CN107015106A - 接地状态检测单元、接地装置及接地状态检测方法 - Google Patents

接地状态检测单元、接地装置及接地状态检测方法 Download PDF

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Abstract

接地状态检测单元、接地装置及接地状态检测方法，该接地状态检测单元连接于接地开关的两侧，其包括：信号电流源、标准电阻以及信号检测电路，所述信号电流源与所述标准电阻串联；所述信号电流源与接地开关之间设置有第一检测点，所述信号电流源与标准电阻之间设置有第二检测点，所述标准电阻与接地开关之间设置有第三检测点；所述信号检测电路分别与第一检测点、第二检测点及第三检测点电连接，以测量检测点间的电压。本发明基于欧姆定律通过测量接地开关合上时的接触电阻来判断接触网的接地状态，与现有检测手段相比，更直接更可靠。

Description

接地状态检测单元、接地装置及接地状态检测方法
技术领域
本发明属于带电状态检测技术领域，具体涉及一种地铁轨道接触网接地状态检测单元、具有该接地状态检测单元的接地装置及接地状态检测方法。
背景技术
随着社会与科学技术的不断发展，地铁轨道交通行业也迎来了迅速发展时期，同时，对机车运行维护的效率也提出了更高的要求。按照安规要求，机车检修时会涉及到接触网停电操作，目前很多地铁业主采用自动接地装置通过接地开关实现接地，例如专利号为201320809005.X的中国实用新型专利公开的一种应用于城市轨道交通接触轨系统中的接地装置。虽然在需要接触网停电时可以通过接地装置控制接地开关合闸，但仍面临着接地开关是否可靠合闸的问题，即接地开关触点的闭合是否可靠接地，目前采用视频显示和辅助触点的模式对接触网的接地状态进行检测，但这些都是间接检测的手段，依然存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用直接检测的方法对地铁轨道接触网接地状态进行检测的检测单元。
本发明的另一目的在于提供一种具有接地状态检测功能的接地装置。
本发明的又一目的在于提供一种接地状态检测方法。
为了实现上述第一目的，本发明采取如下的技术解决方案：
接地状态检测单元，连接于接地开关的两侧，所述接地状态检测单元包括：信号电流源、标准电阻以及信号检测电路，所述信号电流源与所述标准电阻串联；所述信号电流源与接地开关之间设置有第一检测点，所述信号电流源与标准电阻之间设置有第二检测点，所述标准电阻与接地开关之间设置有第三检测点；所述信号检测电路分别与第一检测点、第二检测点及第三检测点电连接，以测量检测点间的电压。
更具体的，所述信号电流源和接地开关之间设置有信号切换开关，所述第一检测点位于所述信号切换开关与信号电流源之间。
更具体的，所述信号检测电路为电压检测电路。
更具体的，所述信号检测电路为具有电压检测功能的控制模块。
更具体的，还包括与所述控制模块电连接的电控执行机构，所述电控执行机构控制所述接地开关和/或所述信号切换开关进行分/合操作。
更具体的，所述电控执行机构包括控制所述接地开关的第一电控执行机构和控制所述信号切换开关的第二电控执行机构。
更具体的，还包括与所述控制模块电连接的锁定装置，所述锁定装置设置于接地开关处。
更具体的，还包括与所述信号检测电路连接的反馈单元。
更具体的，所述反馈单元为状态指示灯或蜂鸣器或报警灯或显示终端。
更具体的，所示控制模块与外部关联机构通讯连接。
更具体的，所述信号电流源为直流电流源。
更具体的，所述信号电流源的输出电流为1A～100A。
更具体的，所述标准电阻的阻值为1mΩ～200Ω。
更具体的，所述信号切换开关的接触电阻＜200mΩ。
为了实现上述第二目的，本发明采取如下的技术解决方案：
接地装置，包括接地开关以及连接于所述接地开关两侧的接地状态检测单元，所述接地状态检测单元为前述接地状态检测单元。
为了实现上述第三目的，本发明采取如下的技术解决方案：
基于前述接地状态检测单元的接地状态检测方法，包括以下步骤：
接地开关合上后，信号电流源为测量回路提供电流；
信号检测电路测量第一检测点、第二检测点及第三检测点的电压值；
根据下式计算接地开关的接触电阻值R’：
Uac/R’＝Ucb/R0，式中的Uac为第一检测点和第三检测点之间的电压值，Ucb为第三检测点和第二检测点之间的电压值，R0为标准电阻值；
当R’小于预设值时，认为接地开关已经可靠合闸。
基于前述接地状态检测单元的接地状态检测方法，包括以下步骤：
接地开关和信号切换开关依次合上后，信号电流源为测量回路提供电流；
信号检测电路测量第一检测点、第二检测点及第三检测点的电压值；
根据下式计算接地开关的接触电阻值R’：
Uac/R’＝Ucb/R0，式中的Uac为第一检测点和第三检测点之间的电压值，Ucb为第三检测点和第二检测点之间的电压值，R0为标准电阻值；
当R’小于预设值时，认为接地开关已经可靠合闸。
基于前述接地状态检测单元的接地状态检测方法，所述第一电控执行机构与所述第二电控执行机构联动，当所述第一电控执行机构的状态为合时，所述第二电控执行机构控制信号切换开关合上；
信号电流源为测量回路提供电流；
信号检测电路测量第一检测点、第二检测点及第三检测点的电压值；
根据下式计算接地开关的接触电阻值R’：
Uac/R’＝Ucb/R0，式中的Uac为第一检测点和第三检测点之间的电压值，Ucb为第三检测点和第二检测点之间的电压值，R0为标准电阻值；
当R’小于预设值时，认为接地开关已经可靠合闸。
更具体的，预设值为20mΩ～200mΩ。
由以上技术方案可知，本发明的接地状态检测单元，在接地开关合闸后，通过外加信号源注入接地回路，采用直接检测接触网对地电阻的方法，可以更可靠地检测接触网对地状态，相对现有检测手段，提供了一种更直接的联锁判断依据，对保障地铁轨道交通，甚至是高铁运行的检修安全起到重要作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的电路框图；
图2为本发明检测单元与接地开关为分体设计的结构框图；
图3为本发明检测单元与接地开关为一体设计的结构框图；
图4为本发明实施例2的电路框图；
图5为本发明实施例3的电路框图。
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例1
如图1所示，本实施例的用于地铁轨道接触网的接地状态检测单元包括信号电流源1、信号切换开关2、标准电阻3以及信号检测电路4，信号切换开关2、信号电流源1、标准电阻3依次串联。接地状态检测单元连接于接触网回流轨上接地开关5的两侧，信号切换开关2、信号电流源1、标准电阻3、接地开关5构成测量回路。在信号切换开关2(接地开关)与信号电流源1之间设置第一检测点a，在信号电流源1与标准电阻3之间设置第二检测点b，在标准电阻3与接地开关5之间设置第三检测点c，检测点的数量至少为3个，检测点为电压采集点，用于测量标准电阻的压降和接地开关的接触电阻的压降。信号检测电路4分别与第一检测点a、第二检测点b及第三检测点c电连接，用于测量检测点间的电压，本实施例的信号检测电路为常规的电压检测电路。
信号电流源1为直流电流源，用于向测量回路中提供电流，更具体的，信号电流源1提供1A～100A范围内的电流。标准电阻3为参考电阻，可使用毫欧级大电流精密采样电阻，标准电阻的阻值为1mΩ～200Ω。为了便于测量，本实施例设置了信号切换开关2，本实施例的信号切换开关设于信号电流源1与接地开关5之间，不仅可以控制检测单元回路的通断，而且对检测单元具有保护功能，可以防止送电时接触网上的电将信号电流源和标准电阻烧坏。当接地开关5合上后，再合上信号切换开关2，使信号电流源1为测量回路提供电流。信号切换开关的接触电阻越小，对接地开关的接触电阻的测量的影响就越小，优选的，信号切换开关的接触电阻＜200mΩ。
当接地开关合上时，在接触点处对电流会产生阻碍作用，称为接触电阻，本发明主要基于欧姆定律通过测量接地开关合上时的接触电阻，来判断接触网的接地状态，具体步骤如下：
当接地开关5合上后，信号电流源1为测量回路提供电流；在设置了信号切换开关2的情况下，只有合上接地开关5后才能合上信号切换开关2，依次合上接地开关5和信号切换开关2后，信号电流源1为测量回路提供电流；
信号检测电路4测量第一检测点a、第二检测点b及第三检测点c的电压值；
根据下式计算接地开关5的接触电阻值R’：Uac/R’＝Ucb/R0，式中的Uac为第一检测点a和第三检测点c间的电压值，Ucb为第三检测点c和第二检测点b间的电压值，均可直接测量得到，R0为标准电阻值；
当R’小于预设值时，则认为接地开关已经可靠合闸。预设值为经验值，可为20mΩ～200mΩ，本实施例的预设值为20mΩ。
公式Uac/R’＝Ucb/R0计算的电阻实际是接地开关5和信号切换开关2在整个测量回路中的接触电阻，当接地开关5和信号切换开关2在接触良好的情况下，R’的阻值会在一个很小的预设值内，该预设值是允许值，R’只要不超过预设值就可以认为接地开关的接地状态良好。因此，对信号切换开关2的工艺要求为其在三年内的接触电阻小于200mΩ，以防止因信号切换开关2接触不良导致对接地开关接地可靠性的误判。
本发明的检测单元可以是一个与接地开关相分离的单独的检测模块(图2中虚线内的部分)，通过接入端子接在接地开关5上，如图2所示，信号切换开关2的一端连接一接地端子(Q1)，标准电阻3的一端连接另一接地端子(Q2)，接地端子(Q1、Q2)通过焊接固定的方式或通过紧固件固定的方式接在接地开关5的两端，用于检测接地开关5是否可靠接地，即检测单元不包括接地开关5。或者如图3所示，接地状态检测单元和接地开关组成一个整体，作为一个带有检测单元的接地装置，主要起到接地开关的功能，通过增加直接检测单元，实现可靠接地。
实施例2
前述实施例中，信号检测电路是电压检测电路，通过电压检测电路测量检测点的电压后，再计算接地开关的接地电阻来判断接地状态，本实施例与实施例1不同的地方在于：本实施例的信号检测电路4是具有电压检测功能的控制模块，如图4所示，控制模块上设置有反馈单元，本实施例的反馈单元为状态指示灯，控制模块可采用市售的具有电压检测功能及编程计算功能的集成模块，控制模块采集各检测点的电压数据后，自动计算出结果并判断后得到反馈信息通过反馈单元进行反馈，例如通过绿灯表示接地良好，红灯表示接地不良。本实施例的预设值为200mΩ。
此外，反馈单元也可以是蜂鸣器或报警灯，当接地不良时，通过蜂鸣器发出声音报警或报警灯闪烁警示，提醒维修人员注意。反馈单元还可以是与控制模块以有线或无线方式连接的显示终端。控制模块将反馈信息通过短讯的形式发送至作业人员的显示终端上。控制模块还可与其他关联机构通讯连接，将反馈信号传送给其他关联机构，从而为其他关联机构的安全逻辑提供参考。例如关联机构是检修作业区的闭锁机构，控制模块与闭锁机构连接，当接地开关接触不良时，则认为接地开关为断开状态，这一状态通过反馈信号传送给检修作业区的闭锁机构，闭锁机构根据反馈信号传送的状态信息对检修作业区进行强制闭锁，禁止维修人员进入。
实施例3
本实施例与实施例2不同的地方在于：如图5所示，本实施例还设置了与控制模块电连接的电控执行机构6，电控执行机构6用于控制接地开关5和/或信号切换开关2的分/合。控制模块发送指令给电控执行机构6，控制其对接地开关5和/或信号切换开关2进行分合操作，免去了人工操作，并可实现远程操作和自动化操作。进一步的，本实施例在接地开关5处设置有锁定装置7，锁定装置7与控制模块电连接，锁定装置7可在接地开关5合上后，对接地开关5进行锁定。当控制模块检测到接地开关5已经可靠接地后，控制模块控制锁定装置7对接地开关5进行闭锁，以避免意外断开的情况发生；闭锁后，可断开信号切换开关6，达到省电的目的。检修完成后，只有锁定机构7对接地开关5进行解锁后，电控执行机构6才能断开接地开关5，此时，轨道接触网才可以送电，通过以上逻辑可确保检修安全。
优选的，本实施例的电控执行机构6包括用于控制接地开关5的第一电控执行机构6-1和用于控制信号切换开关2的第二电控执行机构6-2。第一电控执行机构6-1、第二电控执行机构6-2间可形成联动，第二电控执行机构6-1根据接地开关5的状态自动控制信号切换开关2，当接地开关5合上时，即第一电控执行机构6-1的状态为合时，第二电控执行机构6-2控制信号切换开关2合上。第二电控执行机构6-2可通过采集第一电控执行机构6-1的状态来控制信号切换开关2的操作。或者由控制模块采集第一电控执行机构6-1的状态，并发送指令给第二电控执行机构6-1控制信号切换开关2的操作。
本发明在接地开关合上后，通过测量并计算接地开关的接触电阻，来判断接地开关是否已可靠合闸，以避免实际作业中，外观上看接地开关已经合闸，但可能存在虚接，松动，不稳定的现象而未可靠合闸，导致安全事故的发生。当接地开关存在虚接，松动，磨损或不稳定时，计算出来的接地开关接触电阻会大大超出正常范围，因此通过测量接地开关的接触电阻可判断接地开关的合闸状态，从而确定接地状态。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的范围之中。

Claims (19)

1.接地状态检测单元，连接于接地开关的两侧，其特征在于，所述接地状态检测单元包括：信号电流源、标准电阻以及信号检测电路，所述信号电流源与所述标准电阻串联；
所述信号电流源与接地开关之间设置有第一检测点，所述信号电流源与标准电阻之间设置有第二检测点，所述标准电阻与接地开关之间设置有第三检测点；
所述信号检测电路分别与第一检测点、第二检测点及第三检测点电连接，以测量检测点间的电压。
2.如权利要求1所述的接地状态检测单元，其特征在于：所述信号电流源和接地开关之间设置有信号切换开关，所述第一检测点位于所述信号切换开关与信号电流源之间。
3.如权利要求1或2所述的接地状态检测单元，其特征在于：所述信号检测电路为电压检测电路。
4.如权利要求1或2所述的接地状态检测单元，其特征在于：所述信号检测电路为具有电压检测功能的控制模块。
5.如权利要求4所述的接地状态检测单元，其特征在于：还包括与所述控制模块电连接的电控执行机构，所述电控执行机构控制所述接地开关和/或所述信号切换开关进行分/合操作。
6.如权利要求5所述的接地状态检测单元，其特征在于：所述电控执行机构包括控制所述接地开关的第一电控执行机构和控制所述信号切换开关的第二电控执行机构。
7.如权利要求4或5或6所述的接地状态检测单元，其特征在于：还包括与所述控制模块电连接的锁定装置，所述锁定装置设置于接地开关处。
8.如权利要求4或5或6所述的接地状态检测单元，其特征在于：还包括与所述信号检测电路连接的反馈单元。
9.如权利要求8所述的接地状态检测单元，其特征在于：所述反馈单元为状态指示灯或蜂鸣器或报警灯或显示终端。
10.如权利要求4或5或6或9所述的接地状态检测单元，其特征在于：所示控制模块与外部关联机构通讯连接。
11.如权利要求1或2或5或6或9所述的接地状态检测单元，其特征在于：所述信号电流源为直流电流源。
12.如权利要求11所述的接地状态检测单元，其特征在于：所述信号电流源的输出电流为1A～100A。
13.如权利要求1或2或5或6或9或12所述的接地状态检测单元，其特征在于：所述标准电阻的阻值为1mΩ～200Ω。
14.如权利要求1或2或5或6或9或12所述的接地状态检测单元，其特征在于：所述信号切换开关的接触电阻＜200mΩ。
15.接地装置，包括接地开关以及连接于所述接地开关两侧的接地状态检测单元，其特征在于：所述接地状态检测单元为权利要求1至14任一项所述的接地状态检测单元。
16.基于权利要求1至14任一项所述的接地状态检测单元的接地状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
接地开关合上后，信号电流源为测量回路提供电流；
信号检测电路测量第一检测点、第二检测点及第三检测点的电压值；
根据下式计算接地开关的接触电阻值R’：
Uac/R’＝Ucb/R0，式中的Uac为第一检测点和第三检测点之间的电压值，Ucb为第三检测点和第二检测点之间的电压值，R0为标准电阻值；
当R’小于预设值时，认为接地开关已经可靠合闸。
17.基于权利要求2所述的接地状态检测单元的接地状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
接地开关和信号切换开关依次合上后，信号电流源为测量回路提供电流；
信号检测电路测量第一检测点、第二检测点及第三检测点的电压值；
根据下式计算接地开关的接触电阻值R’：
Uac/R’＝Ucb/R0，式中的Uac为第一检测点和第三检测点之间的电压值，Ucb为第三检测点和第二检测点之间的电压值，R0为标准电阻值；
当R’小于预设值时，认为接地开关已经可靠合闸。
18.基于权利要求6所述的接地状态检测单元的接地状态检测方法，其特征在于：所述第一电控执行机构与所述第二电控执行机构联动，当所述第一电控执行机构的状态为合时，所述第二电控执行机构控制信号切换开关合上；
信号电流源为测量回路提供电流；
信号检测电路测量第一检测点、第二检测点及第三检测点的电压值；
根据下式计算接地开关的接触电阻值R’：
Uac/R’＝Ucb/R0，式中的Uac为第一检测点和第三检测点之间的电压值，Ucb为第三检测点和第二检测点之间的电压值，R0为标准电阻值；
当R’小于预设值时，认为接地开关已经可靠合闸。
19.如权利要求16或17或18所述的接地状态检测方法，其特征在于：预设值为20mΩ～200mΩ。
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