CN113036743A - 杂散电流与钢轨电位的综合治理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种杂散电流与钢轨电位的综合治理方法和系统，所述系统包括钢轨电位限制柜、钢轨电位控制柜和排流柜；钢轨电位控制柜与所述排流柜通信连接；钢轨电位控制柜用于获取钢轨电位，当钢轨电位达到设定范围内时，通过电力电子器件调整钢轨的钢轨电位；钢轨电位控制柜将调整后的钢轨电位发送给排流柜以使排流柜根据钢轨电位进行排流操作；钢轨电位限制柜用于获取钢轨电位并在钢轨电位达到预设的阈值范围内时对钢轨进行电位限制操作。本发明提供的系统，通过钢轨电位控制柜和排流柜建立通信连接，排流柜在钢轨电位控制柜投入工作时根据钢轨电位进行排流操作，将杂散电流排到负极母排，可以做到防、排同时进行。

Description

杂散电流与钢轨电位的综合治理方法和系统

技术领域

本发明涉及轨道交通电力系统技术领域，具体涉及杂散电流与钢轨电位的综合治理方法和系统。

背景技术

目前，在地铁或轻轨牵引供电线路中，普遍采用直流电作为地铁或轻轨车辆(简称机车)的电源，且大多数采用走行钢轨作为牵引电流的回流通道，虽钢轨与地之间采取绝缘安装方式，但钢轨与地之间很难做到完全的对地绝缘，均存在一定的泄漏电阻。

随着机车运行时间的延长，环境逐步变差，钢轨与大地之间的绝缘电阻不断减小，致使一部分牵引回流电流流向大地形成杂散电流。由于钢轨与大地零电位之间存在泄漏电阻，杂散电流流经泄漏电阻，产生钢轨电位。同时，在机车和回流点附近钢轨中产生明显的钢轨对地电位，特别是在非牵引供电所站点，当机车启动时，启动电流较大，随着钢轨纵向电阻以及各种因素引起的接触电阻的增加，钢轨压降也大，杂散电流增加，钢轨电位增加。钢轨电位过高将危及人身及设备安全。同时，杂散电流在流经地下金属结构时会产生电化学腐蚀，尤其对沿线的输油管道、煤气管道、自来水管道及沿线建筑物结构钢等危害极大。

对杂散电流的防护目前采取是“以防为主、以排为辅”的防护措施，同时，预防措施和排流措施是相互独立的，对杂散电流的防护效果较差。

发明内容

本发明针对现有技术中由于预防措施和排流措施是相互独立的，导致对杂散电流的防护效果较差存在的技术问题，本发明提供一种杂散电流与钢轨电位的综合治理方法和系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一方面，本发明提供一种杂散电流与钢轨电位的综合治理系统，包括：钢轨电位限制柜、钢轨电位控制柜和排流柜；所述钢轨电位控制柜与所述排流柜通信连接；所述钢轨电位限制柜与所述钢轨电位控制柜连接；所述钢轨电位限制柜分别与钢轨和负极母排连接；所述钢轨电位控制柜分别与钢轨和负极母排连接；所述排流柜分别与钢轨和负极母排连接；

所述钢轨电位控制柜用于获取钢轨电位，当钢轨电位达到设定范围内时，通过电力电子器件调整钢轨的钢轨电位；

所述钢轨电位控制柜将调整后的钢轨电位发送给排流柜以使排流柜根据钢轨电位进行排流操作，将杂散电流排到负极母排；

所述钢轨电位限制柜用于获取钢轨电位并在钢轨电位达到预设的阈值范围内时对钢轨进行电位限制操作。

作为上述技术方案的进一步改进为：

上述方案中，优选地，所述设定范围为70V～90V之间；所述钢轨电位控制柜当钢轨电位达到70V～90V之间时，将钢轨电位控制在90V以下。

上述方案中，优选地，所述阈值范围为90V～110V、120V～170V或600V以上；所述钢轨电位限制柜通过短接钢轨和负极母排以进行钢轨电位的限制。

上述方案中，优选地，所述钢轨电位限制柜在钢轨电位属于阈值范围为90V～110V时，延时1s短接钢轨和负极母排；

所述钢轨电位限制柜在钢轨电位属于阈值范围为120V～170V时，无延时短接钢轨和负极母排；

所述钢轨电位限制柜在钢轨电位属于阈值范围为600V以上时通过钢轨电位限制柜中的晶闸管无延时短接钢轨和负极母排。

上述方案中，优选地，所述钢轨电位限制柜通过设置在钢轨上的电压传感器检测所述钢轨电位。

上述方案中，优选地，所述系统还包括：埋藏在道床中的极化电压检测装置；所述排流柜实时获取极化电压检测装置中检测的极化电压，当所述极化电压大于预设的排流电压值时，对钢轨进行排流操作，将杂散电流排到负极母排。

上述方案中，优选地，所述预设的排流电压值为0.5V。

另一方面，本发明提供一种杂散电流与钢轨电位的综合治理方法，基于第一方面任意所述的系统，所述方法包括：

钢轨电位控制柜获取钢轨电位，当钢轨电位达到设定范围内时，通过电力电子器件调整钢轨的钢轨电位；

钢轨电位控制柜将调整后的钢轨电位发送给排流柜以使排流柜根据钢轨电位进行排流操作，将杂散电流排到负极母排；

所述钢轨电位限制柜获取钢轨电位并在钢轨电位达到预设的阈值范围内时对钢轨进行电位限制操作。

本发明提供的一种杂散电流与钢轨电位的综合治理方法和系统，系统包括：钢轨电位限制柜、钢轨电位控制柜和排流柜；所述钢轨电位控制柜与所述排流柜通信连接；所述钢轨电位限制柜与所述钢轨电位控制柜连接；所述钢轨电位限制柜分别与钢轨和负极母排连接；所述钢轨电位控制柜分别与钢轨和负极母排连接；所述排流柜分别与钢轨和负极母排连接；所述钢轨电位控制柜用于获取钢轨电位，当钢轨电位达到设定范围内时，通过电力电子器件调整钢轨的钢轨电位；所述钢轨电位控制柜将调整后的钢轨电位发送给排流柜以使排流柜根据钢轨电位进行排流操作；所述钢轨电位限制柜用于获取钢轨电位并在钢轨电位达到预设的阈值范围内时对钢轨进行电位限制操作。本发明的系统，通过钢轨电位控制柜和排流柜建立通信连接，排流柜在钢轨电位控制柜投入工作时根据钢轨电位进行排流操作，将杂散电流排到负极母排。同时，通过钢轨电位限制柜在检测到钢轨电位过高时，及时进行电位限制处理，从而可以实现防、排同时进行。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例的杂散电流与钢轨电位的综合治理系统的结构图。

图2是本发明杂散电流与钢轨电位的综合治理的架构图。

通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。

图1为本发明实施例的杂散电流与钢轨电位的综合治理系统的结构图，如图1所示，本实施例中，杂散电流与钢轨电位的综合治理系统包括：

钢轨电位限制柜1、钢轨电位控制柜2和排流柜3；所述钢轨电位控制柜2与所述排流柜3通信连接；所述钢轨电位限制柜1与所述钢轨电位控制柜2连接。所述钢轨电位限制柜1分别与钢轨和负极母排连接；所述钢轨电位控制柜2分别与钢轨和负极母排连接；所述排流柜3分别与钢轨和负极母排连接。

所述钢轨电位控制柜2用于获取钢轨电位，当钢轨电位达到设定范围内时，通过电力电子器件调整钢轨的钢轨电位；

所述钢轨电位控制柜2将调整后的钢轨电位发送给排流柜3以使排流柜根据钢轨电位进行排流操作，将杂散电流排到负极母排；

所述钢轨电位限制柜1用于获取钢轨电位并在钢轨电位达到预设的阈值范围内时对钢轨进行电位限制操作。

本实施例中，通过钢轨电位限制柜1、钢轨电位控制柜2和排流柜3三者相互之间协作，钢轨电位控制柜2在钢轨电位没到危险值时，控制钢轨电位的数值，排流柜3在钢轨电位控制柜2控制钢轨电位的数值时，对钢轨的杂散电流进行排流。同时，在钢轨电位过高时，通过钢轨电位限制柜1进行限位保护。

本发明的系统，通过钢轨电位控制柜和排流柜建立通信连接，排流柜在钢轨电位控制柜投入工作时根据钢轨电位进行排流操作，将杂散电流排到负极母排。同时，通过钢轨电位限制柜在检测到钢轨电位过高时，及时进行电位限制处理，从而可以实现防、排同时进行。

同时，为了更详细的说明本发明的一种杂散电流与钢轨电位的综合治理系统，下面将对本发明的系统进行详细介绍。

如图2所示，本发明实施例系统由3部分组成，钢轨电位限制柜、钢轨电位控制柜、排流柜。综合治理的环境器件以及整体架构如图2所示，牵引所用来给轨道列车供电。通常情况下，本发明实施例系统中的钢轨电位限制柜和钢轨电位控制柜按照站台进行设置,比如图2中站1和站2，设置数量相比排流柜更多，排流柜通常设置在牵引所。图中的各个电阻如轨道电阻、泄漏电阻以及电阻都是表示各部分的等效电阻，本实施例对具体的数值不作说明。。

综合治理的理念是在尽可能降低钢轨电位的前提下，加大排流电流，减少因钢轨电位升高而造成频繁的故障报警并减小杂散电流建筑物钢筋的腐蚀。

当极化电压大于预设的排流电压值时，钢轨电位小于设定范围的值，比如设定范围中的70V，此时，排流柜工作，加大排流电流，减小因杂散电流造成的对建筑物钢筋的腐蚀作用。

当极化电压大于预设的排流电压值时，钢轨电位大于设定范围的值，比如设定范围中的70V时，排流系统和钢轨电位控制系统同时工作，在加大排流的同时，尽可能地控制钢轨电位，减少因钢轨电位的升高引起故障报警，如果通过最大排流仍不能控制钢轨电位，则钢轨电位限制系统进入二级、三级钢轨电位保护模式；

当极化电压小于预设的排流电压值时，钢轨电位大于设定范围的值，比如设定范围中的70V时，钢轨电压控制系统工作，通过加大排流而尽可能的降低钢轨电位；

上述方案中，优选地，预设的排流电压值可以为0.5V，也可以根据实际的需求进行调整后，本实施例对此不作限定。

综上所述，排流系统在钢轨电位控制柜投入工作时，会根据钢轨电位高低自行判断排流大小。排流系统在钢轨电位控制柜没有工作时,排流大小受极化电压控制,将杂散电流排到负极母排。做到防、排同时进行。

同时，当钢轨电位达到70V～90V之间时，钢轨电位控制柜开始工作，及时将钢轨电位控制在90V以下。

排流柜在钢轨电位控制柜投入工作时，会根据钢轨电位高低自行判断排流大小。

排流柜在钢轨电位控制柜没有工作时,排流大小受极化电压控制,将杂散电流排到负极母排。

当钢轨电位达到DC90～110V时，钢轨电位限制柜工作，延时1秒通过接触器短接钢轨和负极母排。

当钢轨电位达到DC120V～170V时，钢轨电位限制柜工作，无延时通过接触器短接钢轨和负极母排。

当钢轨电位达到600V时，钢轨电位限制柜工作，立即通过柜内的电力电子器件短接钢轨和负极母排。

1：钢轨电位限制柜原理

钢轨电位采取三段电压保护模式，即第一段(延时1s短接)，动作电位：DC90～110V；第二段(无延时短接)，动作电位：DC120V～170V之间；第三段(无延时短接)，动作电位：＞DC600V；

基本原理是：当监测到的钢轨电位超过设置的安全电位动作值时，通过接触器或者晶闸管使钢轨与负极母排接通。

如果钢轨电位≥第一段电压(DC90～110V)的阀值，该装置将会经过一段延时(延时1s可调)直流接触器闭合，使钢轨与负极母排接通，达到保护目的。直流接触器闭合10s后断开，装置会继续监测钢轨电位。如果连续发生3次故障，则直流接触器闭合后不再断开，需人工手动复位，并发出报警信号。

如果钢轨电位≥第二段电压(DC120V～170V)的阀值，该装置将无延时将直流接触器闭合，使钢轨与地之间接通，达到保护目的。保护动作后需人工手动复位，并发出报警信号。

如果钢轨电位≥第三段电压(DC600V)的阀值，晶闸管瞬间导通，达到快速保护。之后直流接触器合闸。保护动作后需人工手动复位，并发出报警信号。

2：钢轨电位控制柜原理

钢轨电位控制柜在钢轨电位达到设定值时，通过电力电子器件的控制降低钢轨因纵向电阻引起的钢轨电位升高。通过以下方案：

当钢轨电位达到设定值时，通过控制内部的两个IGBT之间的导通比，采取恒压控制策略来将钢轨电位控制在预期的目标值之内。

上述实施案例只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种杂散电流与钢轨电位的综合治理系统，其特征在于，包括：钢轨电位限制柜、钢轨电位控制柜和排流柜；所述钢轨电位控制柜与所述排流柜通信连接；所述钢轨电位限制柜与所述钢轨电位控制柜连接；所述钢轨电位限制柜分别与钢轨和负极母排连接；所述钢轨电位控制柜分别与钢轨和负极母排连接；所述排流柜分别与钢轨和负极母排连接；

所述钢轨电位控制柜用于获取钢轨电位，当钢轨电位达到设定范围内时，通过电力电子器件调整钢轨电位；

所述钢轨电位控制柜将调整后的钢轨电位发送给排流柜以使排流柜根据钢轨电位进行排流操作，将杂散电流排到负极母排；

所述钢轨电位限制柜用于获取钢轨电位并在钢轨电位达到预设的阈值范围内时对钢轨进行电位限制操作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述设定范围为70V～90V之间；所述钢轨电位控制柜当钢轨电位达到70V～90V之间时，将钢轨电位控制在90V以下。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述阈值范围为90V～110V、120V～170V或600V以上；所述钢轨电位限制柜通过短接钢轨和负极母排以进行钢轨电位的限制。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述钢轨电位限制柜在钢轨电位属于阈值范围为90V～110V时，延时1s短接钢轨和负极母排；

所述钢轨电位限制柜在钢轨电位属于阈值范围为120V～170V时，无延时短接钢轨和负极母排；

所述钢轨电位限制柜在钢轨电位属于阈值范围为600V以上时通过钢轨电位限制柜中的晶闸管无延时短接钢轨和负极母排。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述钢轨电位限制柜通过设置在钢轨上的电压传感器检测所述钢轨电位。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：埋藏在道床中的极化电压检测装置；所述排流柜实时获取极化电压检测装置中检测的极化电压，当所述极化电压大于预设的排流电压值时，对钢轨进行排流操作，将杂散电流排到负极母排。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述预设的排流电压值为0.5V。

8.一种杂散电流与钢轨电位的综合治理方法，其特征在于，基于权1至7任一所述的综合治理系统；

钢轨电位控制柜获取钢轨电位，当钢轨电位达到设定范围内时，通过电力电子器件调整钢轨的钢轨电位；

钢轨电位控制柜将调整后的钢轨电位发送给排流柜以使排流柜根据钢轨电位进行排流操作，将杂散电流排到负极母排；

所述钢轨电位限制柜获取钢轨电位并在钢轨电位达到预设的阈值范围内时对钢轨进行电位限制操作。

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