CN201646441U - 一种轨道电位限制装置 - Google Patents

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Abstract

一种轨道电位限制装置,属于适用于地铁、轻轨系统中限制过高的轨道电位的装置。该轨道电位限制装置的限压回路与保护回路并联,并联的限压回路和保护回路一端与轨道连接,另一端通过分流器与接地母排连接,在并联的限压回路和保护回路与分流器之间分别与多级电压监测电路和电流监测电路的输入端连接,在分流器和接地母排之间与电流监测电路的输入端连接;控制系统单元与多级电压监测电路和电流监测电路连接,控制系统单元的输出端与限压回路、工作状态显示仪表连接,轨道与多级电压监测电路的输入端连接。优点:提高了速动性及长时间过电流特性,能够及时地限制过高的轨道电位,保护人身安全,结构简单、扩展方便、可靠性高。

Description

一种轨道电位限制装置
技术领域
本实用新型涉及一种适用于地铁、轻轨系统中限制过高的轨道电位的装置,尤其是一种轨道电位限制装置。
背景技术
在地铁或轻轨直流牵引供电系统中,地铁的铁轨除了起轨道的作用外,还起到直流电流回流线的作用,而机车车厢对轨道是短路的,在安装站台屏蔽门的系统中,为了保证乘客的安全,还将屏蔽门的非导电金属部分与钢轨相连。列车牵引取流时,钢轨中有电流通过,会产生轨道电位。由于轨道电位的存在,乘客在上下车时,会在列车和站台上产生“跨步电压”,当“跨步电压”过大时会对人体造成一定的伤害。
为了降低车体与地之间的接触电压和跨步电压,一般在设有牵引变电所的车站和车场设置轨道电位限制装置,实时监测钢轨与大地之间的电压。如果该电压超过设定值,轨道电位限制装置动作,将钢轨短时与接地母排短接,强行降低轨道电压,达到保护人身安全的目的。
目前正在投入使用的轨道电位限制装置采用的大多是时间继电器式的传统控制方式,控制精度和灵活性不高,动作时间长,且存在拒动的可能,可靠性不高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种控制精度和灵活性高,可靠性高的一种轨道电位限制装置。
为了实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:轨道电位限制装置,由限压回路、保护回路、多级电压监测电路、电流监测电路、控制系统单元及工作状态显示仪表组成,限压回路与保护回路并联,并联的限压回路和保护回路一端与轨道连接,另一端通过分流器与接地母排连接,在并联的限压回路和保护回路与分流器之间分别与多级电压监测电路和电流监测电路的输入端连接,在分流器和接地母排之间与电流监测电路的输入端连接;控制系统单元与多级电压监测电路和电流监测电路连接,控制系统单元的输出端与限压回路、工作状态显示仪表连接,轨道与多级电压监测电路的输入端连接。
所述的限压回路包括电子开关和接触器,电子开关和接触器并联构成复合开关,电子开关由二个大功率晶闸管反向并联连接。
所述的保护回路由一个电阻和一个电容串联构成的RC保护电路。
所述的电流监测电路由分流器和电压监测电路构成,分流器安装在主回路中;分流器的两端与电压监测电路的输入端连接,电压监测电路的输出端与控制系统单元连接;所述的多级电压监测电路由多个电压监测电路组成,所述的电压监测电路由信号处理电路和电压比较电路组成。
所述的信号处理电路的输入电阻R1与电阻R2和保险丝RT1连接,保险丝RT1的另一端通过电阻R18与电阻R20、运算放大器的4脚和9脚连接,电阻R2的另一端通过保险丝RT2与电阻R19连接,在保险丝RT1和保险丝RT2之间连接有瞬态二极管TVS,电阻R19的另一端与运算放大器的5脚连接,同时通过电阻R21接地,电阻R21通过电阻R25与电阻R20和运算放大器的10脚连接,运算放大器的10脚为输出端,运算放大器的7脚通过电阻R23与负电源连接,运算放大器的11脚通过电阻R22接正电源,运算放大器的1脚和2脚分别通过电容C11和C10与运算放大器的8脚连接。
所述的电压比较电路有二个独立的比较电路,一个比较电路有稳压管TL1的正极同时与电容C1和电位器RE的一端连接后接地,稳压管TL1的负极同时与电容C1和电位器RE的另一端连接后通过电阻R4与电源正极连接;另一个比较电路有稳压管TL2的负极同时与电容C6和电位器RE1的一端连接后接地,稳压管TL2的正极同时与电容C6和电位器RE1的另一端连接后通过电阻R9与电源负极连接;输入端分别通过电阻R12和电阻R8与运算放大器U1A的3脚和运算放大器U1B的6脚连接,在运算放大器U1A的3脚和运算放大器U1B的6脚之间连接有串联的电容C12和电容C8,在电容C12和电容C8之间接地,运算放大器U1A的2脚和1脚之间跨接有电阻R6,运算放大器U1A的2脚通过电容C2接地,2脚同时通过电阻R5与电位器RE的动触头连接运算放大器U1A的4脚接负电源,在负电源与地之间连接有电容CE1和电容C3,运算放大器U1A的8脚接正电源,在正电源与地之间连接电容CE2和电容C5,在运算放大器U1A的1脚和8脚之间跨接电阻R7,运算放大器U1B的5脚通过电容C9接地,同时通过电阻R10与电位器RE2的动触头连接,在运算放大器U1B的5脚与7脚之间跨接有电阻R13连接,7脚通过电阻R14接电源正极,运算放大器U1A的1脚和运算放大器U1B的7分别通过正向二极管接输出端,二级管的输出端经电阻R17接晶体管T1的输入端,晶体管T1的输入端经R16接地,R16与电容C14并联,晶体管的集电极接继电器的4端,继电器的5端接电源VCC,二极管D3与继电器并联,继电器的开关输出接控制系统单元。
所述的控制系统单元为PLC控制模块,PLC控制模块与多级电压比较电路、电流比较电路的输出端、复合开关和工作状态显示仪表连接。
有益效果,该轨道电位限制装置,适用于地铁(轻轨)系统中限制过高的轨道电位,多级电压监测电路实时监测轨道电位,控制系统单元根据电压等级控制限压回路中复合开关的动作,从而限制过高的轨道电位。轨道电位限制装置,由限压回路、保护回路、分流器、多级电压监测电路、电流监测电路、控制系统单元及工作状态显示仪表连接组成。其中多级电压监测电路用来实时监测轨道与接地母排之间的电压,即轨道电位,当监测电压超过预设值时,限压回路中的复合开关闭合,强行降低轨道电位;电流监测电路用于监测限压回路中复合开关闭合时流过轨道与接地母排间即分流器中的电流,当监测电流值低于预设值时,轨道电位限制装置自动复位;保护回路用于消除限压回路中复合开关的通断引起的瞬时高电压;控制系统单元主要完成装置的时序控制,并通过显示仪表实时显示工作状态参数值。控制精度和灵活性高,可靠性高,达到本实用新型的目的。
优点:该装置的限压回路采用大功率晶闸管与接触器组成的复合开关,提高了装置的速动性及长时间过电流特性,能够及时地限制过高的轨道电位,防止上下车乘客受到伤害,保护人身安全,具有结构简单、操作容易、测量精度高、可靠性好、系统扩展方便、可靠性高,具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本实用新型系统组成原理图。
图2是限压回路原理图。
图3是信号处理电路原理图。
图4是电压比较电路原理图。
具体实施方式
实施例1:轨道电位限制装置,由限压回路、保护回路、多级电压监测电路、电流监测电路、控制系统单元及工作状态显示仪表组成,限压回路与保护回路并联,并联的限压回路和保护回路一端与轨道连接,另一端通过分流器与接地母排连接,在并联的限压回路和保护回路与分流器之间分别与多级电压监测电路和电流监测电路的输入端连接,在分流器和接地母排之间与电流监测电路的输入端连接;控制系统单元与多级电压监测电路和电流监测电路连接,控制系统单元的输出端与限压回路、工作状态显示仪表连接,轨道与多级电压监测电路的输入端连接。
所述的限压回路包括电子开关和接触器,电子开关和接触器并联构成复合开关,电子开关由二个大功率晶闸管反向并联连接。
所述的保护回路由一个电阻和一个电容串联构成的RC保护电路。
所述的电流监测电路由分流器和电压监测电路构成,分流器安装在主回路中;分流器的两端与电压监测电路的输入端连接,电压监测电路的输出端与控制系统单元连接;所述的多级电压监测电路由多个电压监测电路组成,所述的电压监测电路由信号处理电路和电压比较电路组成。
所述的信号处理电路的输入电阻R1与电阻R2和保险丝RT1连接,保险丝RT1的另一端通过电阻R18与电阻R20、运算放大器的4脚和9脚连接,电阻R2的另一端通过保险丝RT2与电阻R19连接,在保险丝RT1和保险丝RT2之间连接有瞬态二极管TVS,电阻R19的另一端与运算放大器的5脚连接,同时通过电阻R21接地,电阻R21通过电阻R25与电阻R20和运算放大器的10脚连接,运算放大器的10脚为输出端,运算放大器的7脚通过电阻R23与负电源连接,运算放大器的11脚通过电阻R22接正电源,运算放大器的1脚和2脚分别通过电容C11和C10与运算放大器的8脚连接。
所述的电压比较电路有二个独立的比较电路,一个比较电路有稳压管TL1的正极同时与电容C1和电位器RE的一端连接后接地,稳压管TL1的负极同时与电容C1和电位器RE的另一端连接后通过电阻R4与电源正极连接;另一个比较电路有稳压管TL2的负极同时与电容C6和电位器RE1的一端连接后接地,稳压管TL2的正极同时与电容C6和电位器RE1的另一端连接后通过电阻R9与电源负极连接;输入端分别通过电阻R12和电阻R8与运算放大器U1A的3脚和运算放大器U1B的6脚连接,在运算放大器U1A的3脚和运算放大器U1B的6脚之间连接有串联的电容C12和电容C8,在电容C12和电容C8之间接地,运算放大器U1A的2脚和1脚之间跨接有电阻R6,运算放大器U1A的2脚通过电容C2接地,2脚同时通过电阻R5与电位器RE的动触头连接运算放大器U1A的4脚接负电源,在负电源与地之间连接有电容CE1和电容C3,运算放大器U1A的8脚接正电源,在正电源与地之间连接电容CE2和电容C5,在运算放大器U1A的1脚和8脚之间跨接电阻R7,运算放大器U1B的5脚通过电容C9接地,同时通过电阻R10与电位器RE2的动触头连接,在运算放大器U1B的5脚与7脚之间跨接有电阻R13连接,7脚通过电阻R14接电源正极,运算放大器U1A的1脚和运算放大器U1B的7分别通过正向二极管接输出端,二级管的输出端经电阻R17接晶体管T1的输入端,晶体管T1的输入端经R16接地,R16与电容C14并联,晶体管的集电极接继电器的4端,继电器的5端接电源VCC,二极管D3与继电器并联,继电器的开关输出接控制系统单元。
所述的控制系统单元为PLC控制模块,PLC控制模块与多级电压比较电路、电流比较电路的输出端、复合开关和工作状态显示仪表连接。
所述的PLC控制模块和工作状态显示仪表均为市售产品。
工作原理:多级电压监测电路监测到轨道电位高于某一设定值时,控制系统单元控制限压回路中的复合开关闭合,将轨道与接地母排短接,大量电流经接地母排泻入接地网中,从而限制过高的轨道电位。
实施例2:图1中,轨道与接地母排之间串接一复合开关,多级电压监测电路的信号输入端分别与轨道和接地母排相连。保护回路与限压回路并联,以保护限压回路中复合开关的通断引起的瞬时高电压。多级电压监测电路、电流监测电路与控制系统单元相连,控制系统单元与限压回路、工作状态显示仪表相连。多级电压监测电路实时监测轨道与接地母排两端的电压,所监测的轨道电压一旦超出预设值,控制系统单元控制限压回路中的接触器或晶闸管闭合,轨道与接地母排短接,大量电流经接地母排泻入接地网中,从而限制过高的轨道电位。当电流监测电路监测到限压回路流过的电流小于预设值,复位轨道电位限制装置。
图3中,被监测的轨道电位信号通过Vin端口经由R1和R2构成的分压电路分压后进入ICL7650运算放大电路,RT1、RT2为监测信号输入回路短路保护,TVS瞬态二极管并接于输入信号两端。R18为运算放大器的输入电阻,由R20构成电压并联负反馈,以稳定输出电路,R19、R21为平衡电阻,用以消除静态基极电流对输出电压的影响,为ICL7650内部晶体管的正常工作提供一个合适的静态偏置。ICL7650的C1端、C2端分别与电容C10、C11相连,C10、C11的另一端与ICL7650的NO端相连,ICL7650的Vss端通过电阻R23与-5V相连,ICL7650的Vcc端通过电阻R22与VCC相连,处理后的信号经Vo输出,输出端Vo通过电阻R25接地。
图4中,被监测电压信号经信号处理电路处理后经Vin端口与电压比较电路连接,根据监测电压的极性,电压比较电路为两路独立的比较电路。输入信号分别经R12和R8接入两个LM393的正负输入端,R8、C8、R12、C12构成滤波电路,TL431为LM393的基准电压信号,R5、RE,R10、RE2构成调压电路,调节RE、RE2实现监测电压范围为50V~150V,C1、C6、C2,C9为滤除高频噪声电容,R6、R13为反馈电阻,LM393的输出端与D4、D5相连。
图2中,限压回路中的复合开关由反向并联的大功率晶闸管与接触器组成,接触器与晶闸管并联。图中U>,U>>,U>>>代表各电压等级设定值。电压监测电路实时监测轨道电位,如果监测到的电压小于U>,接触器和晶闸管保持断开状态。当监测到轨道电位大于或等于U>并且持续0.5s时,接触器闭合,闭合10s后接触器断开,继续监测轨道电位。如果一定时间内连续三次接触器闭合,接触器进入闭锁状态,进入闭锁状态后只有通过手动解锁才能复位轨道电位限制装置。如果监测到的电压大于或等于U>>时接触器立即闭合,电流监测电路监测流经轨道电位限制装置中的电流,如果监测电流低于50A,断开接触器,一定时间内连续出现三次接触器闭合,接触器进入闭锁状态。当监测到电压大于或等于U>>>时,晶闸管先导通接触器立即闭合,接触器闭合后断开晶闸管,接触器立即进入闭锁状态。当发生短路或泄漏故障时,利用大功率晶闸管的快速导通来承受流过轨道电位限制装置中的初始故障电流,每个晶闸管的导通与否取决于轨道与接地母排间电位差的极性,采用的接触器并联于晶闸管两端。多级电压监测电路依据监测电压等级控制接触器的闭合时间,电流监测电路监测限压回路中流过的电流来控制装置复位与否。
其它与实施例1同。

Claims (7)

1.一种轨道电位限制装置,其特征是:轨道电位限制装置,由限压回路、保护回路、多级电压监测电路、电流监测电路、控制系统单元及工作状态显示仪表组成,限压回路与保护回路并联,并联的限压回路和保护回路一端与轨道连接,另一端通过分流器与接地母排连接,在并联的限压回路和保护回路与分流器之间分别与多级电压监测电路和电流监测电路的输入端连接,在分流器和接地母排之间与电流监测电路的输入端连接;控制系统单元与多级电压监测电路和电流监测电路连接,控制系统单元的输出端与限压回路、工作状态显示仪表连接,轨道与多级电压监测电路的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种轨道电位限制装置,其特征是:所述的限压回路包括电子开关和接触器,电子开关和接触器并联构成复合开关,电子开关由二个大功率晶闸管反向并联连接。
3.根据权利要求1所述的一种轨道电位限制装置,其特征是:所述的保护回路由一个电阻和一个电容串联构成的RC保护电路。
4.根据权利要求1所述的一种轨道电位限制装置,其特征是:所述的电流监测电路由分流器和电压监测电路构成,分流器安装在主回路中;分流器的两端与电压监测电路的输入端连接,电压监测电路的输出端与控制系统单元连接;所述的多级电压监测电路由多个电压监测电路组成,所述的电压监测电路由信号处理电路和电压比较电路组成。
5.根据权利要求1或4所述的一种轨道电位限制装置,其特征是:所述的信号处理电路的输入电阻R1与电阻R2和保险丝RT1连接,保险丝RT1的另一端通过电阻R18与电阻R20、运算放大器的4脚和9脚连接,电阻R2的另一端通过保险丝RT2与电阻R19连接,在保险丝RT1和保险丝RT2之间连接有瞬态二极管TVS,电阻R19的另一端与运算放大器的5脚连接,同时通过电阻R21接地,电阻R21通过电阻R25与电阻R20和运算放大器的10脚连接,运算放大器的10脚为输出端,运算放大器的7脚通过电阻R23与负电源连接,运算放大器的11脚通过电阻R22接正电源,运算放大器的1脚和2脚分别通过电容C11和C10与运算放大器的8脚连接。
6.根据权利要求1或4所述的一种轨道电位限制装置,其特征是:所述的电压比较电路有二个独立的比较电路,一个比较电路有稳压管TL1的正极同时与电容C1和电位器RE的一端连接后接地,稳压管TL1的负极同时与电容C1和电位器RE的另一端连接后通过电阻R4与电源正极连接;另一个比较电路有稳压管TL2的负极同时与电容C6和电位器RE1的一端连接后接地,稳压管TL2的正极同时与电容C6和电位器RE1的另一端连接后通过电阻R9与电源负极连接;输入端分别通过电阻R12和电阻R8与运算放大器U1A的3脚和运算放大器U1B的6脚连接,在运算放大器U1A的3脚和运算放大器U1B的6脚之间连接有串联的电容C12和电容C8,在电容C12和电容C8之间接地,运算放大器U1A的2脚和1脚之间跨接有电阻R6,运算放大器U1A的2脚通过电容C2接地,2脚同时通过电阻R5与电位器RE的动触头连接运算放大器U1A的4脚接负电源,在负电源与地之间连接有电容CE1和电容C3,运算放大器U1A的8脚接正电源,在正电源与地之间连接电容CE2和电容C5,在运算放大器U1A的1脚和8脚之间跨接电阻R7,运算放大器U1B的5脚通过电容C9接地,同时通过电阻R10与电位器RE2的动触头连接,在运算放大器U1B的5脚与7脚之间跨接有电阻R13连接,7脚通过电阻R14接电源正极,运算放大器U1A的1脚和运算放大器U1B的7分别通过正向二极管接输出端,二级管的输出端经电阻R17接晶体管T1的输入端,晶体管T1的输入端经R16接地,R16与电容C14并联,晶体管的集电极接继电器的4端,继电器的5端接电源VCC,二极管D3与继电器并联,继电器的开关输出接控制系统单元。
7.根据权利要求1所述的一种轨道电位限制装置,其特征是:所述的控制系统单元为PLC控制模块,PLC控制模块与多级电压比较电路、电流比较电路的输出端、复合开关和工作状态显示仪表连接。
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