CN208827638U - 基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，由牵引变电所、地铁电客车、牵引行走钢轨、接触网、地电位测量装置以及若干补偿节点组成；所述补偿节点包括补偿电压源、吸上线电缆、连接线电缆、单向电流导通装置、接触器常开触头、接触器常闭触头、回流线电缆和电压源辅助设备；所述地电位测量装置包括钢轨连接器、毫伏表、测试电缆以及金属氧化物电极。通过补偿节点对引起杂散电流的正负极区进行补偿，改变杂散电流的分布路径，有效抑制了地铁杂散电流，该系统理论依据充分，设计合理，设备电气连接可靠，工程应用施工安装方便快捷，设备投资较低，适合在城市轨道交通杂散电流危害严重的区段和车站应用。
Description
技术领域
本实用新型城市轨道交通杂散电流抑制领域，具体涉及一种基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统。
背景技术
目前，多种方法已经被采用抑制地下铁道杂散电流，并减小杂散电流带来的危害，这些方法可分为大致两类，一类是基于无源电路的模式，即以牵引网电路为模型，通过控制钢轨对参比电极的电位来控制和抑制杂散电流，由于杂散电流具有复杂的“场”分布效应，这一方法在具体工程应用中会出现严重困难，主要是钢轨对大地的电位难以准确测量，杂散电流与地电位关系不明确，各种设备和装置尚没有统一的连接标准，最终造成杂散电流治理效果差，无法满足抑制标准和要求，另一类是采用高温超导设备并联钢轨的方法，该方法虽然能够解决杂散电流分布吸收问题，但设备投资过于昂贵，且高温超导系统维护困难，设备元件连接复杂，运行成本较高，极大限制了该方法实践应用。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有抑制地下铁道杂散电流系统存在的问题，提供一种基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统。
本实用新型通过以下技术方案实现：
基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，所述系统由牵引变电所、地铁电客车、牵引行走钢轨、接触网、地电位测量装置以及若干补偿节点组成；所述补偿节点包括补偿电压源、吸上线电缆、连接线电缆、单向电流导通装置、接触器常开触头、接触器常闭触头、回流线电缆和电压源辅助设备；所述地电位测量装置包括钢轨连接器、毫伏表、测试电缆以及金属氧化物电极；
所述补偿节点沿着地铁电客车前进方向每隔若干距离设置，每个补偿节点之间为串联，在设置补偿节点的位置对应设有地电位测量装置；所述地铁电客车行驶于牵引行走钢轨上，牵引变电所的正极通过馈电线与接触网的一端电气连接，接触网的另一端通过地铁电客车的受电弓与地铁电客车电连接；牵引变电所的负极母线与所述补偿节点的回流线电缆电气连接，回流线电缆的另一端与大地绝缘；
所述补偿节点的回流线电缆和连接线电缆沿牵引行走钢轨平行敷设，吸上线电缆垂直于牵引行走钢轨横向布置，吸上线电缆上设有单向电流导通装置并与回流线电缆和连接线电缆电气连接；补偿电压源和接触器常闭触头串联于连接线电缆中，接触器常开触头串联于回流线电缆中，补偿节点投入工作时，接触器常闭触头保持连接，接触器常开触头断开；电压源辅助设备与补偿电压源连接，对补偿节点进行保护和控制；
所述地电位测量装置的钢轨连接器安装在牵引行走钢轨上，钢轨连接器与毫伏表连接，毫伏表另一端通过测试电缆与金属氧化物电极连接。
本实用新型电压源的技术参数需要根据列车牵引电流，土壤电阻率，牵引回路阻抗、钢轨电位等经过计算确定，在电压源所在连接线电缆中串联接触器常闭触头，此接触器触头用来实现电压源的投入和切除工作状况的控制，当电压源发生故障时或需要电压源退出运行时，则此常闭触头分开；在每个补偿节点的回流线电缆上串接接触器常开触头，该接触器常开触头的作用是用于控制回流线的连接方式和工作状态，在正常工作状态下，该触头分开位置，保证电压源串入节点内的连接线实施电位补偿，当电压源退出运行后，为保证节点的电气连接不会断开，该接触器常开触头需要闭合，使道床和地中的杂散电流尽可能由回流线流回牵引变电所的负极母线；补偿节点两侧的吸上线电缆与牵引行走钢轨、连接线电缆、回流线电缆纵向贯通电气连接，并且在牵引走行钢轨与连接线之间的部分设置单向导电装置，该装置只允许牵引行走钢轨的电流流向补偿节点，同时也防止电压源通过吸上线电缆短路，回流线最终于牵引变电所负极母线电气连接。
本实用新型更进一步改进的方案是，所述电压源辅助设备设于控制柜中，由直流接线器线圈、节点控制器、电客车位置控制线、充电机、电压表、蓄电池组、充电机保护控制线组成；所述直流接线器线圈与节点控制器串联连接，节点控制器的输入端分别连接有电客车位置控制线和充电机保护控制线，充电机保护控制线的另一端与充电机信号输出端连接；所述充电机与蓄电池组串联连接，充电机的电源输出端通过外接电源线与补偿电压源连接，另一端通过保护接电线接地；所述充电机与蓄电池组之间并联设有电压表，用于监测蓄电池组的端电压。
当直流接触器线圈不受电时，补偿电源投入工作，牵引电流经过连接线回流；当直流接触器线圈受电时，补偿电源退出运行，牵引电流经过回流线流回牵引变电所，节点控制器根据列车位置控制线输入的信号自动控制节点的工作状态；充电机用于根据蓄电池的工况对其进行维护充电，当充电机发生故障，则充电机保护控制线输送控制信号给节点控制器，使补偿节点停止工作。
本实用新型更进一步改进的方案是，所述节点控制器上分别设有应急停止按钮、手动气动按钮以及电源工作指示灯。应急停止按钮在紧急情况下可以使节点退出运行；一般节点由控制器自动控制，当控制器发生故障时，可手动操作手动启动按钮使补偿节点投入运行。
本实用新型更进一步改进的方案是，所述补偿节点的补偿电压源正极性指向牵引变电所方向，负极性指向电客车行驶方向。
本实用新型更进一步改进的方案是，所述地铁电客车运行时，牵引行走钢轨周围形成向前移动的正极性区，牵引变电所负极母线出口处形成负极性区。
当电客列车运行时，会在牵引行走钢轨周围形成移动向前的正极性区，正极性区移动的速度与车辆运行的速度相同，同时在牵引变电所负极母线出口处形成负极区域，随着正极性区域的移动，更多的补偿节点投入工作，由于补偿节点中的电压源负极与列车前进方向一致，因此电压源的负极性电位可就近对正极性区中心部位进行抵消补偿，吸引牵引电流经连接线电缆流回牵引变电所，极大削弱杂散电流在道床和大地中的分布，从而使杂散电流得到有效抑制。
本实用新型更进一步改进的方案是，所述馈电线为DC1500V铜芯电缆，截面为150mm2。
本实用新型更进一步改进的方案是，所述吸上线电缆、连接线电缆以及回流线电缆均采用单芯铜芯电缆。
本实用新型更进一步改进的方案是，所述接触器常开触头、接触器常闭触头为熄灭冷却直流电弧的接触器触头。考虑到直流回路电弧的特性，接触器应选用具有熄灭冷却直流电弧的接触器，接触器触头容量参数的选择应根据所在回路的电气参数综合确定。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：
本实用新型所述的一种基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，通过若干补偿节点对引起杂散电流的正负极区进行补偿，减小正极性区域范围，改变杂散电流的分布路径，使大部分杂散电流经吸上线电缆和连接线电缆流回牵引变电所负极母线，有效抑制了地铁杂散电流，该系统理论依据充分，设计合理，设备电气连接可靠，工程应用施工安装方便快捷，设备投资较低，适合在城市轨道交通杂散电流危害严重的区段和车站应用，能够有效解决杂散电流抑制问题。
附图说明
图1为本实用新型的平面结构示意图。
图2为本实用新型补偿节点结构示意图。
图3为本实用新型沿电客车方向的正极性区和负极性区形成的示意图。
图4为本实用新型电位补偿原理图。
图5为本实用新型电压源辅助设备的电路连接图。
图6为本实用新型补偿节点的电流分布示意图。
图中序号，1-牵引变电所、2-馈电线、3-负极母线、4-回流线电缆、5-补偿节点、6-单向电流导通装置、7-吸上线电缆、8-牵引行走钢轨、9-接触网、10-补偿电压源、11-连接线电缆、12-接触器常闭触头、13-接触器常开触头、14-金属氧化物电极，15-受电弓，16-地铁电客车、17-钢轨连接器、18-毫伏表、19-测试电缆、20-控制柜、100-负极性区、101-正极性区、300-直流接线器线圈、301-节点控制器、302-应急停止按钮、303-手动气动按钮、304-电客车位置控制线、305-电源工作指示灯、306-充电机保护控制线、307-蓄电池组、308-电压表、309-保护接电线、310-充电机、311-外接电源线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
参见图1-2，一种基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，所述系统由牵引变电所1、地铁电客车16、牵引行走钢轨8、接触网9、地电位测量装置以及若干补偿节点5组成；所述补偿节点5包括补偿电压源10、吸上线电缆7、连接线电缆11、单向电流导通装置6、接触器常开触头13、接触器常闭触头12、回流线电缆4和电压源辅助设备；所述地电位测量装置包括钢轨连接器17、毫伏表18、测试电缆19以及金属氧化物电极14；
所述补偿节点5沿着地铁电客车16前进方向每隔若干距离设置，每个补偿节点5之间为串联，在设置补偿节点5的位置对应设有地电位测量装置；所述地铁电客车16行驶于牵引行走钢轨8上，牵引变电所1的正极通过馈电线2与接触网9的一端电气连接，接触网9的另一端通过地铁电客车的受电弓15与地铁电客车16电连接；牵引变电所的负极母线3与所述补偿节点的回流线电缆4电气连接，回流线电缆4的另一端与大地绝缘；
所述补偿节点的回流线电缆4和连接线电缆11沿牵引行走钢轨8平行敷设，吸上线电缆7垂直于牵引行走钢轨8横向布置，吸上线电缆上设有单向电流导通装置6并与回流线电缆4和连接线电缆11电气连接；补偿电压源10和接触器常闭触头12串联于连接线电缆11中，接触器常开触头13串联于回流线电缆4中，补偿节点5投入工作时，接触器常闭触头12保持连接，接触器常开触头13断开；电压源辅助设备与补偿电压源10连接，对补偿节点进行保护和控制；
所述地电位测量装置的钢轨连接器17安装在牵引行走钢轨8上，钢轨连接器17与毫伏表18连接，毫伏表18另一端通过测试电缆19与金属氧化物电极14连接。
本实施例中，参见图5，所述电压源辅助设备设于控制柜20中，由直流接线器线圈300、节点控制器301、电客车位置控制线304、充电机310、电压表308、蓄电池组307、充电机保护控制线306组成；所述直流接线器线圈300与节点控制器301串联连接，节点控制器301的输入端分别连接有电客车位置控制线304和充电机保护控制线306，充电机保护控制线306的另一端与充电机310信号输出端连接；所述充电机310与蓄电池组307串联连接，充电机310的电源输出端通过外接电源线311与补偿电压源10连接，另一端通过保护接电线309接地；所述充电机310与蓄电池组307之间并联设有电压表308，用于监测蓄电池组307的端电压。
本实施例中，所述节点控制器上分别设有应急停止按钮302、手动气动按钮303以及电源工作指示灯305。
本实施例中，所述补偿节点的补偿电压源10正极性指向牵引变电所1方向，负极性指向电客车16行驶方向。
本实施例中，参见图3，所述地铁电客车运行时，牵引行走钢轨周围形成向前移动的正极性区101，牵引变电所负极母线出口处形成负极性区100；参见图4，200表示补偿单元节点内补偿电源形成的正极性区域，201表示补偿单元节点内补偿电源形成的负极性区域；在经调节控制后，200和100的面积相等，201和101的面积相等，此时即可形成“全补偿”；在全补偿运行条件下，沿地铁列车运行的方向，不再会形成正极区域和负极区域，这样也就不会有杂散电流的产生，地铁电客车的牵引电流全部经由各补偿节点内的钢轨、吸上线电缆、连接线电缆流回牵引变电所负极母线，地铁杂散电流得到抑制。
本实施例中，所述馈电线2为DC1500V铜芯电缆，截面为150mm2。
本实施例中，所述吸上线电缆7、连接线电缆11以及回流线电缆4均采用单芯铜芯电缆。
本实施例中，所述接触器常开触头13、接触器常闭触头12为熄灭冷却直流电弧的接触器触头。
本实用新型系统中电流流向过程：
参见图6，图中的C1、C2、C3、Cn、Cn+1表示沿地铁列车前进方向间隔若干距离的一系列补偿节点，图中的箭头表示牵引电流的分布状况，图中列车行驶至C3节点位置时，C1、C2、C3节点内补偿电源全部投入工作，牵引电流从牵引行走钢轨8经由节点内的吸上线电缆7、连接线电缆11、回流线电缆4和负极母线3返回牵引变电所1，电客车未到达的补偿节点均不投入工作，以免出现过补偿现象。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，其特征在于：所述系统由牵引变电所(1)、地铁电客车(16)、牵引行走钢轨(8)、接触网(9)、地电位测量装置以及若干补偿节点(5)组成；所述补偿节点(5)包括补偿电压源(10)、吸上线电缆(7)、连接线电缆(11)、单向电流导通装置(6)、接触器常开触头(13)、接触器常闭触头(12)、回流线电缆(4)和电压源辅助设备；所述地电位测量装置包括钢轨连接器(17)、毫伏表(18)、测试电缆(19)以及金属氧化物电极(14)；
所述补偿节点(5)沿着地铁电客车(16)前进方向每隔若干距离设置，每个补偿节点之间为串联，在设置补偿节点的位置对应设有地电位测量装置；所述地铁电客车(16)行驶于牵引行走钢轨(8)上，牵引变电所(1)的正极通过馈电线(2)与接触网(9)的一端电气连接，接触网(9)的另一端通过地铁电客车的受电弓(15)与地铁电客车(16)电连接；牵引变电所的负极母线(3)与所述补偿节点的回流线电缆(4)电气连接，回流线电缆(4)的另一端与大地绝缘；
所述补偿节点的回流线电缆(4)和连接线电缆(11)沿牵引行走钢轨(8)平行敷设，吸上线电缆(7)垂直于牵引行走钢轨(8)横向布置，吸上线电缆(7)上设有单向电流导通装置(6)并与回流线电缆(4)和连接线电缆(11)电气连接；补偿电压源(10)和接触器常闭触头(12)串联于连接线电缆(11)中，接触器常开触头(13)串联于回流线电缆(4)中，补偿节点投入工作时，接触器常闭触头(12)保持连接，接触器常开触头(13)断开；电压源辅助设备与补偿电压源(10)连接，对补偿节点进行保护和控制；
所述地电位测量装置的钢轨连接器(17)安装在牵引行走钢轨(8)上，钢轨连接器(17)与毫伏表(18)连接，毫伏表(18)另一端通过测试电缆(19)与金属氧化物电极(14)连接。
2.根据权利要求1所述的基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，其特征在于：所述电压源辅助设备设于控制柜(20)中，由直流接线器线圈(300)、节点控制器(301)、电客车位置控制线(304)、充电机(310)、电压表(308)、蓄电池组(307)、充电机保护控制线(306)组成；所述直流接线器线圈(300)与节点控制器(301)串联连接，节点控制器(301)的输入端分别连接有电客车位置控制线(304)和充电机保护控制线(306)，充电机保护控制线(306)的另一端与充电机(310)信号输出端连接；所述充电机(310)与蓄电池组(307)串联连接，充电机(310)的电源输出端通过外接电源线(311)与补偿电压源(10)连接，另一端通过保护接电线(309)接地；所述充电机(310)与蓄电池组(307)之间并联设有电压表(308)，用于监测蓄电池组(307)的端电压。
3.根据权利要求2所述的基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，其特征在于：所述节点控制器(301)上分别设有应急停止按钮(302)、手动气动按钮(303)以及电源工作指示灯(305)。
4.根据权利要求1所述的基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，其特征在于：所述补偿节点的补偿电压源(10)正极性指向牵引变电所(1)方向，负极性指向地铁电客车(16)行驶方向。
5.根据权利要求4所述的基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，其特征在于：所述地铁电客车(16)运行时，牵引行走钢轨(8)周围形成向前移动的正极性区，牵引变电所负极母线(3)出口处形成负极性区。
6.根据权利要求1所述的基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，其特征在于：所述馈电线(2)为DC1500V铜芯电缆，截面为150mm2。
7.根据权利要求1所述的基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，其特征在于：所述吸上线电缆(7)、连接线电缆(11)以及回流线电缆(4)均采用单芯铜芯电缆。
8.根据权利要求1所述的基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统，其特征在于：所述接触器常开触头(13)、接触器常闭触头(12)为熄灭冷却直流电弧的接触器触头。
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| CN109094427A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-12-28 | 南京铁道职业技术学院 | 基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统及方法 |
| WO2023016467A1 (zh) * | 2021-08-13 | 2023-02-16 | 史蒂文·庞 | 一种减少地铁走行轨供电回流产生迷流的方法 |
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| WO2023016467A1 (zh) * | 2021-08-13 | 2023-02-16 | 史蒂文·庞 | 一种减少地铁走行轨供电回流产生迷流的方法 |
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