CN115290984A - 一种地铁钢轨电位限制装置等效电阻测算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地铁钢轨电位限制装置等效电阻测算方法，具体为：对地铁系统中的OVPD进行测试，由测试数据计算电阻和电压的平均值。对地铁牵引回流系统中除OVPD外的一端口网络部分进行戴维南等效，计算得出OVPD等效电阻。本发明不仅可以测得OVPD的等效电阻，还可以得出OVPD等效电阻与OVPD接触器闭合后的钢轨电位和电流的关系，为OVPD等效电阻的优化选择提供依据。在保证钢轨电位未超出规定值的情况下，可根据车站位置钢轨电位变化规律和杂散电流影响严重程度对OVPD等效电阻进行优化选择，降低OVPD合闸后钢轨电位和流入大地的电流，提高地铁系统运行的安全性和可靠性。

Description

一种地铁钢轨电位限制装置等效电阻测算方法
技术领域
本发明属于地铁系统设备优化领域，具体涉及一种地铁钢轨电位限制装置等效电阻测算方法。
背景技术
城市轨道交通大多采用直流牵引供电，且通常采用走行轨进行回流。由于钢轨本身存在纵向电阻，电流流经钢轨时会在钢轨上产生电位差，导致钢轨电位升高，对乘客和工作人员的人身安全造成威胁。同时钢轨对地很难做到完全绝缘，回流过程中部分电流从钢轨泄漏至周边大地，对埋地金属结构造成电化学腐蚀，这部分电流称为杂散电流。随着运营年限的增加，线路的增长，钢轨电位与杂散电流问题日益突出。为了保护乘客的人身安全，线路上各车站位置设有钢轨电位限制装置(Over Voltage Protection Device,OVPD)。OVPD一端连接钢轨，另一端连接车站接地网，当钢轨电位超过规定值时，OVPD动作合闸，将钢轨与接地网短接，降低此处的钢轨电位。但钢轨直接与接地网连接，大量电流从此支路流入大地，杂散电流泄漏增加，埋地金属结构腐蚀加剧。
现有部分学者对OVPD等效电阻进行了研究，研究表明OVPD等效电阻的值会影响系统的稳定运行。OVPD等效电阻越大，OVPD两端分得的电压越多，系统的钢轨电位越高；OVPD等效电阻越小，流经OVPD的电流越多，泄漏至大地的杂散电流越多，埋地金属结构腐蚀越严重。随着运营年限的增加，杂散电流问题日益严重。OVPD等效电阻过大或过小都会对系统的稳定运行造成威胁，如何确定OVPD等效电阻成为了地铁系统稳定运行的关键。因此，有必要对OVPD等效电阻进行测试，确定OVPD等效电阻的值，为杂散电流防护提供指导。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明中通过测量OVPD的等效电阻，根据OVPD的测试数据，基于戴维南等效定理求解OVPD的等效内阻，并推导出OVPD等效电阻与OVPD接触器闭合后钢轨电位和流经OVPD电流的关系。在保证乘客安全的情况下，适当对OVPD等效电阻进行优化调整，减少OVPD动作时流经OVPD的电流以及对线路中其他供电区间内钢轨电位的影响，为地铁系统缓解钢轨电位过高问题和杂散电流问题提供依据。
为此，本发明提供一种地铁钢轨电位限制装置等效电阻测算方法，包括以下步骤：
S1：对地铁系统某条线路上某个站点的OVPD进行测试，测试数据具体包括OVPD接触器未闭合时的钢轨电位Ub、OVPD接触器闭合后的钢轨电位Ua及闭合后流经OVPD的电流Ia。要求测试时该条线路上仅有被测站点的OVPD动作，在地铁连续运行时测试以上数据的瞬时值，OVPD动作10次，共测试10组数据：Ub1～Ub10、Ua1～Ua10、Ia1～Ia10。本技术方案所需数据，测试难度小且技术成熟，绝大部分地铁站点都具备测试条件，适用范围广。
S2：分别计算10组数据的电阻Rn：
Figure BDA0003800877580000021
S3：计算电阻Rn的平均值
Figure BDA0003800877580000022
Figure BDA0003800877580000023
S4：计算OVPD接触器闭合前钢轨电位的平均值
Figure BDA0003800877580000024
Figure BDA0003800877580000025
S5：计算OVPD接触器闭合后钢轨电位的平均值
Figure BDA0003800877580000026
Figure BDA0003800877580000027
S6：对地铁牵引回流系统中除OVPD以外的一端口网络部分进行戴维南等效，用电压源Ueq和电阻Req的串联组合将除OVPD以外的地铁系统等效替换，OVPD接触器闭合后，OVPD等效电阻两端的电位差为Uov。当OVPD接触器闭合前，其等效内阻无穷大，在线路中等效为开路，此时OVPD两端的钢轨电位
Figure BDA0003800877580000028
就是一端口网络的等效电压源Ueq。当OVPD接触器闭合后，此时OVPD两端的钢轨电位
Figure BDA0003800877580000029
就是OVPD等效电阻两端的电位差Uov，
Figure BDA00038008775800000210
就是一端口网络的等效电阻Req。本技术方案通中过将地铁系统进行戴维南等效的手段，能够快速确定OVPD等效电阻。
S7：计算OVPD等效电阻并输出结果：
Figure BDA00038008775800000211
由步骤S7可得OVPD等效电阻与OVPD接触器闭合后钢轨电位的关系，在保证OVPD不超过安全值的范围内，各个车站可以根据车站钢轨电位变化范围，杂散电流影响严重程度等因素对OVPD的等效电阻进行优化调整，适当选择较大的OVPD等效内阻，在保证乘客人身安全的前提下，可减少OVPD接触器闭合后流入大地的杂散电流；再通过对线路上多个站点的OVPD等效内阻进行测量，根据钢轨电位与杂散电流的具体情况对等效电阻进行调整。本技术方案能够推导出OVPD等效电阻与OVPD接触器闭合后钢轨电位的关系，为系统OVPD等效电阻优化提供指导，在地铁系统杂散电流防护方面产生了良好的效果。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明方法中需要的数据，如OVPD动作前后钢轨电位和流经OVPD的电流，均可以在地铁系统中通过测试获得，测试难度小且技术成熟。且绝大部分车站都具备测试条件，适用范围广。
2、目前鲜有关于OVPD等效内阻测试方法的研究，本技术方案通过在地铁系统中利用戴维南等效，能够快速确定OVPD等效电阻。并且通过推导出OVPD等效电阻与OVPD接触器闭合后钢轨电位的关系，为系统OVPD等效电阻优化提供指导，在地铁系统杂散电流防护方面产生了良好的效果。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明方法中戴维南等效电路示意图。
名词解释：
OVPD：钢轨电位限制装置(Over Voltage Protection Device,OVPD)的简称；
戴维南定理：又称等效电压源定律，内容为：一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端，就其外部型态而言，在电性上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。在单频交流系统中，此定理不仅只适用于电阻，也适用于广义的阻抗。戴维南定理在多电源多回路的复杂直流电路分析中有重要应用。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明专利应用于地铁系统，基于戴维南等效电路对钢轨电位限制装置(OVPD)等效电阻进行等效测量，方法流程图参照图1，戴维南等效电路参照图2。
一种地铁钢轨电位限制装置等效电阻测算方法，包括以下步骤：
S1：对地铁系统某条线路上某个站点的OVPD进行测试，测试数据具体包括OVPD接触器未闭合时的钢轨电位Ub、OVPD接触器闭合后的钢轨电位Ua及闭合后流经OVPD的电流Ia。要求测试时该条线路上仅有被测站点的OVPD动作，在地铁连续运行时测试以上数据的瞬时值。
采用两条线缆分别接入OV柜变送器中钢轨电位对应输出端子，线缆的另一端接入同步测试装置以持续获取电压信号，通过换算得出OVPD钢轨电位的值。采用一个霍尔传感器套入OV柜接地母排一次电缆中的1根，线缆另一端接入同步测试装置以持续获得钢轨接地电流信号，其中霍尔传感器的方向取OV柜到接地母排为正方向。
先读取OVPD接触器闭合前钢轨电位的瞬时值，再读取OVPD接触器闭合后钢轨电位的瞬时值以及此时流经OVPD的电流。重复上述步骤10次，共读取10数据：Ub1～Ub10、Ua1～Ua10、Ia1～Ia10。
S2：分别计算10组数据的电阻Rn：
Figure BDA0003800877580000041
S3：计算电阻Rn的平均值
Figure BDA0003800877580000042
Figure BDA0003800877580000043
S4：计算OVPD接触器闭合前钢轨电位的平均值
Figure BDA0003800877580000044
Figure BDA0003800877580000045
S5：计算OVPD接触器闭合后钢轨电位的平均值
Figure BDA0003800877580000046
Figure BDA0003800877580000047
S6：对地铁牵引回流系统中除OVPD以外的一端口网络部分进行戴维南等效，用电压源Ueq和电阻Req的串联组合将除OVPD以外的地铁系统等效替换，OVPD接触器闭合后，OVPD等效电阻两端的电位差为Uov。其中，Ueq取
Figure BDA0003800877580000048
Req取
Figure BDA0003800877580000049
Uov取
Figure BDA00038008775800000410
S7：计算OVPD等效电阻值并进行输出：
Figure BDA0003800877580000051
由步骤S7可得OVPD等效电阻与OVPD接触器闭合后钢轨电位的关系，在保证OVPD不超过安全值的范围内，各个车站可以根据车站钢轨电位变化范围，杂散电流影响严重程度等因素对OVPD的等效电阻进行优化调整，适当选择较大的OVPD等效内阻，在保证乘客人身安全的前提下，可减少OVPD接触器闭合后流入大地的杂散电流。
再通过对线路上多个站点的OVPD等效内阻进行测量，根据钢轨电位与杂散电流的具体情况对等效电阻进行调整。
需要说明的是，与现有技术相比，本发明中用于提供一种更优化的针对地铁钢轨电位限制装置等效电阻测量方法，根据测量出的等效电阻，推导其与OVPD动作后电压与电流的关系，在保证乘客安全的前提下，对OVPD等效电阻进行优化选择，减少泄漏至大地的电流，同时减少OVPD动作对其他供电区间钢轨电位的影响，提高地铁系统的安全性与可靠性，其改进的重点为等效电阻的测量方法，至于后续的相应的优选选择的步骤为本领域技术人员所公知的技术，故不做赘述。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种地铁钢轨电位限制装置等效电阻测算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对OVPD进行测试，获取地铁线路站点的OVPD的数组测试数据；
S2：分别计算每组测试数据的电阻值；
S3：基于S2中得到的所有测试数据的电阻值计算数组电阻值的平均值；
S4：计算OVPD接触器闭合前钢轨电位的平均值：
S5：计算OVPD接触器闭合后钢轨电位的平均值：
S6：对地铁牵引回流系统中除OVPD以外的一端口网络部分进行戴维南等效；
S7：计算OVPD等效电阻的值并输出结果。
2.根据权利要求1所述的一种地铁钢轨电位限制装置等效电阻测算方法，其特征在于，所述测试数据具体包括OVPD接触器未闭合时的钢轨电位、OVPD接触器闭合后的钢轨电位及闭合后流经OVPD的电流。
3.根据权利要求2所述的一种地铁钢轨电位限制装置等效电阻测算方法，其特征在于，所述测试数据的测试环境为：测试时该条线路上仅有被测站点的OVPD进行动作，且在地铁连续运行时测试以上数据的瞬时值。
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