CN214775482U - 轨电位控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种轨电位控制系统，包括：控制器、电压传感器、斩波器、预充电路；所述电压传感器分别与钢轨、负极接地母排和控制器连接；所述斩波器分别与所述控制器、负极接地母排以及所述预充电路一端连接；所述预充电路另一端连接钢轨；所述电压传感器用于检测钢轨的钢轨电位，并将所述钢轨电位发送至所述控制器；所述预充电路用于给所述斩波器的前端电容器充电，防止大电流对电容器产生冲击，为斩波器进入工作提供条件；所述控制器用于在所述钢轨电位大于预设的电位值时，调节斩波器的占空比，以降低钢轨电位。本实用新型的系统，可以将轨电位限制在一定范围内，控制效果较高。同时，通过对钢轨电压的控制，可有效减少泄漏电流的大小。

Description

轨电位控制系统

技术领域

本实用新型实施例涉及轨道交通电力系统技术领域，尤其涉及一种轨电位控制系统。

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。并在机车和回流点附近钢轨中产生明显的钢轨对地电位，特别是在两个牵引所之间的非牵引所站，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，轨电位增加。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。

目前针对轨电位从低至过高的过程中，在低电位时，通过排流柜在一定程度上控制轨电位的上升，该方式，对于轨电位的上升的控制效果较差。

实用新型内容

本实用新型提供一种轨电位控制系统，用以解决目前针对轨电位从低至过高的过程中，在低电位时，通过排流柜在一定程度上控制轨电位的上升，该方式，对于轨电位的上升的控制效果较差的问题。

本实用新型实施例提供一种轨电位控制系统，包括：

控制器、电压传感器、斩波器、预充电路；

所述电压传感器分别与钢轨、负极接地母排和控制器连接；所述斩波器分别与所述控制器、负极接地母排以及所述预充电路一端连接；所述预充电路另一端连接钢轨；

所述电压传感器用于检测钢轨的钢轨电位，并将所述钢轨电位发送至所述控制器；

所述预充电路用于给所述斩波器的前端电容器充电，防止大电流对电容器产生冲击，为斩波器进入工作提供条件；

所述控制器用于在所述钢轨电位大于预设的电位值时，调节斩波器的占空比，以降低钢轨电位。

进一步地，如上所述的系统，所述预设的电位值为70V。

进一步地，如上所述的系统，所述预充电路包括线路接触器、预充接触器和预充电阻：

所述预充接触器和所述预充电阻串联连接；所述预充接触器和所述预充电阻构成的整体与所述线路接触器并联连接；

所述线路接触器的一端连接钢轨，所述线路接触器的另一端连接所述斩波器。

进一步地，如上所述的系统，所述斩波器为IGBT斩波器；

所述IGBT斩波器由IGBT和二极管组成。

进一步地，如上所述的系统，还包括：电流传感器；

所述电流传感器连接钢轨；所述预充电路一端连接所述电流传感器。

进一步地，如上所述的系统，还包括：二极管整流桥；

所述二极管整流桥分别与所述预充电路一端和钢轨连接。

进一步地，如上所述的系统，所述二极管整流桥由四个二极管组成。

进一步地，如上所述的系统，还包括：限流电阻；

所述限流电阻分别连接所述斩波器和所述钢轨。

本实用新型实施例提供的一种轨电位控制系统，该系统包括：控制器、电压传感器、斩波器、预充电路；所述电压传感器分别与钢轨、负极接地母排和控制器连接；所述斩波器分别与所述控制器、负极接地母排以及所述预充电路一端连接；所述预充电路另一端连接钢轨；所述电压传感器用于检测钢轨的钢轨电位，并将所述钢轨电位发送至所述控制器；所述预充电路用于给所述斩波器的前端电容器充电，防止大电流对电容器产生冲击，为斩波器进入工作提供条件；所述控制器用于在所述钢轨电位大于预设的电位值时，调节斩波器的占空比，以降低钢轨电位。本实用新型的系统，通过控制器在钢轨电位大于预设的电位值时，调节斩波器的占空比，此时，系统进行电压闭环控制，保证轨电位限制在一定范围内，控制效果较高。同时，通过对钢轨电压的控制，可有效减少泄漏电流的大小。

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，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1为本实用新型一实施例的轨电位控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例的轨电位控制系统的结构示意图。

通过上述附图，已示出本实用新型明确的实施例，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实用新型构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

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实用新型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、本实用新型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实用新型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，对本实用新型的实施例进行描述。

为了更好的描述本实用新型的轨电位控制系统，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。

本实用新型的轨电位控制系统，可以在轨电位达到一定值时，控制轨电位处于一定的范围内，比如在轨电位达到70V时，控制轨电位处于70V-90V之间，从而在正常情况下控制轨电位不再升高。

如果钢轨电位过高，比如处于90V～110V、120V～170V或600V以上，可以通过轨电位限制柜进行电位限制，以实现轨电位的保护。

图1为本实用新型一实施例的轨电位控制系统的结构示意图，如图1所示，本实用新型的轨电位控制系统包括：

控制器1、电压传感器2、斩波器3、预充电路4；

所述电压传感器2分别与钢轨、负极接地母排和控制器1连接；所述斩波器3分别与所述控制器1、负极接地母排以及所述预充电路4一端连接；所述预充电路4另一端连接钢轨；

所述电压传感器2用于检测钢轨的钢轨电位，并将所述钢轨电位发送至所述控制器1；

所述预充电路4用于降低接收的钢轨电流大小，并将降低后的钢轨电流输入所述斩波器3；

所述控制器1用于在所述钢轨电位大于预设的电位值时，调节斩波器3的占空比，以降低钢轨电位。

本实用新型实施例提供的一种轨电位控制系统，通过控制器1在钢轨电位大于预设的电位值时，调节斩波器的占空比，此时，系统进行电压闭环控制，保证轨电位限制在一定范围内，控制效果较高。同时，通过对钢轨电压的控制，可有效减少泄漏电流的大小。

图2为本实用新型另一实施例的轨电位控制系统的结构示意图，如图2所示，VT1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(图中未示出)可实现占空比可调，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。SV1和SV2位电压传感器，用于检测钢轨电位。D1-D4是二极管，组成二极管整流桥。VD1-6为二极管，FU1为熔断器，QS1为隔离开关，SA为电流传感器。KM1为线路接触器、KM2为预充接触器、R1为预充电阻。C1-C4为电容，VD1为二极管。RZ1为限流电阻。Rn1为电阻。

系统中轨电压通过二极管整流桥输入至轨电位控制系统中，KM1、KM2、R1组成的预充电路为IGBT斩波器的工作提供条件，通过电压传感器SV1检测轨电压的大小，通过电流传感器SA检测电流的大小。当检测到轨电压大于70时，控制器发出斩波调制脉冲，调节VT1占空比，系统进行电压闭环控制，保证轨电位限制在一定范围内，所形成的电流就是排流电流的一部分，通过排流系统进入负极，RZ1的作用是限制最大电流，最终目的是在控制轨电位不大于90V的前提下。

同时，通过对钢轨电压的控制，可有效减少泄漏电流的大小(泄漏电流＝轨电压/地电阻)。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型实施例的其它实施方案。本实用新型旨在涵盖本实用新型实施例的任何变型、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实用新型实施例的一般性原理并包括本实用新型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，本实用新型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，本实用新型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。本实用新型实施例的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (8)

1.一种轨电位控制系统，其特征在于，包括：控制器、电压传感器、斩波器、预充电路；

所述电压传感器分别与钢轨、负极接地母排和控制器连接；所述斩波器分别与所述控制器、负极接地母排以及所述预充电路一端连接；所述预充电路另一端连接钢轨；

所述电压传感器用于检测钢轨的钢轨电位，并将所述钢轨电位发送至所述控制器；

所述预充电路用于给所述斩波器的前端电容器充电，防止大电流对电容器产生冲击，为斩波器进入工作提供条件；

所述控制器用于在所述钢轨电位大于预设的电位值时，调节斩波器的占空比，以降低钢轨电位。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设的电位值为70V。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预充电路包括线路接触器、预充接触器和预充电阻：

所述预充接触器和所述预充电阻串联连接；所述预充接触器和所述预充电阻构成的整体与所述线路接触器并联连接；

所述线路接触器的一端连接钢轨，所述线路接触器的另一端连接所述斩波器。

4.根据权利要求1至3任一所述的系统，其特征在于，所述斩波器为IGBT斩波器；

所述IGBT斩波器由IGBT和二极管组成。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：电流传感器；

所述电流传感器连接钢轨；所述预充电路一端连接所述电流传感器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：二极管整流桥；

所述二极管整流桥分别与所述预充电路一端和钢轨连接。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述二极管整流桥由四个二极管组成。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：限流电阻；

所述限流电阻分别连接所述斩波器和所述钢轨。

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