量电缆相互连接的，电缆通常埋于地下的沟槽中。当电缆在使用过程中外皮破损造成电缆芯线接地时，影响室外信号设备的正常工作。因此，检测信号电缆对地的绝缘状态，是信号设备日常维护的一个重要步骤。信号集中监测的绝缘漏流测试系统，提供了一个集中控制绝缘漏流测试的平台，简化了之前人为手动测试的步骤，成为信号设备维护的重要手段。

传统的绝缘测试电路使用1700型继电器接点，搭建二叉树网络进行选路，受继电器选路模式所限，存在诸多不足。

1）在结构上绝缘测试继电器组占用组合较多。5层绝缘测试组合只能测256路绝缘和漏流，1个普通中等站需要测试的绝缘漏流数量通常在300路以上，至少需要1个组合柜来放置绝缘测试继电器组合，占用了较大的室内空间。

2）受测试方法所限，既有绝缘测试电路测试时间较长，平均1路绝缘测试耗时约10 s。对于普通中等车站，300多路绝缘，实现一次全测试需1个多小时，难以在1个“天窗”点内完成测试。

3）绝缘测试的控制电路与选通电路分开，控制配线与选路配线均需现场施工，配线复杂，易出错，给工程调试带来困难，增加了施工复杂度。

4）由于既有电路存在设计缺陷，使得漏流测试最多只能测试256路，即512路绝缘漏流组合只有后256路能测试漏流，无法覆盖到所有测试通路。

因此，现场急需一套占用空间小、测试速度快、安全可靠的新型绝缘漏流测试系统。

1 新型绝缘漏流测试系统

1.1 系统组成

新型绝缘漏流测试系统组成见图1，包括上位机和下位机2部分。上位机为运行集中监测程序的站机；下位机为一套插板式绝缘漏流测试机笼。

图1 新型绝缘漏流测试系统组成

绝缘漏流测试机笼安装于机械室的组合柜内。所有绝缘漏流采集配线均直接配到机笼背面的接线端子上。绝缘漏流测试机笼与监测站机之间通过网线连接，获取测试命令，自动实现选路并完成相关测试，同时返回测试数值。绝缘漏流测试机笼高为266.7 mm，加上底部89 mm高的走线槽，1组绝缘漏流测试机笼共占据2层组合。

绝缘漏流测试机笼使用板块插接模式，从左至右设置：电源板、主控板、快速测试板、中继板和选通测试板，见图2。

图2 绝缘漏流测试机笼正视图

1.2 系统架构

新型绝缘漏流测试机笼使用由板载小型继电器搭建而成的二叉树选通电路，如图3所示。选通测试板对输入电缆进行选路；中继板实现对各选通测试板的级联，并将选出的测试电缆连接至主控板，中继板同时可实现多台绝缘漏流测试机笼的级联；主控板对选择的电缆进行绝缘漏流等测试，并将测试结果通过网线发送给监测站机，通过CAN总线控制各选通测试板和中继板的继电器动作，并获取板卡自检测信息。

图3 绝缘漏流测试机笼链路连接示意

1.3 系统功能

绝缘漏流测试机笼可实现5项测试功能：绝缘测试、漏流测试、标准电阻自校正、对地电压测试和绝缘快速测试。

通过主控板可实现自检测和防护，如：检测各板块的通信状态；检测各继电器动作状态；异常时紧急中断电路工作等。

监测站机提供人机操作界面，操作方式与既有监测系统完全兼容，可控制绝缘漏流测试机笼的测试状态，设定“天窗”点启动，实现多路测试或定时全测等功能，并根据测试结果自动提示预警。同时，新增快速测试与对地电压测试等功能。

2 关键技术

2.1 二叉树选通网络

绝缘漏流测试机笼使用板载的小型继电器实现二叉树选通网络，具有如下特点。

1）选路唯一。如图4所示，无论二叉树系统中的接点如何动作，只能实现唯一的一条从顶部到底部的测试通路，避免了在继电器错误动作时将2根绝缘电缆短路的情况。

图4 二叉树选路网络唯一性示意

2）板载电路无配线。选通回路的小型继电器集成于选通板上，彼此之间通过板载电路连接形成选通回路，使测试电路实现了标准化、通用化生产。板卡之间仅通过CAN总线、工作电源和板件级联线连接，在机笼出厂时就可完成配置，大大简化了现场配线的复杂度。同时，板卡数量可根据现场绝缘路数增减，拆装方便，减少了现场的施工、调试和维护的工作量。

3）测试密集度高。1块选通测试板可测试32路电缆绝缘，1组绝缘测试机笼内最多可接15块选通测试板，实现480路电缆的绝缘测试。因此，1个机笼即可满足大部分中小型车站的绝缘漏流测试需求。绝缘漏流机笼仅占据2层组合高度，1个组合柜最多可安装5台绝缘漏流测试机笼，可将最多2 400路电缆的绝缘测试汇集在一个组合柜内测试。由于使用安全型继电器搭建测试电路，在保证安全隔离的前提下，大大提高了测试的密集度。

2.2 功能选择

绝缘漏流测试机笼的测试功能选择完全由主控板独立实现。

在主控板上设置小型选路继电器，如图5所示，使用二叉树网络，实现了标准绝缘测试、快速绝缘测试、对地电压测试、漏流测试以及自校正电阻等5种功能的选择，并可继续扩展。这种模式避免了既有绝缘测试电路功能选择与测试选通电路混合在一起的情况，使得每一路电缆都可实现上述多种测试功能，克服了传统绝缘漏流测试选择回路受继电器数量所限，只能测试部分电路漏流的缺陷。

图5 主控板测试功能选择电路

2.3 控制模式

绝缘漏流测试机笼由主控板实现集中控制测试选通，主控板与其他各中继板和选通测试板之间使用CAN总线连接，保证了控制的快速响应。主控板可获取各板卡末级继电器的状态信息，实现异常情况下关闭电路的控制。

正常测试时，仅主控板、1块中继板、1块选通板处于工作状态，其他板卡均处于关断状态，既节省了功耗，又有效实现了大部分电缆之间的隔离。将异常时可能受影响的电缆控制在一块32路板的输入范围，进一步提高了安全性。

2.4 机笼级联模式

绝缘漏流测试机笼设置中继板，既用于级联本机笼的选路板，又用于级联下一层机笼。如图6所示，中继板使用第一组继电器常闭接点级联至下一个机笼，确保机笼间级联通路的最小化。后级机笼无需配置主控板，只需将每级机笼中继板的输入端与上一级机笼的输出端连接，即可实现前、后级的级联，理论上可无限制级联后续机笼。

图6 中继板级联选择电路

实际使用中受CAN总线通信总数影响，最多可级联7层测试机笼。每层可测试480路绝缘，因此，1块主控板最多时可控3 360路绝缘漏流测试，是现有测试电路一块绝缘表能测量的绝缘总数的4倍，足以满足绝大部分车站的测试需求。

2.5 集成快速测试功能

新型绝缘漏流测试机笼内设置快速测试板，与常规的绝缘测试功能通过主控板切换使用，配合CAN总线的控制模式，可实现快速电缆绝缘测试功能，将一路绝缘测试时间缩短为3 s，不到原来测试时长的1/3，节省了绝缘测试的耗时。

正常维护时，可使用快速测试与普通测试相结合的模式，由快速测试发现异常绝缘电缆，再由正常绝缘测试，精确确认对应电缆的绝缘情况。

3 系统应用

本绝缘漏流测试系统既可用于既有继电联锁的车站，也可适用于全电子联锁车站。目前已在青藏线达布逊站、大连北良港站现场使用，以其简易的安装施工获得现场认可，尤其适合全电子联锁这类无常用重力型继电器模式车站的设计和安装。

4 结束语

新型绝缘漏流测试系统，其主体的测试机笼体积小，测试密度高，减少了机械室内的组合占用空间，取代了1700型继电器的使用，节约了设备成本；选通测试电路集成于板卡上定型生产，降低了现场施工和调试的难度；只需更换板卡即可实现故障维修，节约了维护成本；快速测试功能提升了现场信号电缆维护的效率，是对信号集中监测绝缘漏流测试技术的一次有益改进。