CN112379301A - 一种轨道杂散电流和过渡电阻在线监测方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道杂散电流和过渡电阻在线监测方法及其系统，包括：获取钢轨等效电阻值、排流网等效电阻值、参考接地线等效电阻值和采样电阻值；采集过渡电压值、漏电电压值和采样电流值；采集网口电阻值并生成校准系数；利用公式
Figure DDA0002682491450000011
计算得到过渡电阻值并利用公式IZ＝kic计算得到杂散电流值。本发明通过设置在线监测电路单元采集漏电电压值、过渡电压值和采样电流值，并通过校准电路单元采集网口电阻值，数据处理单元通过对预先测量完成的多种等效电阻值、采样电阻值和在线监测数据进行联合运算，得到经过校准系数矫正后的过渡电阻值及杂散电流值，实现了实时在线监测杂散电流值的同时，避免了轨道的网口电阻影响监测数据的问题。

Description

一种轨道杂散电流和过渡电阻在线监测方法及其系统
技术领域
本发明涉及轨道检测技术领域，具体涉及一种轨道杂散电流和过渡电阻在线监测方法及其系统。
背景技术
杂散电流指不按照规定途径移动的电流，主要存在于土壤中。这种在土壤中的杂散电流会通过土壤中导电体某一部位进入，并在导电体中移动一段距离后在从导电体中离开回到土壤中，这些电流离开导电体的地方就会发生腐蚀，这种腐蚀被称为杂散电流腐蚀。杂散电流腐蚀对埋地金属管道，地下结构体重的钢筋、钢结构等具有重大危害，会严重降低埋地金属体的使用寿命，存在较大安全威胁。
目前，电气化铁路尤其是城市轨道交通系统在施工完成后，经过多年运营后会产生较大的轨道杂散漏出量，已经成为最大的杂散电流输出源之一。因此对轨道杂散漏出量进行在线监测和严密管控迫在眉睫。
但是，目前的杂散电流监测方法因轨道交通直流牵引系统产生的杂散电流是动态变化的，杂散电流难以直接测量，一般都通过轨道电位、埋地金属的极化电位等参数间接反映杂散电流的腐蚀情况。因此，现有的杂散电流监测方法均使用静态、间接的检查方法，具有无法实时在线监测杂散电流值的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种轨道杂散电流和过渡电阻在线监测方法及其系统，通过改进监测方法及检测电路的结构，解决了现有的杂散电流监测方法及装置无法实时在线监测杂散电流值的问题。
为解决以上问题，本发明的技术方案为采用一种轨道杂散电流和过渡电阻在线监测方法，包括：获取钢轨等效电阻值、排流网等效电阻值、参考接地线等效电阻值和采样电阻值；采集过渡电压值、漏电电压值和采样电流值；采集网口电阻值并生成校准系数；利用公式计算得到过渡电阻值并利用公式计算得到杂散电流值，其中，U1为所述过渡电压值，U2为所述漏电电压值，R1为所述排流网等效电阻值、R2为所述参考接地线等效电阻值，RC为所述采样电阻值，ic为所述采样电流值，k为所述校准系数。
可选地，生成校准系数包括：获取所述参考接地线等效电阻值和所述采样电阻值；采集所述网口电阻值；利用
Figure BDA0002682491430000021
公式计算得到所述校准系数。
可选地，采集所述过渡电压值、所述漏电电压值和所述采样电流值包括：基于过渡电压监测表、漏电电压监测表、采样电阻和采样电流监测表构成在线监测电路单元，其中，所述过渡电压监测表的正极与钢轨电连接，所述过渡电压监测表的负极与排流网电连接，所述漏电电压监测表的正极与所述排流网电连接，所述漏电电压监测表的负极与接地参考线电连接，所述采样电流监测表和所述采样电阻按照串联的方式设置于所述排流网与所述接地参考线之间；在所述轨道车辆经过所述钢轨的情况下，所述在线监测电路单元采集所述过渡电压值、所述漏电电压值和所述采样电流值。
可选地，采集所述网口电阻值包括：在所述轨道车辆驶离所述钢轨且牵引系统供电开关断开的情况下，通过将采样电阻替换为校验单元的方式，得到由所述漏电电压监测表、所述校验单元和所述采样电流监测表构成的校准电路单元；在所述校验单元产生电流的情况下，所述校准电路单元采集所述网口电阻值。
可选地，所述校准电路单元采集所述网口电阻值包括：所述校验单元产生电流时构成由过渡电阻、排流网等效电阻和参考接地线等效电阻构成的闭合回路；所述校验单元采集所述闭合回路的电压值并基于预设产生的电流值生成所述网口电阻值。
相应的，本发明提供，一种轨道杂散电流和过渡电阻在线监测系统，包括：在线监测电路单元，用于采集过渡电压值、漏电电压值和采样电流值，并传输至所述数据处理单元；校准电路单元，用于采集网口电阻值并传输至所述数据处理单元；数据处理单元，用于获取在先检测的钢轨等效电阻值、排流网等效电阻值、参考接地线等效电阻值和采样电阻值，生成校准系数，并利用公式
Figure DEST_PATH_GDA0002884908540000031
计算得到过渡电阻值以及利用公式IZ＝kic计算得到杂散电流值，其中，U1为所述过渡电压值，U2为所述漏电电压值，R1为所述排流网等效电阻值、R2为所述参考接地线等效电阻值，RC为所述采样电阻值，ic为所述采样电流值，k为所述校准系数。
可选地，所述在线监测电路单元包括过渡电压监测表、漏电电压监测表、采样电阻和采样电流监测表，其中，所述过渡电压监测表的正极与钢轨电连接，所述过渡电压监测表的负极与排流网电连接，所述漏电电压监测表的正极与所述排流网电连接，所述漏电电压监测表的负极与接地参考线电连接，所述采样电流监测表和所述采样电阻按照串联的方式设置于所述排流网与所述接地参考线之间；在所述轨道车辆经过所述钢轨的情况下，所述在线监测电路单元采集所述过渡电压值、所述漏电电压值和所述采样电流值。
可选地，所述校准电路单元包括所述漏电电压监测表、校验单元和所述采样电流监测表，所述漏电电压监测表的正极与所述排流网电连接，所述漏电电压监测表的负极与接地参考线电连接，所述采样电流监测表和所述校验单元按照串联的方式设置于所述排流网与所述接地参考线之间，其中，在牵引系统供电开关断开且所述校验单元产生电流的情况下，所述校准电路单元采集所述网口电阻值。
可选地，所述数据处理单元生成所述校准系数包括：获取所述参考接地线等效电阻值和所述采样电阻值；采集所述网口电阻值；利用
Figure BDA0002682491430000032
公式计算得到所述校准系数。
可选地，所述在线监测系统还包括：多路时钟电路单元，用于控制所述过渡电压监测表、所述漏电电压监测表和所述采样电流监测表同步采集数据。
本发明的首要改进之处为提供的轨道杂散电流和过渡电阻在线监测方法及其系统，通过设置在线监测电路单元采集漏电电压值、过渡电压值和采样电流值，并通过校准电路单元采集网口电阻值，数据处理单元通过对预先测量完成的钢轨等效电阻、排流网等效电阻、参考接地线等效电阻、采样电阻和在线监测数据进行联合运算，得到经过校准系数矫正后的过渡电阻值及杂散电流值，实现了实时在线监测杂散电流值的同时，避免了轨道的网口电阻影响监测数据的问题。
附图说明
图1是本发明的轨道杂散电流和过渡电阻在线监测方法的简化流程图；
图2是本发明的轨道杂散电流和过渡电阻在线监测系统的简化模块连接图；
图3是本发明的在线监测电路单元的简化电路接线图；
图4是本发明的在线监测电路单元的简化电气原理图；
图5是本发明的校准电路单元的简化电气原理图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种轨道杂散电流和过渡电阻在线监测方法，包括：获取钢轨等效电阻值、排流网等效电阻值、参考接地线等效电阻值和采样电阻值；采集过渡电压值、漏电电压值和采样电流值；采集网口电阻值并生成校准系数；利用公式
Figure DEST_PATH_GDA0002884908540000041
计算得到过渡电阻值RT并利用公式IZ＝kic计算得到杂散电流值，其中，U1为所述过渡电压值，U2为所述漏电电压值，R1为所述排流网等效电阻值、R2为所述参考接地线等效电阻值，RC为所述采样电阻值，ic为所述采样电流值，k为所述校准系数。其中，生成校准系数k包括：获取所述参考接地线等效电阻值和所述采样电阻值；采集所述网口电阻值；利用
Figure BDA0002682491430000051
公式计算得到所述校准系数k。
进一步的，采集所述过渡电压值、所述漏电电压值和所述采样电流值包括：基于过渡电压监测表4、漏电电压监测表5、采样电阻6和采样电流监测表7构成在线监测电路单元，其中，所述过渡电压监测表4的正极与钢轨1电连接，所述过渡电压监测表4的负极与排流网2电连接，所述漏电电压监测表5的正极与所述排流网 2电连接，所述漏电电压监测表5的负极与接地参考线3电连接，所述采样电流监测表7和所述采样电阻6按照串联的方式设置于所述排流网2与所述接地参考线3 之间；在所述轨道车辆经过所述钢轨1的情况下，所述在线监测电路单元采集所述过渡电压值、所述漏电电压值和所述采样电流值。
为便于理解本发明检测过渡电阻值RT的目的，具体的，过渡电阻是一种瞬间状态的电阻，当电气设备发生相间短路或相对地短路时，短路电流从一相流到另一相或从一相流入接地部位的途径中所通过的电阻。相间短路时，过渡电阻主要是电弧电阻。接地短路时，过渡电阻主要是杆塔及其接地电阻。一旦故障消失，过渡电阻也随之消失。因此轨道的过渡电阻值，表征的是某段轨道在轨道车辆通过时加电峰值时轨道绝缘状态发生改变的情况下的瞬态电阻。本发明通过监测轨道车辆通过时的瞬态过渡电阻，能够有效监测轨道车辆通过时轨道的绝缘状态改变情况。
同时，发明人注意到由于铁轨构成的复杂性，例如一定长度的铁轨内存在多个相连的排流网，构成了一个具有多电阻串联/并联的电阻网络，造成了在线监测电路设置于轨道上时可能存在网口电阻的存在。在网口电阻的分流影响下造成ic无法完全表征杂散电流值的大小。而该电阻网络由于连接关系十分复杂，定性分析计算电阻网络的网口电阻的计算量较大且可靠性较低。
因此，为排除网口电阻的影响，发明人创造性的通过改进检测方法，具体的，在所述轨道车辆驶离所述钢轨1且牵引系统供电开关9断开的情况下，通过将采样电阻6替换为校验单元8的方式，得到由所述漏电电压监测表5、所述校验单元8 和所述采样电流监测表7构成的校准电路单元；在所述校验单元8产生电流的情况下，所述校准电路单元采集所述网口电阻值。其中，所述校准电路单元采集所述网口电阻值包括：所述校验单元8产生电流时构成由过渡电阻、排流网等效电阻和参考接地线等效电阻构成的闭合回路；所述校验单元8采集所述闭合回路的电压值并基于预设产生的电流值生成所述网口电阻值。具体的，通过将采样电阻6替换为校验单元8时，校验单元8的设置位置与原先的采样电阻6的设置位置相同。
相应的，本发明提供，如图2所示，一种轨道杂散电流和过渡电阻在线监测系统，包括：在线监测电路单元，用于采集过渡电压值、漏电电压值和采样电流值，并传输至所述数据处理单元；校准电路单元，用于采集网口电阻值并传输至所述数据处理单元；数据处理单元，用于获取在先检测的钢轨等效电阻值、排流网等效电阻值、参考接地线等效电阻值和采样电阻值，生成校准系数，并利用公式
Figure DEST_PATH_GDA0002884908540000061
计算得到过渡电阻值RT以及利用公式IZ＝kic计算得到杂散电流值ic，其中，U1为所述过渡电压值，U2为所述漏电电压值，R1为所述排流网等效电阻值、R2为所述参考接地线等效电阻值，RC为所述采样电阻值，ic为所述采样电流值，k为所述校准系数。其中，数据处理单元可以是51单片机，通过无线传输单元与所述过渡电压监测表4、所述漏电电压监测表5和所述采样电流监测表7 实现通信连接，数据处理单元在接收到采集数据后能够通过数/模转换单元、功放单元完成数据的预处理。具体的，所述数据处理单元生成所述校准系数包括：获取所述参考接地线等效电阻值和所述采样电阻值；采集所述网口电阻值；利用
Figure BDA0002682491430000062
公式计算得到所述校准系数。
进一步的，如图3和图4所示，所述在线监测电路单元包括过渡电压监测表4、漏电电压监测表5、采样电阻6和采样电流监测表7，其中，所述过渡电压监测表4 的正极与钢轨1电连接，所述过渡电压监测表4的负极与排流网2电连接，所述漏电电压监测表5的正极与所述排流网2电连接，所述漏电电压监测表5的负极与接地参考线3电连接，所述采样电流监测表7和所述采样电阻6按照串联的方式设置于所述排流网2与所述接地参考线3之间；在所述轨道车辆经过所述钢轨1的情况下，所述在线监测电路单元采集所述过渡电压值、所述漏电电压值和所述采样电流值。
更进一步的，如图5所示，所述校准电路单元包括所述漏电电压监测表5、校验单元8和所述采样电流监测表7，所述漏电电压监测表5的正极与所述排流网2 电连接，所述漏电电压监测表5的负极与接地参考线3电连接，所述采样电流监测表7和所述校验单元8按照串联的方式设置于所述排流网2与所述接地参考线3之间，其中，在牵引系统供电开关9断开且所述校验单元8产生电流的情况下，所述校准电路单元采集所述网口电阻值。其中，校验单元8可以由能够提供稳定电流的大功率恒定电流电源和测量电路电压的精密电压表构成，所述精密电压表设置于所述大功率恒定电流电源的正负极之间。
具体的，所述校验单元8能够在牵引系统断电的情况下，产生电流并构成一个以所述校验单元8为电源的闭合回路，同时校验单元8能够采集该电路中的电压从而基于电压数据及其自身预设的产生电流的数值生成网口电阻采集数据。同时，通过设置所述漏电电压监测表5和所述采样电流监测表7，能够有效监测电路中实际电流大小及电压大小，以防止校验单元8的实际产生电流大小发生改变及其采集的电路电压数据存在偏差，数据处理单元能够基于所述漏电电压监测表5和所述采样电流监测表7传输的电压采集数据和电流采集数据生成用于验证网口电阻采集数据准确性的辅助电阻数据。辅助电阻数据与网口电阻采集数据的差值在一定阈值区间内时视为检测结果正常，否则视为网口电阻采集数据异常，数据处理单元生成用于提示用户的报警信息。阈值区间由用户根据实际工况设置，本发明不做限定。
为保证检测数据的时间一致性，所述在线监测系统还包括：多路时钟电路单元，用于控制所述过渡电压监测表4、所述漏电电压监测表5和所述采样电流监测表7 同步采集数据。所述多路时钟电路单元可以包括振荡器、频率合成器和时钟输出器，所述振荡器、频率合成器和时钟输出器按照依次级联的方式电连接。其中，所述时钟输出器分别与所述过渡电压监测表4、所述漏电电压监测表5和所述采样电流监测表7电连接，使得所述过渡电压监测表4、所述漏电电压监测表5和所述采样电流监测表7能够在同一时刻下进行数据的采集。
本发明通过设置在线监测电路单元采集漏电电压值、过渡电压值和采样电流值，并通过校准电路单元采集网口电阻值，数据处理单元通过对预先测量完成的钢轨等效电阻、排流网等效电阻、参考接地线等效电阻、采样电阻和在线监测数据进行联合运算，得到经过校准系数矫正后的过渡电阻值及杂散电流值，实现了实时在线监测杂散电流值的同时，避免了轨道的网口电阻影响监测数据的问题。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轨道杂散电流和过渡电阻在线监测方法，其特征在于，包括：
获取钢轨等效电阻值、排流网等效电阻值、参考接地线等效电阻值和采样电阻值；
采集过渡电压值、漏电电压值和采样电流值；
采集网口电阻值并生成校准系数；
利用公式
Figure RE-FDA0002884908530000011
计算得到过渡电阻值并利用公式IZ＝kic计算得到杂散电流值，其中，U1为所述过渡电压值，U2为所述漏电电压值，R1为所述排流网等效电阻值、R2为所述参考接地线等效电阻值，RC为所述采样电阻值，ic为所述采样电流值，k为所述校准系数。
2.根据权利要求1所述的在线监测方法，其特征在于，生成所述校准系数包括：
获取所述参考接地线等效电阻值和所述采样电阻值；
采集所述网口电阻值；
利用公式
Figure RE-FDA0002884908530000012
计算得到所述校准系数。
3.根据权利要求2所述的在线监测方法，其特征在于，采集所述过渡电压值、所述漏电电压值和所述采样电流值包括：
基于过渡电压监测表(4)、漏电电压监测表(5)、采样电阻(6)和采样电流监测表(7)构成在线监测电路单元，其中，所述过渡电压监测表(4)的正极与钢轨(1)电连接，所述过渡电压监测表(4)的负极与排流网(2)电连接，所述漏电电压监测表(5)的正极与所述排流网(2)电连接，所述漏电电压监测表(5)的负极与接地参考线(3)电连接，所述采样电流监测表(7)和所述采样电阻(6)按照串联的方式设置于所述排流网(2)与所述接地参考线(3)之间；
在所述轨道车辆经过所述钢轨(1)的情况下，所述在线监测电路单元采集所述过渡电压值、所述漏电电压值和所述采样电流值。
4.根据权利要求3所述的在线监测方法，其特征在于，采集所述网口电阻值包括：
在所述轨道车辆驶离所述钢轨(1)且牵引系统供电开关(9)断开的情况下，通过将采样电阻(6)替换为校验单元(8)的方式，得到由所述漏电电压监测表(5)、所述校验单元(8)和所述采样电流监测表(7)构成的校准电路单元；
在所述校验单元(8)产生电流的情况下，所述校准电路单元采集所述网口电阻值。
5.根据权利要求4所述的在线监测方法，其特征在于，所述校准电路单元采集所述网口电阻值包括：
所述校验单元(8)产生电流时构成由过渡电阻、排流网等效电阻和参考接地线等效电阻构成的闭合回路；
所述校验单元(8)采集所述闭合回路的电压值并基于预设产生的电流值生成所述网口电阻值。
6.一种轨道杂散电流和过渡电阻在线监测系统，其特征在于，包括：
在线监测电路单元，用于采集过渡电压值、漏电电压值和采样电流值，并传输至所述数据处理单元；
校准电路单元，用于采集网口电阻值并传输至所述数据处理单元；
数据处理单元，用于获取在先检测的钢轨等效电阻值、排流网等效电阻值、参考接地线等效电阻值和采样电阻值，生成校准系数，并利用公式
Figure RE-FDA0002884908530000021
计算得到过渡电阻值以及利用公式IZ＝kic计算得到杂散电流值，其中，U1为所述过渡电压值，U2为所述漏电电压值，R1为所述排流网等效电阻值、R2为所述参考接地线等效电阻值，RC为所述采样电阻值，ic为所述采样电流值，k为所述校准系数。
7.根据权利要求6所述的在线监测系统，其特征在于，所述在线监测电路单元包括过渡电压监测表(4)、漏电电压监测表(5)、采样电阻(6)和采样电流监测表(7)，其中，
所述过渡电压监测表(4)的正极与钢轨(1)电连接，所述过渡电压监测表(4)的负极与排流网(2)电连接，所述漏电电压监测表(5)的正极与所述排流网(2)电连接，所述漏电电压监测表(5)的负极与接地参考线(3)电连接，所述采样电流监测表(7)和所述采样电阻(6)按照串联的方式设置于所述排流网(2)与所述接地参考线(3)之间；
在所述轨道车辆经过所述钢轨(1)的情况下，所述在线监测电路单元采集所述过渡电压值、所述漏电电压值和所述采样电流值。
8.根据权利要求7所述的在线监测系统，其特征在于，所述校准电路单元包括所述漏电电压监测表(5)、校验单元(8)和所述采样电流监测表(7)，所述漏电电压监测表(5)的正极与所述排流网(2)电连接，所述漏电电压监测表(5)的负极与接地参考线(3)电连接，所述采样电流监测表(7)和所述校验单元(8)按照串联的方式设置于所述排流网(2)与所述接地参考线(3)之间，其中，
在牵引系统供电开关(9)断开且所述校验单元(8)产生电流的情况下，所述校准电路单元采集所述网口电阻值。
9.根据权利要求6所述的在线监测系统，其特征在于，所述数据处理单元生成所述校准系数包括：获取所述参考接地线等效电阻值和所述采样电阻值；采集所述网口电阻值；利用公式
Figure RE-FDA0002884908530000031
计算得到所述校准系数。
10.根据权利要求8所述的在线监测系统，其特征在于，所述在线监测系统还包括：
多路时钟电路单元，用于控制所述过渡电压监测表(4)、所述漏电电压监测表(5)和所述采样电流监测表(7)同步采集数据。
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