CN113173111B - 杂散电流与钢轨电位的可变综合治理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种杂散电流与钢轨电位的可变综合治理方法和系统，该系统包括：钢轨电位限制柜、钢轨电位控制柜、排流柜和埋藏在道床中的极化电压检测装置；所述钢轨电位控制柜与所述排流柜通信连接；所述排流柜与所述极化电压检测装置连接；所述钢轨电位控制柜用于获取钢轨电位，并将钢轨电位发送给排流柜；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，根据接收到的钢轨电位和所述极化电压对钢轨进行排流操作；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，可以实现防、排同时进行，且排流效率较高，排流形成的预防效果较高。

Description

杂散电流与钢轨电位的可变综合治理方法和系统

技术领域

本发明实施例涉及轨道交通电力系统技术领域，尤其涉及一种杂散电流与钢轨电位的可变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。钢轨下方一般设有金属网，即杂散电流收集网，杂散电流通过收集网流向排流柜，由于钢轨与大地零电位之间存在纵向电阻，杂散电流流经纵向电阻，产生钢轨电位。

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。并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，该防御措施中一般通过人工排流，排流效率较低，排流形成的预防效果较差。

发明内容

本发明提供一种杂散电流与钢轨电位的可变综合治理方法和系统，用以解决目前防御措施中一般通过人工排流，排流效率较低，排流形成的预防效果较差的问题。

本发明实施例第一方面提供一种杂散电流与钢轨电位的可变综合治理系统，包括：

轨电位限制柜、轨电位控制柜、排流柜和埋藏在道床中的极化电压检测装置；

所述轨电位控制柜与所述排流柜通信连接；所述排流柜与所述极化电压检测装置连接；所述轨电位限制柜与所述轨电位控制柜连接；所述轨电位限制柜分别与钢轨和负极母排连接；所述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；所述极化电压检测装置分别与钢轨和负极母排连接；

所述轨电位控制柜用于获取钢轨电位，并将钢轨电位发送给排流柜；

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，根据接收到的钢轨电位和所述极化电压对钢轨进行排流操作，将杂散电流排到负极母排；

所述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。

进一步地，如上所述的系统，所述排流柜在根据接收到的钢轨电位和所述极化电压对钢轨进行排流操作时，具体用于：

当所述极化电压大于预设的排流电压值时，根据接收到的钢轨电位生成对应排流电流值，根据所述排流电流值对钢轨进行排流操作。

进一步地，如上所述的系统，所述排流柜在根据接收到的钢轨电位生成对应排流电流值时，具体用于：

若接收到的钢轨电位小于70V，根据接收到的钢轨电位按照预设的第一调整策略调整排流电流值，其中，预设的第一调整策略为根据预设的增大电流值增大排流电流值。

进一步地，如上所述的系统，所述排流柜在根据接收到的钢轨电位生成对应排流电流值时，具体用于：

若接收到的钢轨电位达到70V～90V之间，根据接收到的钢轨电位按照预设的第二调整策略调整排流电流值，其中，预设的第二调整策略为根据预设的第一调整算法增大排流电流值。

进一步地，如上所述的系统，所述阈值范围为90V～110V、120V～170V或600V以上；

所述排流柜在根据接收到的钢轨电位生成对应排流电流值时，具体用于：

若接收到的钢轨电位达到90V～110V之间，根据接收到的钢轨电位按照预设的第三调整策略调整排流电流值，其中，预设的第三调整策略为根据预设的第二调整算法增大排流电流值；

所述轨电位限制柜通过延时一秒后短接钢轨和负极母排以进行钢轨电位的限制。

进一步地，如上所述的系统，所述排流柜在根据接收到的钢轨电位生成对应排流电流值时，具体用于：

若接收到的钢轨电位达到120V～170V之间，根据接收到的钢轨电位按照预设的第四调整策略调整排流电流值，其中，预设的第四调整策略为将排流电流值维持不变；

所述轨电位限制柜通过无延时的短接钢轨和负极母排以进行钢轨电位的限制。

进一步地，如上所述的系统，所述预设的排流电压值为0.5V。

本发明实施例第二方面提供一种杂散电流与钢轨电位的可变综合治理方法，基于第一方面任一所述的杂散电流与钢轨电位的可变综合治理系统，所述方法包括：

所述钢轨电位控制柜获取钢轨电位，并将钢轨电位发送给排流柜；

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，根据接收到的钢轨电位和所述极化电压对钢轨进行排流操作，将杂散电流排到负极母排；

所述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。

本发明实施例提供的一种杂散电流与钢轨电位的可变综合治理方法和系统，该系统包括：轨电位限制柜、轨电位控制柜、排流柜和埋藏在道床中的极化电压检测装置；所述轨电位控制柜与所述排流柜通信连接；所述排流柜与所述极化电压检测装置连接；所述轨电位限制柜分别与钢轨和负极母排连接；所述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；所述极化电压检测装置分别与钢轨和负极母排连接；所述轨电位控制柜用于获取钢轨电位，并将钢轨电位发送给排流柜；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，根据接收到的钢轨电位和所述极化电压对钢轨进行排流操作；所述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，通过构建轨电位限制柜、轨电位控制柜、排流柜和埋藏在道床中的极化电压检测装置在防护措施上的关联关系，轨电位控制柜将钢轨电位发送给排流柜，从而使排流柜可以根据极化电压检测装置检测的极化电压和接收到的钢轨电位进行对应程度的排流，将杂散电流排到负极母排。同时，通过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，且排流效率较高，排流形成的预防效果较高。

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为本发明实施例的杂散电流与钢轨电位的可变综合治理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的杂散电流与钢轨电位的可变综合治理系统中排流柜的部分结构示意图。

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

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。

为了更好的描述本发明的杂散电流与钢轨电位的可变综合治理系统，下面将对杂散电流的现有技术进行详细的描述。

目前，地铁(轻轨)列车牵引动力一般用直流电，由设置在沿线的牵引变电所通过架空线或第三轨向列车馈送电量，并利用走形轨作为回流线路。直流供电的地铁系统的走形轨本身具有电阻且走形轨对地做不到完全绝缘,所以有一部分电流从走形轨泄漏到大地。这部分从走形轨漏出的电流被称为杂散电流又叫迷流。

杂散电流从走形轨漏出后，经过地铁的道床流入大地，然后从大地流回钢轨回流点。若地铁附近有导电性能较好的埋地金属管线(如自来水管、煤气管道、电缆等)，则有一部分杂散电流选择电阻率较低的埋地金属管线作为流通路径，在变电所附近从金属管线中流出流回变电所。对于走形轨杂散电流是在远离变电所的地方流出，对于埋地金属管线杂散电流是从变电所附近的部位流出，由于土壤或其它介质的作用，金属体有电流流出的部位发生电解，使金属体遭受电化学腐蚀。这种电化学反应易腐蚀地铁钢轨、地铁主体结构钢筋、地铁线路附近的埋地金属管线，减少埋地管线使用寿命，降低地铁主体结构的耐久性和强度，有时甚至造成灾难性的事故。钢轨埋设在地表面，易于发现损坏状况，且便于更换，所以杂散电流腐蚀对其的危害不是很大；但由于地铁主体结构钢筋和埋地金属管线埋设在地下，其腐蚀情况不易察觉，所以杂散电流腐蚀对地铁主体结构钢筋和埋地金属管线的腐蚀危害是很大的。

轨道交通直流牵引供电系统中，只要用走行轨兼做回流导体，杂散电流的产生是不可避免的。为了减少杂散电流的危害，就应当设法减少杂散电流量。这就需要采取有效的防杂散电流措施，使杂散电流量控制在允许的范围内。杂散电流的防护工程基本上采用“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的原则。

从“防”的角度，预防杂散电流从工程施工中一是采用连续焊接的钢轨，另一是增加轨地绝缘电阻，提高钢轨对地绝缘水平。

从“控”的角度，为防止杂散电流，可在牵引变电所安装排流柜。排流柜能有效地防止杂散电流对高架现浇混凝土简支箱梁内钢筋、隧道内结构钢筋、整体道床结构钢筋以及沿线金属设备的电腐蚀破坏，同时可防止杂散电流向轨道交通外部泄漏，是保护轨道交通地下公共环境的有效方法。

控制杂散电流的主要措施是采用排流法，将分散到道床中的杂散电流通过杂散电流收集网将杂散电流集中排流至回流网负极。

排流电流的大小直接影响轨电压的大小，传统的排流法采用的是不可控直接排流方式，当杂散电流引起的极化电压达到一定值时，强制开通排流装置进行最大排流，而当排流较大时，又会引起轨电压升高而造成轨电压报警或跳闸，影响列车运行和人身安全。鉴于此原因，为保证列车正常运营，地铁运营方往往采用人工投切排流柜方式，当极化电压达到预警值而轨电位未达到预警值时，人工投入排流柜，实现最大排流，排流大小不可控制。

本发明的杂散电流与钢轨电位的可变综合治理系统和方法，是可控排流方法，引入了极化电压和轨电位作参比变量进行模糊控制，当排流电流引起的轨电位达到一定值时，不再增大排流电流，从而不再引起轨电位升高。

如图1所示，本发明系统由4部分组成，轨电位限制柜1、轨电位控制柜2、排流柜3和埋藏在道床中的极化电压检测装置4。

所述轨电位控制柜2与所述排流柜3通信连接；所述排流柜3与所述极化电压检测装置4连接；所述轨电位限制柜1与所述轨电位控制柜2连接。所述轨电位限制柜1分别与钢轨和负极母排连接；所述轨电位控制柜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，排流柜具体是与钢轨的杂散电流收集网连接；所述极化电压检测装置4分别与钢轨和负极母排连接；

所述轨电位控制柜2用于获取钢轨电位，并将钢轨电位发送给排流柜3；

所述排流柜3实时获取极化电压检测装置4中检测的极化电压，根据接收到的钢轨电位和所述极化电压对钢轨进行排流操作，将杂散电流排到负极母排；

所述轨电位限制柜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。

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，钢轨电位小于一定值，比如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，钢轨电位处于70-90V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。如果钢轨电位过高，比如处于90V～110V、120V～170V或600V以上，将按照不同的钢轨电位对排流电流值进行设置，比如通过第二调整策略、第三调整策略或第四调整策略进行对应设置。如果通过最大排流仍不能控制轨电位，则轨电位限制柜进入二级(无延迟短接钢轨和接地母排)、三级轨电位(通过晶闸管无延迟短接钢轨和负极母排)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70V时，钢轨电压控制柜工作，通过加大排流而尽可能的降低轨电位。

上述方案中，预设的排流电压值可以设为0.5V，也可以根据实际需求进行设置，本实施例对此不作限定。

综上所述，排流系统在轨电位控制系统投入工作时，会根据钢轨电位高低自行判断排流大小。排流系统在轨电位控制系统没有工作时，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。本杂散电流与钢轨电位的可变综合治理系统具有如下特点：

首先，能够自动调整排流电流的大小，其次，是否排流及排流大小根据多点极化电压及轨电位而定，保证了较好的排流效果，最大限度地防止排流带来的副作用，同时，操作管理人员可随时了得设备的排流情况、运行状态和故障情况。

图2是本发明实施例的杂散电流与钢轨电位的可变综合治理系统中排流柜的部分结构示意图，如图2所示，VT1-6为IGBT(全称为：Insulated Gate Bipolar Transistor，中文为：绝缘栅双极型晶体管)，通过控制器可实现占空比可调，R11-13为限流电阻，用于限制最大电流，Ra1-6为斩波电阻，通过控制IGBT的占空比调节此电阻的导通时间，从而实现对电流大小的控制。VD1-6为二极管，FU1-5为熔断器，QS1-5为隔离开关。

排流柜在轨电位控制柜没有工作时，排流大小受极化电压控制，当有杂散电流产生时，杂散电流通过杂散电流收集网流向排流柜，再通过排流柜把杂散电流排放到负极母排上，完成将杂散电流排到负极母排。

1：结构钢筋1～结构钢筋4的杂散电流由VT1～VT4来控制，排流大小受这4个结构钢筋杂散电流收集网的极化电位控制，和钢轨电位大小无关。

2：接地网钢筋的杂散电流由VT5～VT6来控制，排流大小受钢轨电位大小以及接地钢筋杂散电流收集网的极化电位控制。

当钢轨电位达到设定值时，轨电位控制柜投入工作，同时，VT5和VT6的导通比由钢轨电位大小来控制。

当钢轨电位未达到设定值时，轨电位控制柜撤出工作，VT5和VT6的导通比由接地网钢筋杂散电流收集网的极化电位大小来控制。

排流柜的工作主要由IGBT组成的斩波器实现，它的工作由两个条件决定，一是深埋在道床中的参比极化电压检测装置检测到的极化电压，二是轨电位控制系统检测到的轨电压大小。

当埋藏在道床中的极化电压检测装置检测到的极化电压大于0.5V时，对应支路的IGBT工作，进行相应的排流工作，与传统的排流系统控制方式不同的是，由于引入了轨电位控制量，通过对极化电压及轨电位大小的综合比较，使IGBT的导通占空比可调，实现对排流电流的可控调节，并有效抑制轨电压的过快上升。做到可防可控(控制排流电流的大小，防止轨电位异常升高而触发保护)。

以往使用的排流系统大都采用排流电流不可调节的控制方式，当极化电压大于0.5V时，将IGBT直接打通，实现最大排流。由于排流电流的不可控，其带来的后果是造成轨电位的异常升高而触发轨电位保护。基于这种情况，在实际使用中，业主方往往采用人工操作方式，当极化电压达到某指标参数时，人工接通排流系统，当轨电位上升到一定值时，人工关闭排流而防止轨电位过高而触发保护。

综合治理可变系统三方面协调工作，可实现控制轨电压在合理范围内而达到最大排流之目的。

本综合治理可变系统中，每个牵引供电所配置有一台排流柜，每个车站配置一台轨电位限制柜和一台轨电位控制柜，通过光纤通迅将车站的轨电位控制柜的轨电位信号传输至变电所中的排流系统中，实现对轨电位和排流的综合治理。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明实施例的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明实施例的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明实施例的一般性原理并包括本发明实施例未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明实施例的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本发明实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明实施例的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (3)

1.一种杂散电流与钢轨电位的可变综合治理系统，其特征在于，包括：钢轨电位限制柜、钢轨电位控制柜、排流柜和埋藏在道床中的极化电压检测装置；

所述钢轨电位控制柜与所述排流柜通信连接；所述排流柜与所述极化电压检测装置连接；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；所述极化电压检测装置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，并将钢轨电位发送给排流柜；

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，根据接收到的钢轨电位和所述极化电压对钢轨进行排流操作，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；

所述排流柜在根据接收到的钢轨电位和所述极化电压对钢轨进行排流操作时，具体用于：

当所述极化电压大于预设的排流电压值时，根据接收到的钢轨电位生成对应排流电流值，根据所述排流电流值对钢轨进行排流操作；

所述排流柜在根据接收到的钢轨电位生成对应排流电流值时，具体用于：

若接收到的钢轨电位小于70V，根据接收到的钢轨电位按照预设的第一调整策略调整排流电流值，其中，预设的第一调整策略为根据预设的增大电流值增大排流电流值；

所述排流柜在根据接收到的钢轨电位生成对应排流电流值时，具体用于：

若接收到的钢轨电位达到70V~90V之间，根据接收到的钢轨电位按照预设的第二调整策略调整排流电流值，其中，预设的第二调整策略为根据预设的第一调整算法增大排流电流值；

所述阈值范围为90V~110V、120V~170V或600V以上；

所述排流柜在根据接收到的钢轨电位生成对应排流电流值时，具体用于：

若接收到的钢轨电位达到90V~110V之间，根据接收到的钢轨电位按照预设的第三调整策略调整排流电流值，其中，预设的第三调整策略为根据预设的第二调整算法增大排流电流值；

所述钢轨电位限制柜通过延时一秒后短接钢轨和负极母排以进行钢轨电位的限制；

所述排流柜在根据接收到的钢轨电位生成对应排流电流值时，具体用于：

若接收到的钢轨电位达到120V~170V之间，根据接收到的钢轨电位按照预设的第四调整策略调整排流电流值，其中，预设的第四调整策略为将排流电流值维持不变；

所述钢轨电位限制柜通过无延时的短接钢轨和负极母排以进行钢轨电位的限制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设的排流电压值为0.5V。

3.一种杂散电流与钢轨电位的可变综合治理方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述的杂散电流与钢轨电位的可变综合治理系统，所述方法包括：

所述钢轨电位控制柜获取钢轨电位，并将钢轨电位发送给排流柜；

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，根据接收到的钢轨电位和所述极化电压对钢轨进行排流操作，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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