使用 Knick 高压隔离放大器和 Dewesoft 数据采集系统改造轨道交通基础设施

9月 2025 Interface Technology

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每天，全球有数十亿人搭乘城市公共交通出行。轨道交通运营商需要监测和维护大量牵引变电所、断路器、变压器、整流器及保护继电器。需要在轨道交通基础设施内持续采集大量参数，比如电压、电流、温度等。一家公共交通公司面临现有测量系统无法应对海量通道的困境。为攻克此难题，该企业开始寻找轨道交通技术适用的高压测量设备和数据采集系统。下文为您介绍他们找到的解决方案及其带来的实际效益。

挑战

牵引变电所和联络站中的电压、电流与温度监测对技术要求极高，配备高速断路器、变压器、整流器和保护继电器的设施尤其如此。对轨道车辆、电流与电压参数以及变电所组件的监测紧密关联，构成一个整体系统，因而必须配备高绝缘性的数据采集系统与高压变送器。有鉴于此，该交通公司的工程师们认识到对于分布式同步数据采集系统的需求，并由此开启了解决方案的探寻之旅。

由于该交通公司的列车采用电力驱动，对高电压与大电流的监测至关重要。为确保数据采集安全可靠，所用硬件必须具备可靠的电位隔离功能。此外，测量工作还必须达到极高的精度与速度。而如何结合变电所设备的运行性能，对这些电气参数进行准确评估，更是其中的关键所在。

由于变送器、保护继电器和高速断路器之间直接通信，工作人员能及早发现短路和其他潜在危险事件并快速排除故障。安全、速度和精度，是可靠记录变化工作条件下瞬态过程的关键所在。

变压器和整流器将电网中的交流电转换成直流电，然后馈入牵引供电系统。温度升高往往预示着电气连接点存在松动、磨损或故障，因此必须在多个测量点对其进行监测。

通过对电压、电流与温度进行精准监测，公共交通公司可在问题影响正常运营或导致安全隐患之前，便及时予以解决。持续的监测使公司能够准确掌握轨道设施的整体状况，同时获取宝贵的历史数据，用于分析系统故障根源。借此，维护团队得以随时掌控设备状态，从而有针对性地实施维护，有效防范潜在的运营中断。

最终，公共交通公司的工程师经过市场调研，选择了 Knick 高绝缘变送器和 Dewesoft 公司的 Krypton 数据采集系统：

1 号解决方案：Knick 变送器

该交通公司制定的电气规范对变送器提出了全面要求：必须具备不低于 2.2 kV 的持续绝缘强度，以耐受持续电压；同时需能承受 10 kV 的测试电压，以防瞬态过电压冲击。为精确记录瞬态信号曲线，变送器必须确保其测量值在至少 200% 的标称量程内保持线性。传输速度至关重要：输入信号 90 % 的变化必须在 110 微秒内呈现在输出端 - 即 T90 响应时间。

Knick P41000 系列变送器的测试数据证实，它可在标称量程两倍范围内保持线性。

该公共交通公司最终选用了 Knick P41000 系列电流变送器与 P42000 系列电压变送器。这两个系列的产品不仅完全满足本项目的要求，甚至在某些方面超越了标准，并已凭借其卓越表现，确立了在轨道交通严苛应用领域作为标准变送器的地位。

这些紧凑型设备可安装在 DIN 导轨上，输入输出参数可灵活配置。采用通用电源，支持 20 至 253 V AC / DC 供电。输入、输出和电源端口间采用三端口电隔离技术，提供高达 3,600 V AC/DC 的持续电压保护。

P41000 系列基于分流器电压进行电流测量，本例采用交通公司指定的 ±50 mV 额定输入值。搭配高性能分流器，可精准、安全地测量高达 25 kA 的直流电流。

该公共交通公司采用 P42000 电压变送器，用于监测 1,000 V 的双极标称量程，并能检测高达 ±2000 V DC 的系统故障。Knick 高压变送器在轨道交通系统中的优势立竿见影——即使在超过 5 kHz 的截止频率下，它也能持续提供可靠的数据。

Knick P41000 和 P42000 系列高压变送器

2 号解决方案： KRYPTON

KRYPTON 数据采集模块同时具备 IP67 防护等级、-40 °C 至 +85 °C（-40 °F 至 +185 °F）的极端工作温度范围以及高达 100 g 的抗冲击能力，且性能毫无衰减。此外，该模块结构紧凑，可轻松集成到公共交通基础设施的控制柜中。

Dewesoft 公司的 KRYPTON 数据采集系统系列包括单通道和多通道两种模块。

KRYPTON 模块采用 24 位模数转换器，所有通道均配备抗混叠滤波器，可实现卓越的数据采集性能。该模块能在高带宽条件下提供精确测量，其可靠的绝缘技术与标准化工业接口是实现此性能的关键。KRYPTON 模块通过 EtherCAT 协议进行通信——这是一种专为数据采集系统适配的以太网接口，能仅凭一根电缆同步传输电力、信号与时间信息。EtherCAT 协议确保测量链中的所有模块实现时间同步。

KRYPTONi-8xLA 模块的采样率为 20 kHz，能对所有模拟输入同步进行 FFT 分析与谐波分析。Dewesoft 的该系列产品凭借其实时创建自定义公式、滤波器与统计函数等功能，成为此应用的理想解决方案。

KRYPTONi-16xDI 模块的数字输入接口能够精准采集直流继电器的数字开关信号。这些信号可在断路器分闸前后触发最高采样率记录，从而以高精度无损捕获瞬态电压峰值。此类高速记录对定位故障根源至关重要，能协助公共交通公司的工程师制定解决方案，以预防未来故障。

KRYPTONi-8xLA 模块

KRYPTONi-16xDI 模块

总结

该公共交通公司战略性地投资了 Knick 和 Dewesoft 的解决方案，以对其轨道基础设施进行升级改造。Knick 变送器的可缩放输出与 Dewesoft KRYPTON 模块的输入完美匹配。这些设备协同工作，采集并分析历史与实时数据，从而助力工程师制定精准决策，使其能够实时监测配电系统中的意外故障并迅速响应。确保电力系统及乘客安全，始终是他们的首要任务。

牵引供电系统的监测与维护是一大挑战。上述解决方案与公共交通公司工程师们的专业知识相结合，不但能有效减少停机时间，还可提高性能与效率。随着这些改进措施的落实，乘客满意度稳步提升。