CN102761117A - 一种钢轨电位保护装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨电位保护装置及其工作方法，该装置中，用于检测钢轨与保护地之间电压的电压检测模块与可编程控制器（PLC）连接，接触器和反并联晶闸管组件串联于钢轨和保护地之间，接触器与PLC连接，反并联晶闸管组件通过晶闸管强触发模块与PLC连接，晶闸管强触发模块分别与反并联晶闸管组件中的两个晶闸管的控制端连接；PLC根据电压检测模块返回的电压值控制接触器和反并联晶闸管组件的开闭。本发明具有连续监控车站建筑物地和运行钢轨牵引地接触电压的功能，若钢轨与保护地之间出现大的电位差，则根据电位差的级别对二者进行不同方式的短接，用来防止车站建筑物地与运行钢轨及其上的车辆之间产生危险电压，以保护人员和设施的安全。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通供电领域，尤其涉及一种钢轨电位保护装置及其工作方法。
背景技术
城市轨道交通牵引供电系统采用架空接触网供电，以走行轨为回流通路。为减少杂散电流对土建结构钢筋、钢轨、设备金属外壳及其它地下金属管线产生腐蚀，轨道交通建设过程中采取了较为完善的杂散电流防护措施。即：直流牵引供电系统设计为不接地系统，对直流供电设备采用绝缘安装，钢轨通过绝缘垫与大地绝缘，以减少杂散电流的泄漏。
当供电区段有起动或运行的列车、或发生系统短路故障时，因钢轨作为牵引回流的通路以及钢轨与地之间过渡电阻的存在，钢轨对地产生一定的悬浮电位差。为防止钢轨对地电位过高造成人身伤害，每个车站和车场都需设有钢轨电位保护装置(HVL)。
发明内容
本发明的第一个目的在于针对上述需求，提供一种钢轨电位保护装置。
为实现上述目的，所述钢轨电位保护装置，其特点是，包括可编程控制器、接触器、晶闸管强触发模块、反并联晶闸管组件模块和电压检测模块；其中，用于检测钢轨与保护地之间电压的电压检测模块与可编程控制器通讯连接，所述接触器和反并联晶闸管组件串联于钢轨和保护地之间，所述接触器与可编程控制器通讯连接，所述反并联晶闸管组件通过晶闸管强触发模块与可编程控制器通讯连接，所述晶闸管强触发模块分别与反并联晶闸管组件中的两个晶闸管的控制端连接；所述可编程控制器根据电压检测模块返回的电压值控制所述接触器和反并联晶闸管组件的闭合与断开。
优选的是，所述可编程控制器为型号的EASY 256275的可编程控制器。
本发明的另一个目的在于提供所述钢轨电位保护装置的工作方法，工作方法包括，
所述电压检测模块检测钢轨与保护地之间的电压差，并将电压差数据返回所述可编程控制器；
当电压检测模块检测到的钢轨与保护地之间的电压差大于一段动作电压值U1时，可编程控制器控制接触器合闸，经第一设定时间值t后可编程控制器控制接触器恢复断开；
当电压检测模块检测到的钢轨与保护地之间的电压差大于二段动作电压值U2时，可编程控制器控制接触器永久合闸，不再控制接触器恢复断开；
当电压检测模块检测到的钢轨与保护地之间的电压差大于三段动作电压值U3时，可编程控制器控制晶闸管强触发模块使反并联晶闸管组件首先在1ms内导通，使钢轨与保护地连接；然后可编程控制器控制接触器合闸；所述接触器合闸后，可编程控制器控制晶闸管强触发模块使反并联晶闸管组件立即断开。
优选的是，当电压检测模块检测到的钢轨与保护地之间的电压差大于一段动作电压值U1时，可编程控制器控制接触器合闸，经设定时间后可编程控制器控制接触器恢复断开；若在第二设定时间值TT1内可编程控制器控制触发器连续动作3次后，所述可编程控制器不再控制接触器动作，所述触发器始终保持恒定合闸的状态。
优选的是，所述一段动作电压值U1的取值满足DC25V＜U1＜DC200V。
优选的是，所述二段动作电压值U2的取值满足U2＝DC150V。
优选的是，所述三段动作电压值U3的取值满足U3＝DC480V或U3＝DC600V。
优选的是，所述第一设定时间值t的取值满足0.1s＜t＜5s。
优选的是，所述第二设定时间值TT1的取值满足30s＜TT1＜120s。
本发明的有益效果在于，所述钢轨电位保护装置具有连续监控车站建筑物地和运行钢轨牵引地接触电压的功能，如果钢轨与保护地之间出现大的电位差，则根据电位差的级别对二者进行不同方式的短接，用来防止车站建筑物地与运行钢轨及其上的车辆之间产生危险电压，以保护人员和设施的安全。
附图说明
图1示出了本发明所述的钢轨电位保护装置的原理方框图。
图2示出了本发明所述的钢轨电位保护装置的电路图。
图3示出了本发明所述的钢轨电位保护装置的工作流程图。
图4示出了图1和图2中晶闸管强触发模块的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，所述钢轨电位保护装置，包括可编程控制器1、接触器21、晶闸管强触发模块221、反并联晶闸管组件222和电压检测模块3；其中，用于检测钢轨与保护地之间电压的电压检测模块3与可编程控制器1通讯连接，所述接触器21和反并联晶闸管组件222串联于钢轨和保护地之间，所述接触器21与可编程控制器1通讯连接，所述反并联晶闸管组件222通过晶闸管强触发模块221与可编程控制器1通讯连接，所述晶闸管强触发模块221分别与反并联晶闸管组件222中的两个晶闸管的控制端连接；所述可编程控制器1根据电压检测模块3返回的电压值控制所述接触器21和反并联晶闸管组件222的闭合与断开。其中，所述可编程控制器1为型号的EASY 256275的可编程控制器。
如图3所示，所述钢轨电位保护装置的工作方法，包括以下步骤：
步骤一：所述电压检测模块3检测钢轨与保护地之间的电压差，并将电压差数据返回所述可编程控制器1 S1；
步骤二：当电压检测模块3检测到的钢轨与保护地之间的电压差大于一段动作电压值U1时，可编程控制器1控制接触器21合闸，经第一设定时间值t后可编程控制器1控制接触器21恢复断开S2；
步骤三：当电压检测模块3检测到的钢轨与保护地之间的电压差大于二段动作电压值U2时，可编程控制器1控制接触器21永久合闸，不再控制接触器21恢复断开S3；
步骤四：当电压检测模块3检测到的钢轨与保护地之间的电压差大于三段动作电压值U3时，可编程控制器1控制晶闸管强触发模块221使反并联晶闸管组件222首先在1ms内导通，使钢轨与保护地连接；然后可编程控制器1控制接触器21合闸；所述接触器21合闸后，可编程控制器1控制晶闸管强触发模块221使反并联晶闸管组件222立即断开S4。
进一步的，针对以上步骤二的情况，若在第二设定时间值TT1内可编程控制器1控制触发器连续动作3次后，所述可编程控制器1不再控制接触器21动作，所述触发器始终保持恒定合闸的状态。
以上一段动作电压值U1、二段动作电压值U2和三段动作电压值U3的取值方式为：一段动作电压值U1的取值满足DC25V＜U1＜DC200V；二段动作电压值U2的取值满足U2＝DC150V；三段动作电压值U3的取值满足U3＝DC480V或U3＝DC600V。
以上第一设定时间值和第二设定时间值的取值方式为：第一设定时间值t的取值满足0.1s＜t＜5s；第二设定时间值TT1的取值满足30s＜TT1＜120s。
针对步骤四的情况，反并联晶闸管组件222与接触器21动作的配合问题：若要实现短时耐受电流50kA/250ms的指标，所述钢轨电位保护装置内的反并联晶闸管组件222组件，接触器21，电压继电器，电流继电器以及可编程控制器1的参数设置必须匹配。配置方案请见下表：
进一步的，所述反并联晶闸管组件222中的晶闸管选用5000A以上的器件，其半波浪涌电流值为72kA/10ms，要达到以上技术指标必须保证晶闸管在几个微秒时间内快速全导通。
对大功率晶闸管，其触发脉冲前沿越陡，注入门极触发电流越大（但也不能超过其最大允许电流），越有利于晶闸管的快速全开通。以上状态下的开通瞬间，晶闸管就能承受大的短路电流通过，其工作也就比较可靠。
利用高压击穿二极管的雪崩转折特性，结合阻容充放电环节，开发了大功率晶闸管简易可靠的所述晶闸管强触发模块221，高压击穿二级管的主要技术数据见下表：
如图4所示，当钢轨与保护地之间有电位差时，就通过R1（或R2）对C1（或C2）进行预充电，在没有达到雪崩转折电压前，高压击穿二极管V1-1、V1-2（或V2-1、V2-2）处于开态，最多有小于5μA的漏电流，晶闸管不可能强触发而可靠地处于阻断状态。预充电的时间延迟约为几十微秒，它增加了触发电路抗尖峰冲击电压干扰的能力，提升了工作可靠性，又不影响模块的触发功能。
当1μ电容C上预充电电压值达到雪崩转折电压时，高压击穿二极管瞬间转折，1μF电容C1-1、C2-1（或C2-1、C2-2）上预充电的600V电压能量瞬间通过47Ω低感限流电阻R1-1、R1-2（或R2-1、R2-2）对门极注入脉冲电流，通过限位电阻值大小可调节脉冲电流值大小，通常调整在5A左右，实现了触发脉冲前沿陡度和注入高功率的脉冲电流，达到接近理想门极触发电流的波形。
晶闸管门极820Ω的电阻R1-3、R2-4（或R2-3、R2-4）是门极触发电路高低频干扰信号的旁路通道，它进一步提升了本电路晶闸管模块的抗干扰能力。
综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。
Claims (9)
1.一种钢轨电位保护装置，其特征在于：包括可编程控制器、接触器、晶闸管强触发模块、反并联晶闸管组件模块和电压检测模块；其中，
用于检测钢轨与保护地之间电压的电压检测模块与可编程控制器通讯连接，所述接触器和反并联晶闸管组件串联于钢轨和保护地之间，所述接触器与可编程控制器通讯连接，所述反并联晶闸管组件通过晶闸管强触发模块与可编程控制器通讯连接，所述晶闸管强触发模块分别与反并联晶闸管组件中的两个晶闸管的控制端连接；所述可编程控制器根据电压检测模块返回的电压值控制所述接触器和反并联晶闸管组件的闭合与断开。
2.根据权利要求1所述的钢轨电位保护装置，其特征在于：所述可编程控制器为型号的EASY 256275的可编程控制器。
3.根据权利要求1或2所述的钢轨电位保护装置的工作方法，其特征在于：包括，
所述电压检测模块检测钢轨与保护地之间的电压差，并将电压差数据返回所述可编程控制器；
当电压检测模块检测到的钢轨与保护地之间的电压差大于一段动作电压值U1时，可编程控制器控制接触器合闸，经第一设定时间值t后可编程控制器控制接触器恢复断开；
当电压检测模块检测到的钢轨与保护地之间的电压差大于二段动作电压值U2时，可编程控制器控制接触器永久合闸，不再控制接触器恢复断开；
当电压检测模块检测到的钢轨与保护地之间的电压差大于三段动作电压值U3时，可编程控制器控制晶闸管强触发模块使反并联晶闸管组件首先在1ms内导通，使钢轨与保护地连接；然后可编程控制器控制接触器合闸；所述接触器合闸后，可编程控制器控制晶闸管强触发模块使反并联晶闸管组件立即断开。
4.根据权利要求3所述的钢轨电位保护装置的工作方法，其特征在于：当电压检测模块检测到的钢轨与保护地之间的电压差大于一段动作电压值U1时，可编程控制器控制接触器合闸，经设定时间后可编程控制器控制接触器恢复断开；若在第二设定时间值TT1内可编程控制器控制触发器连续动作3次后，所述可编程控制器不再控制接触器动作，所述触发器始终保持恒定合闸的状态。
5.根据权利要求3或4所述的钢轨电位保护装置的工作方法，其特征在于：所述一段动作电压值U1的取值满足DC25V＜U1＜DC200V。
6.根据权利要求3或4所述的钢轨电位保护装置的工作方法，其特征在于：所述二段动作电压值U2的取值满足U2＝DC150V。
7.根据权利要求3或4所述的钢轨电位保护装置的工作方法，其特征在于：所述三段动作电压值U3的取值满足U3＝DC480V或U3＝DC600V。
8.根据权利要求3或4所述的钢轨电位保护装置的工作方法，其特征在于：所述第一设定时间值t的取值满足0.1s＜t＜5s。
9.根据权利要求3或4所述的钢轨电位保护装置的工作方法，其特征在于：所述第二设定时间值TT1的取值满足30s＜TT1＜120s。
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