CN109444689A - 一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法 - Google Patents

一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法，该方法包括以下步骤：回流轨道与变电所负极相连，选择连接点的位置作为基准位置并于基准位置安装电位监测装置；在机车上安装行驶距离监测装置以及牵引电流监测装置，机车沿回流轨道驶向变电所，上述三种监测装置将各自记录的数据发送至控制单元；控制单元从接收到的电位数据中判别电位跳变以及对应的跳变时间，确定跳变时刻机车的运行路程以及机车的运行总长，从而确定对地绝缘破损位置，相应得到对地绝缘破损位置过渡电阻值。本发明直接便捷地在线实时监测回流轨道对地绝缘破损位置，监测系统结构简单，成本适宜，特别适用于煤矿或地铁等采用直流牵引机车的应用领域。

Description

一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测 方法
技术领域
本发明属于轨道监控技术领域，尤其涉及一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法。
背景技术
在煤矿或地铁等采用直流牵引机车的运输系统中，直流牵引机车是生产生活所需的主要运输装置之一，直流牵引机车在回流轨道上运行时，牵引电流经巷道架空线、馈电线从变电所正极取得，并通过回流轨道返回变电所的负极。因此，当回流轨道对地绝缘出现破损，将会有部分牵引电流从对地绝缘破损位置泄漏至大地，从而形成煤矿井或地铁杂散电流。煤矿井下杂散电流的危害主要包括：引起电雷管的超前爆炸，诱发矿井瓦斯、粉尘爆炸事故，对煤矿井下金属管道、铠装电缆金属外壳的腐蚀，以及影响煤矿井下电气设备的正常运行。地铁杂散电流会对土建结构钢筋、设备金属外壳以及其他地下金属管线产生电化学腐蚀，从而影响土建结构、设备和其他金属管线的使用寿命。
在煤矿或地铁等采用直流牵引机车的运输系统中，当机车仅由单一变电所供电时，这种供电模式称为单边单机车供电模式。为了保证煤矿或地铁等系统的安全稳定运营，必须及时发现回流轨道对地绝缘破损位置，从源头上防止杂散电流的形成。因此，亟需研究单边单机车供电模式下回流轨道对地绝缘破损位置精准定位方法，然而，目前该方向的研究处于初步阶段，通过检索现有文献发现一种基于C型行波法的回流轨道对地绝缘破损位置定位方法(刘建华等，城市轨道交通研究，2015.09)，这种方法需要向发生绝缘破损的回流轨道注入行波信号，行波信号在绝缘破损位置反射回信号注入位置，根据信号在注入位置与绝缘破损位置之间往返的时间以及行波信号的波速实现绝缘破损位置的定位，这种方法的可行性及准确性仅经过仿真验证，还需进一步的工程实践证明。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法，该方法根据直流牵引机车行驶经过回流轨道对地绝缘破损位置时，与变电所负极相连的回流轨道位置的电位将会发生跳变这一发明构思，直接便捷、精确地在线实时监测回流轨道对地绝缘破损位置，监测原理及构思巧妙，监测系统结构简单，成本适宜，特别适用于煤矿或地铁等采用直流牵引机车的应用领域。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法：
S1：回流轨道1通过电缆与变电所2负极连接，选择连接点的位置11作为基准位置。
S2：在步骤S1中选择的基准位置安装电位监测装置3，采集某一时刻下基准位置的电位数据；同时，在机车4上安装行驶距离监测装置5和牵引电流监测装置6，采集某一时刻下机车4的行驶距离数据和牵引电流数据。
S3：机车4沿回流轨道1向变电所2行驶，在行驶过程中，电位监测装置3、行驶距离监测装置5和牵引电流监测装置6连续采集电位数据、行驶距离数据和牵引电流数据，采样频率均为1000Hz，控制单元7控制电位监测装置3、行驶距离监测装置5和牵引电流监测装置6的采集时间同步，电位监测装置3、行驶距离监测装置5和牵引电流监测装置6分别将所采集的数据通过无线通信方式发送至控制单元7。
S4：机车4行驶至基准位置后停止运行，电位监测装置3、行驶距离监测装置5和牵引电流监测装置6完成数据采集并停止工作；控制单元7根据相邻采样间隔内电位变化超过预设值为电位跳变的准则，从接收到的电位数据中判别电位跳变以及对应的跳变时间，其中，预设值可以根据实际需要设置；由于电位监测装置3和行驶距离监测装置5的采集时间同步，控制单元7将机车4行驶至基准位置时行驶距离监测装置5采集的行驶距离数据作为机车4的运行总长L1，并从接收到的行驶距离数据中确定跳变时刻机车4的运行路程L2，将运行总长L1和运行路程L2的差值作为回流轨道1对地绝缘破损位置12与基准位置的距离L，即L＝L1-L2，实现回流轨道1对地绝缘破损位置的定位。
S5：控制单元7从接收到的牵引电流数据中确定跳变时刻机车4的牵引电流并定义为I，从接收到的电位数据中确定跳变时刻基准位置的电位并定义为v，根据步骤S4确定的回流轨道1对地绝缘破损位置12与基准位置的距离L，回流轨道1的纵向电阻Rt和过渡电阻Rg，控制单元7通过下式计算得到回流轨道1对地绝缘破损位置12的过渡电阻Rz：
其中，回流轨道1的纵向电阻和过渡电阻是地铁或煤矿系统的监测物理量。
所述的机车4为直流牵引机车。
所述的电位监测装置3由电压变送模块、数据采集模块以及无线通信模块组成，基准位置通过信号电缆与电压变送模块连接，电压变送模块将基准位置的电位信号按照数据采集模块许可的数据类型及范围进行转换，数据采集模块对转换后的数据进行采集处理，通过无线通信模块发送给控制单元7。
所述的行驶距离监测装置5由旋转编码器、可编程控制器和无线通信模块组成，旋转编码器安装于机车4的轮轴上，旋转编码器将机车4的速度信号转换成高速脉冲串并由可编程控制器的高速计数器采集，车轮旋转一周产生的高速脉冲数量以及周长均是已知量，可编程控制器计算机车4车轮的旋转周数，将旋转周数与周长的乘积作为机车4的运行路程，通过无线通信模块发送给控制单元7。
所述的牵引电流监测装置6包括光纤电流互感器和无线通信模块，光纤电流互感器监测机车4的牵引电流，并通过无线通信模块发送给控制单元7。
有益效果：与现有技术相比，本发明的一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法，根据直流牵引机车行驶经过回流轨道对地绝缘破损位置时，与变电所负极相连的回流轨道位置的电位将会发生跳变这一发明构思，直接便捷、精确地在线实时监测回流轨道对地绝缘破损位置及其过渡电阻；此外，本发明所构建的监测系统结构简单，便于快速布置，成本适宜，监测结果特征清晰明显，特别适用于煤矿或地铁等采用直流牵引机车的应用领域。
附图说明
图1是本发明的机车经过对地绝缘破损位置之前供电模式示意图；
其中：1-回流轨道，2-变电所，3-电位监测装置，4-机车，5-行驶距离监测装置，6-牵引电流监测装置，7-控制单元，11-基准位置，12-对地绝缘破损位置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的一种地铁/煤矿地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法，如图1所示。具体包括：
S1：回流轨道1通过电缆与变电所2负极连接，选择连接点的位置11作为基准位置。
S2：在步骤S1中选择的基准位置安装电位监测装置3，采集某一时刻下基准位置的电位数据；同时，在机车4上安装行驶距离监测装置5和牵引电流监测装置6，采集某一时刻下机车4的行驶距离数据和牵引电流数据。
S3：机车4沿回流轨道1向变电所2行驶，在行驶过程中，电位监测装置3、行驶距离监测装置5和牵引电流监测装置6连续采集电位数据、行驶距离数据和牵引电流数据，采样频率均为1000Hz，控制单元7控制电位监测装置3、行驶距离监测装置5和牵引电流监测装置6的采集时间同步，电位监测装置3、行驶距离监测装置5和牵引电流监测装置6分别将所采集的数据通过无线通信方式发送至控制单元7。
S4：机车4行驶至基准位置后停止运行，电位监测装置3、行驶距离监测装置5和牵引电流监测装置6完成数据采集并停止工作；控制单元7根据相邻采样间隔内电位变化超过预设值为电位跳变的准则，从接收到的电位数据中判别电位跳变以及对应的跳变时间，其中，预设值可以根据实际需要设置，比如预设值设置为1V；由于电位监测装置3和行驶距离监测装置5的采集时间同步，控制单元7将机车4行驶至基准位置时行驶距离监测装置5采集的行驶距离数据作为机车4的运行总长L1，并从接收到的行驶距离数据中确定跳变时刻机车4的运行路程L2，将运行总长L1和运行路程L2的差值作为回流轨道1对地绝缘破损位置12与基准位置的距离L，即L＝L1-L2，实现回流轨道1对地绝缘破损位置的定位。
S5：控制单元7从接收到的牵引电流数据中确定跳变时刻机车4的牵引电流并定义为I，从接收到的电位数据中确定跳变时刻基准位置的电位并定义为v，根据步骤S4确定的回流轨道1对地绝缘破损位置12与基准位置的距离L，回流轨道1的纵向电阻Rt和过渡电阻Rg，控制单元7通过下式计算得到回流轨道1对地绝缘破损位置12的过渡电阻Rz：
其中，回流轨道1的纵向电阻和过渡电阻是地铁或煤矿系统的监测物理量。
所述的机车4为直流牵引机车。
所述的电位监测装置3由电压变送模块、数据采集模块以及无线通信模块组成，基准位置通过信号电缆与电压变送模块连接，电压变送模块将基准位置的电位信号按照数据采集模块许可的数据类型及范围进行转换，数据采集模块对转换后的数据进行采集处理，通过无线通信模块发送给控制单元7。
所述的行驶距离监测装置5由旋转编码器、可编程控制器和无线通信模块组成，旋转编码器安装于机车4的轮轴上，旋转编码器将机车4的速度信号转换成高速脉冲串并由可编程控制器的高速计数器采集，车轮旋转一周产生的高速脉冲数量以及周长均是已知量，可编程控制器计算机车4车轮的旋转周数，将旋转周数与周长的乘积作为机车4的运行路程，通过无线通信模块发送给控制单元7。
所述的牵引电流监测装置6包括光纤电流互感器和无线通信模块，光纤电流互感器监测机车4的牵引电流，并通过无线通信模块发送给控制单元7。
以上所述，仅是本发明的优选实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围；凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改或同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1：回流轨道(1)通过电缆与变电所(2)负极连接，选择连接点的位置(11)作为基准位置；
S2：在步骤S1中选择的基准位置安装电位监测装置(3)，采集某一时刻基准位置的电位数据；同时，在机车(4)上安装行驶距离监测装置(5)和牵引电流监测装置(6)，分别采集某一时刻机车(4)的行驶距离数据和牵引电流数据；
S3：机车(4)沿回流轨道(1)向变电所(2)行驶，在行驶过程中，电位监测装置(3)、行驶距离监测装置(5)和牵引电流监测装置(6)连续采集电位数据、行驶距离数据和牵引电流数据，控制单元(7)控制电位监测装置(3)、行驶距离监测装置(5)和牵引电流监测装置(6)的采集时间同步，电位监测装置(3)、行驶距离监测装置(5)和牵引电流监测装置(6)分别将所采集的数据通过无线通信方式发送至控制单元(7)；
S4：控制单元(7)根据相邻采样间隔内电位变化超过预设值为电位跳变的准则，从接收到的电位数据中判别电位跳变以及对应的跳变时间；控制单元(7)将机车(4)行驶至基准位置时行驶距离监测装置(5)采集的行驶距离数据作为机车(4)的运行总长L1，并从接收到的行驶距离数据中确定跳变时刻机车(4)的运行路程L2，将运行总长L1和运行路程L2的差值作为回流轨道(1)对地绝缘破损位置(12)与基准位置的距离L，即L＝L1-L2；
S5：控制单元(7)从接收到的牵引电流数据中确定跳变时刻机车(4)的牵引电流并定义为I，从接收到的电位数据中确定跳变时刻基准位置的电位并定义为v，根据步骤S4确定的回流轨道(1)对地绝缘破损位置(12)与基准位置的距离L，回流轨道(1)的纵向电阻Rt和过渡电阻Rg，控制单元(7)通过下式计算得到回流轨道(1)对地绝缘破损位置(12)的过渡电阻Rz：
2.根据权利要求1所述的一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法，其特征在于：所述机车(4)为直流牵引机车。
3.根据权利要求1所述的一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法，其特征在于：所述电位监测装置(3)由电压变送模块、数据采集模块以及无线通信模块组成，基准位置通过信号电缆与电压变送模块连接，电压变送模块将基准位置的电位信号按照数据采集模块许可的数据类型及范围进行转换，数据采集模块对转换后的数据进行采集、处理，通过无线通信模块发送给控制单元(7)。
4.根据权利要求1所述的一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法，其特征在于：所述行驶距离监测装置(5)由旋转编码器、可编程控制器和无线通信模块组成，旋转编码器安装于机车(4)的轮轴上，旋转编码器将机车(4)的速度信号转换成高速脉冲串并由可编程控制器的高速计数器采集，可编程控制器计算机车(4)车轮的旋转周数，将旋转周数与周长的乘积作为机车(4)的运行路程，通过无线通信模块发送给控制单元(7)。
5.根据权利要求1所述的一种地铁/煤矿回流轨道绝缘破损位置及其过渡电阻监测方法，其特征在于：所述牵引电流监测装置(6)包括光纤电流互感器和无线通信模块，光纤电流互感器监测机车(4)的牵引电流，并通过无线通信模块发送给控制单元(7)。
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