CN111596331A - 一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统及方法，牵引变电所27.5kV侧电压互感器和牵引变电所27.5kV侧电流互感器与牵引变电所数据收集模块相连，所述牵引回流系统高内阻电位仪和牵引回流系统电流互感器与牵引回流系统数据收集模块相连，牵引变电所数据收集模块与牵引变电所数据存传模块相连，将牵引变电所数据上传到测试数据分析与处理模块，牵引回流系统数据收集模块与牵引回流系统数据存传模块相连，将牵引回流系统数据上传到测试数据分析与处理模块，测试数据分析与处理模块将数据进行分析处理以后上传给动作模块。本发明同步采集牵引变电所实时负荷过程和牵引回流动态分布参数，实现电气化铁路牵引回流和钢轨电位的实时监测与评价。
Description
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引回流和钢轨电位测试领域，具体是一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统及方法。
背景技术
与普速铁路相比，高速重载电气化铁路具有牵引负荷大、列车负载率高等特点,会导致牵引回流大和钢轨电位过高等现象。钢轨电位超过标准限值要求，将对沿线设备和人员生命安全造成威胁，并且容易引起同轨道相连的信号设备的功能不良或故障，加速钢轨与轨枕间绝缘垫板的老化，造成牵引回流异常等情况。因此，为了使线路牵引回流和钢轨电位满足相关标准，有必要开发一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统，对牵引回流和钢轨电位进行实时监测，在其超过标准限值时发出报警信号，以避免可能引起造成的运行故障和经济损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统及方法，通过设置GPS对时和触发功能，同步采集牵引变电所27.5kV侧电压和电流以及牵引回流系统电压和电流，通过设置GPS定位功能，跟踪牵引回流测试点的实时位置，实现电气化铁路牵引回流和钢轨电位的实时和动态综合测试。
本发明的技术方案：
一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统，包括牵引变电所27.5kV侧电压互感器、牵引变电所27.5kV侧电流互感器、牵引回流系统高内阻电位仪以及牵引回流系统电流互感器，所述牵引变电所27.5kV侧电压互感器和牵引变电所27.5kV侧电流互感器与牵引变电所数据收集模块相连，所述牵引回流系统高内阻电位仪和牵引回流系统电流互感器与牵引回流系统数据收集模块相连，牵引变电所数据收集模块与牵引变电所数据存传模块相连，将牵引变电所数据上传到测试数据分析与处理模块，牵引回流系统数据收集模块与牵引回流系统数据存传模块相连，将牵引回流系统数据上传到测试数据分析与处理模块，测试数据分析与处理模块将数据进行分析处理以后上传给动作模块。
所述牵引回流系统高内阻电位仪的一根测量引线通过钢轨接地线夹与钢轨相连，另一根测量引线与远端的参考电极相连，通过两根引线的电位差得到钢轨电位。
所述钢轨的绝缘节处有通往扼流变的引线，通过在该引线上穿入牵引回流系统电流互感器测得牵引回流。
所述动作模块判断测试数据是否满足标准，若满足标准要求，则记录该数据，若测试数据不满足标准要求，则发出报警。
所述牵引变电所数据收集模块和牵引回流系统数据收集模块均设置GPS对时电路和定时触发电路，GPS对时电路和定时触发电路实现牵引变电所数据收集模块和牵引回流系统数据收集模块采集数据的实时性和同步性。
所述牵引回流系统数据收集模块设置有GPS定位电路，GPS定位电路定位测试点的实时位置，动态测试电气化铁路牵引回流和钢轨电位。
一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试方法，包括以下具体步骤：
牵引变电所27.5kV侧电压互感器测量牵引变电所27.5kV侧电压数据，牵引变电所27.5kV侧电流互感器测量牵引变电所27.5kV侧电流数据；
牵引回流系统高内阻电位仪的一根测量引线通过钢轨接地线夹与钢轨相连，另一根测量引线与远端的参考电极相连，通过两根引线的电位差得到钢轨电位；
钢轨的绝缘节处有通往扼流变的引线，通过在该引线上穿入牵引回流系统电流互感器测得牵引回流；
牵引变电所27.5kV侧电压数据和牵引变电所27.5kV侧电流数据传输到牵引变电所数据收集模块，钢轨电位数据、牵引回流数据传输到牵引回流系统数据收集模块；
牵引变电所数据收集模块和牵引回流系统数据收集模块通过GPS对时电路和定时触发电路实现牵引变电所和牵引回流系统的测试同步性；
牵引变电所数据收集模块通过牵引变电所数据存传模块将同步后的测试数据传输到测试数据分析与处理模块，牵引回流系统数据收集模块通过牵引回流系统数据存传模块将同步后的测试数据传输到测试数据分析与处理模块；
测试数据分析与处理模块将数据进行分析处理以后上传给动作模块；
动作模块判断测试数据是否满足标准，若满足标准要求，则记录该数据，若测试数据不满足标准要求，则发出报警。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、现有电气化铁路牵引回流和钢轨电位测试系统中在牵引变电所以及牵引回流系统的测试缺乏同步性，无法实时准确地分析线路牵引回流和钢轨电位情况。本发明提出的新型电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统采用GPS对时和触发功能，可以实现牵引变电所和牵引回流系统的测试同步性，测试结果具有严格的时间对应关系。
二、本发明提出的新型电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统在牵引回流系统中采用GPS定位功能，实现了牵引回流和钢轨电位的实时检测，当线路回流和钢轨电位超标时，可以及时、准确地定位超标点，测试结果具有严格的空间对应关系。
三、本发明提出的新型电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统采用数据实时上传的方式减少了数据本地存储容量，有效避免本地数据丢失问题，同时方便后台进行牵引回流和钢轨电位综合分析，提高了系统运行效率。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是钢轨电位测试原理图；
图3是牵引回流测试原理图；
图4是本发明实施例钢轨电流和钢轨电压值；
图5是本发明实施例12:38～15:41时间段测试数据；
图6是本发明实施例17:33～18:45时间段测试数据。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统，包括牵引变电所27.5kV侧电压互感器1、牵引变电所27.5kV侧电流互感器2、牵引回流系统高内阻电位仪3以及牵引回流系统电流互感器4，所述牵引变电所27.5kV侧电压互感器1和牵引变电所27.5kV侧电流互感器2与牵引变电所数据收集模块5相连，所述牵引回流系统高内阻电位仪3和牵引回流系统电流互感器4与牵引回流系统数据收集模块6相连，牵引变电所数据收集模块5与牵引变电所数据存传模块7相连，将牵引变电所数据上传到测试数据分析与处理模块9，牵引回流系统数据收集模块6与牵引回流系统数据存传模块8相连，将牵引回流系统数据上传到测试数据分析与处理模块9，测试数据分析与处理模块9将数据进行分析处理以后上传给动作模块10。
所述牵引回流系统高内阻电位仪3的一根测量引线通过钢轨接地线夹与钢轨相连，另一根测量引线与远端的参考电极相连，通过两根引线的电位差得到钢轨电位。
所述钢轨的绝缘节处有通往扼流变的引线，通过在该引线上穿入牵引回流系统电流互感器4测得牵引回流。
所述动作模块10判断测试数据是否满足标准，若满足标准要求，则记录该数据，若测试数据不满足标准要求，则发出报警。
所述牵引变电所数据收集模块5和牵引回流系统数据收集模块6均设置GPS对时电路和定时触发电路，GPS对时电路和定时触发电路实现牵引变电所数据收集模块5和牵引回流系统数据收集模块6采集数据的实时性和同步性。
所述牵引回流系统数据收集模块6设置有GPS定位电路，GPS定位电路定位测试点的实时位置，动态测试电气化铁路牵引回流和钢轨电位。
一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试方法，包括以下具体步骤：
牵引变电所27.5kV侧电压互感器1测量牵引变电所27.5kV侧电压数据，牵引变电所27.5kV侧电流互感器2测量牵引变电所27.5kV侧电流数据；
牵引回流系统高内阻电位仪3的一根测量引线通过钢轨接地线夹与钢轨相连，另一根测量引线与远端的参考电极相连，通过两根引线的电位差得到钢轨电位；
钢轨的绝缘节处有通往扼流变的引线，通过在该引线上穿入牵引回流系统电流互感器4测得牵引回流；
牵引变电所27.5kV侧电压数据和牵引变电所27.5kV侧电流数据传输到牵引变电所数据收集模块5，钢轨电位数据、牵引回流数据传输到牵引回流系统数据收集模块6；
牵引变电所数据收集模块5和牵引回流系统数据收集模块6通过GPS对时电路和定时触发电路实现牵引变电所和牵引回流系统的测试同步性；
牵引变电所数据收集模块5通过牵引变电所数据存传模块7将同步后的测试数据传输到测试数据分析与处理模块9，牵引回流系统数据收集模块6通过牵引回流系统数据存传模块8将同步后的测试数据传输到测试数据分析与处理模块9；
测试数据分析与处理模块9将数据进行分析处理以后上传给动作模块10；
动作模块10判断测试数据是否满足标准，若满足标准要求，则记录该数据，若测试数据不满足标准要求，则发出报警。
实施例：
请参阅图4-图6，牵引回流测试系统采集到某日17:33～18:45时间段钢轨回流值和钢轨电位值，统计曲线如图4所示。
可见，当某次列车在18点15分经过扼流变时，此时钢轨回流和钢轨电位均达到最大值，统计结果如表1所示。
表1最大钢轨回流和最大钢位电压值
选取12:38～15:41和17:33～18:45时间段内钢轨回流、钢轨电位测试数据，过程分布如图5和图6所示，统计结果如表2和表3所示。
表2 12:38～15:41时间段负荷电流、钢轨回流和钢轨电位值
| 负荷电流最大值(A) | 钢轨电流(A) | 钢轨电压(V) |
| 565 | 152 | 69.4 |
表3 17:33～18:45时间段负荷电流、钢轨回流和钢轨电位值
| 负荷电流最大值(A) | 钢轨电流(A) | 钢轨电压(V) |
| 526 | 121 | 54.9 |
可见，监测点距离变电所距离约为1km位置，附近信号系统的双扼流变压器中性点直接连接回流线，有效抑制了钢轨电位的大小。根据建立的牵引供电系统仿真模型，模拟注入钢轨电流，分别为152A和121A，理论计算结果与测试结果对比如表4所示。其中土壤电阻率取400Ω·m，钢轨泄漏电阻取100Ω·km。仿真结果基本规律与测试结果一致，主要误差是由于钢轨泄漏电阻相对较小，且测试期间有一定量降水，土壤电阻率也有一定变化，对钢轨电位大小存在影响。
表4钢轨电位理论计算与实测结果对比
| 测试值(V) | 计算值(V) |
| 69.4 | 75 |
| 54.9 | 61 |
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统，其特征在于，包括牵引变电所27.5kV侧电压互感器(1)、牵引变电所27.5kV侧电流互感器(2)、牵引回流系统高内阻电位仪(3)以及牵引回流系统电流互感器(4)，所述牵引变电所27.5kV侧电压互感器(1)和牵引变电所27.5kV侧电流互感器(2)与牵引变电所数据收集模块(5)相连，所述牵引回流系统高内阻电位仪(3)和牵引回流系统电流互感器(4)与牵引回流系统数据收集模块(6)相连，牵引变电所数据收集模块(5)与牵引变电所数据存传模块(7)相连，将牵引变电所数据上传到测试数据分析与处理模块(9)，牵引回流系统数据收集模块(6)与牵引回流系统数据存传模块(8)相连，将牵引回流系统数据上传到测试数据分析与处理模块(9)，测试数据分析与处理模块(9)将数据进行分析处理以后上传给动作模块(10)。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统，其特征在于，所述牵引回流系统高内阻电位仪(3)的一根测量引线通过钢轨接地线夹与钢轨相连，另一根测量引线与远端的参考电极相连，通过两根引线的电位差得到钢轨电位。
3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统，其特征在于，所述钢轨的绝缘节处有通往扼流变的引线，通过在该引线上穿入牵引回流系统电流互感器(4)测得牵引回流。
4.根据权利要求1所述的一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统，其特征在于，所述动作模块(10)判断测试数据是否满足标准，若满足标准要求，则记录该数据，若测试数据不满足标准要求，则发出报警。
5.根据权利要求1所述的一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统，其特征在于，所述牵引变电所数据收集模块(5)和牵引回流系统数据收集模块(6)均设置GPS对时电路和定时触发电路，GPS对时电路和定时触发电路实现牵引变电所数据收集模块(5)和牵引回流系统数据收集模块(6)采集数据的实时性和同步性。
6.根据权利要求1所述的一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试系统，其特征在于，所述牵引回流系统数据收集模块(6)设置有GPS定位电路，GPS定位电路定位测试点的实时位置，动态测试电气化铁路牵引回流和钢轨电位。
7.一种电气化铁路牵引回流和钢轨电位综合测试方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
牵引变电所27.5kV侧电压互感器(1)测量牵引变电所27.5kV侧电压数据，牵引变电所27.5kV侧电流互感器(2)测量牵引变电所27.5kV侧电流数据；
牵引回流系统高内阻电位仪(3)的一根测量引线通过钢轨接地线夹与钢轨相连，另一根测量引线与远端的参考电极相连，通过两根引线的电位差得到钢轨电位；
钢轨的绝缘节处有通往扼流变的引线，通过在该引线上穿入牵引回流系统电流互感器(4)测得牵引回流；
牵引变电所27.5kV侧电压数据和牵引变电所27.5kV侧电流数据传输到牵引变电所数据收集模块(5)，钢轨电位数据、牵引回流数据传输到牵引回流系统数据收集模块(6)；
牵引变电所数据收集模块(5)和牵引回流系统数据收集模块(6)通过GPS对时电路和定时触发电路实现牵引变电所和牵引回流系统的测试同步性；
牵引变电所数据收集模块(5)通过牵引变电所数据存传模块(7)将同步后的测试数据传输到测试数据分析与处理模块(9)，牵引回流系统数据收集模块(6)通过牵引回流系统数据存传模块(8)将同步后的测试数据传输到测试数据分析与处理模块(9)；
测试数据分析与处理模块(9)将数据进行分析处理以后上传给动作模块(10)；
动作模块(10)判断测试数据是否满足标准，若满足标准要求，则记录该数据，若测试数据不满足标准要求，则发出报警。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200828 |