CN215436091U - 杂散电流与钢轨电位的综合治理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，所述电路包括限制柜单元、钢轨电位控制柜单元、排流柜单元和排流收集网，所述控制柜单元的输入端与限制柜单元的一端通过钢轨连接，钢轨再通过电缆和供电线路的负极连接，控制柜单元的输入端与供电线路的负极连接，控制柜单元的输出端与排流收集网连接；限制柜单元的一端经由钢轨与供电线路的负极连接，所述限制柜单元的另一端接地；所述排流柜单元的输出端与负极柜连接，所述排流柜单元的输入端与排流收集网连接。本实用新型的杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，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。

Description

杂散电流与钢轨电位的综合治理电路

技术领域

本实用新型涉及轨道交通电力系统技术领域，具体涉及一种杂散电流与钢轨电位的综合治理电路。

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，产生钢钢轨电位。同时，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，同时，预防措施和排流措施是相互独立的，对杂散电流的防护效果较差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，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。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，所述电路包括限制柜单元、钢轨电位控制柜单元、排流柜单元和排流收集网，所述控制柜单元的输入端与限制柜单元的一端通过钢轨连接，所述钢轨通过电缆与供电线路的负极连接，所述控制柜单元的输入端与供电线路的负极连接，所述控制柜单元的输出端与排流收集网连接；所述限制柜单元的一端经由钢轨与供电线路的负极连接，所述限制柜单元的另一端接地；所述排流柜单元的输出端与负极柜连接，所述排流柜单元的输入端与排流收集网连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

上述方案中，优选地，所述控制柜单元包括串联的电阻和IGBT，电阻经由IGBT与排流收集网连接。

上述方案中，优选地，所述限制柜单元包括并联的三条支路，其中，一个支路设有开关，另外两条支路分别设有晶闸管，两个晶闸管反向并联设置。

上述方案中，优选地，所述排流收集网分为上行排流收集网和下行排流收集网。

上述方案中，优选地，所述排流柜单元分为上行部分和下行部分，上行部分和下行部分并联，上行部分的输出端与上行排流收集网连接，下行部分的输出端与下行排流收集网连接。

上述方案中，优选地，所述上行部分包括串联的电阻和IGBT，电阻经由IGBT与排流收集网连接。

上述方案中，优选地，所述下行部分包括串联的电阻和IGBT，电阻经由IGBT与排流收集网连接。

本实用新型提供的杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，与现有技术相比有以下优点：

(1)本实用新型的杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，通过控制柜单元和排流柜单元建立通信连接，排流柜单元在控制柜单元投入工作时根据钢轨电位进行排流操作，将杂散电流排到排流收集网。同时，通过限制柜单元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。

(2)本实用新型的杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，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。

附图说明

图1是本实用新型的电路示意图。

具体实施方式

以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

图1示出了本实用新型杂散电流与钢轨电位的综合治理电路的一种实施方式，杂散电流与钢轨电位的综合治理电路包括限制柜单元、钢轨电位控制柜单元、排流柜单元和排流收集网。地铁或轻轨牵引供电线路设有正极柜和负极柜，排流收集网分为上行排流收集网和下行排流收集网。

本实施例中，控制柜单元的输入端与限制柜单元的一端通过钢轨连接，控制柜单元的输入端与钢轨连接再通过电缆与负极柜连接，控制柜单元的输出端与排流收集网连接。控制柜单元包括并联的两条支路，每条支路由电阻和IGBT组成，选用几条支路取决于IGBT的功率，如果采用大功率的IGBT，可以只选用一条支路。控制柜单元二次回路检测整流回路之前电压，这样取得的钢轨电位为实际值，不需要校正。控制柜单元工作产生的杂散电流不会流向大地，而是直接流向排流收集网，这样再通过排流柜单元将这部分电流排放到负极上，减少杂散电流对结构钢筋的腐蚀。

本实施例中，负极柜经由钢轨与限制柜单元的一端连接，限制柜单元的另一端接地。限制柜单元包括并联的三条支路，其中一个支路设有开关，作为直流支路；另两条支路分别设有晶闸管，因为轨电位有正负，两个晶闸管反向并联。限制柜单元用于获取钢轨的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。

本实施例中，排流柜单元的输出端与负极柜连接，排流柜单元分为上行部分和下行尾端部分，上行部分和下行部分并联，上行部分的输出端与上行排流收集网连接，下行部分的输出端与下行排流收集网连接。正极柜经由车辆负载后与限制柜单元的一端连接。上行部分设有两条支路，每条支路由电阻和IGBT组成，选用几条支路取决于IGBT的功率，如果采用大功率的IGBT，可以只选用一条支路。下行部分与上行部分结构相同。

本实施例中，通过限制柜单元、控制柜单元和排流柜单元三者相互之间协作，控制柜单元在钢轨电位没到危险值时，控制钢轨电位的数值，排流柜单元在控制柜单元控制钢轨电位的数值时，对钢轨的杂散电流进行排流。同时，在钢轨电位过高时，通过限制柜单元进行限位保护。

本实用新型的系统，通过控制柜单元和排流柜单元建立通信连接，排流柜单元在控制柜单元投入工作时根据钢轨电位进行排流操作，将杂散电流排到排流收集网。同时，通过限制柜单元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。

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，钢轨电位小于设定范围的值，比如设定范围中的 70V，此时，排流柜单元工作，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，钢轨电位大于设定范围的值，比如设定范围中的70V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，如果超出控制范围，则钢轨电位限制系统进入二级、三级钢轨电位保护模式。

当极化电压小于预设的排流电压值时，钢轨电位大于设定范围的值，比如设定范围中的 70V时，钢轨电压控制系统工作，通过加大排流而尽可能的减少杂散电流对结构钢筋的腐蚀；

上述方案中，优选地，预设的排流电压值可以为0.5V，也可以根据实际的需求进行调整后，本实施例对此不作限定。

综上所述，排流系统在控制柜单元投入工作时，会根据钢轨电位高低自行判断排流大小。排流系统在控制柜单元没有工作时,排流大小受极化电压控制,将杂散电流排到排流收集网。做到防、排同时进行。

同时，当钢轨电位达到70V～90V之间时，控制柜单元开始工作，及时将钢钢轨电位控制在90V以下。

排流柜单元在控制柜单元投入工作时，会根据钢轨电位高低自行判断排流大小。

排流柜单元在控制柜单元没有工作时,排流大小受极化电压控制,将杂散电流排到排流收集网。

当钢轨电位达到DC90～110V时，限制柜单元工作，延时1秒通过接触器短接钢轨和排流收集网。

当钢轨电位达到DC120V～170V时，限制柜单元工作，无延时通过接触器短接钢轨和排流收集网。

当钢轨电位达到600V时，限制柜单元工作，立即通过柜内的电力电子器件短接钢轨和排流收集网。

1：限制柜单元原理

钢轨电位采取三段电压保护模式，即第一段(延时1s短接)，动作电位：DC90～110V；第二段(无延时短接)，动作电位：DC120V～170V之间；第三段(无延时短接)，动作电位：＞DC600V。

基本原理是：当监测到的钢轨电位超过设置的安全电位动作值时，通过接触器或者晶闸管使钢轨与排流收集网接通。

如果钢钢轨电位≥第一段电压(DC90～110V)的阈值，该装置将会经过一段延时(延时 1s可调)直流接触器闭合，使钢轨与排流收集网接通，达到保护目的。直流接触器闭合10s 后断开，装置会继续监测钢钢轨电位。如果连续发生3次故障，则直流接触器闭合后不再断开，需人工手动复位，并发出报警信号。

如果钢钢轨电位≥第二段电压(DC120V～170V)的阈值，该装置将无延时将直流接触器闭合，使钢轨与地之间接通，达到保护目的。保护动作后需人工手动复位，并发出报警信号。

如果钢钢轨电位≥第三段电压(DC600V)的阈值，晶闸管瞬间导通，达到快速保护。之后直流接触器合闸。保护动作后需人工手动复位，并发出报警信号。

2：控制柜单元原理

控制柜单元在钢轨电位达到设定值时，通过电力电子器件的控制降低钢轨因纵向电阻引起的钢钢轨电位升高。通过以下方案：

当钢轨电位达到设定值时，通过控制内部的两个IGBT之间的导通比，采取恒压控制策略来将钢轨电位控制在预期的目标值之内。

上述实施案例只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，其特征在于，所述电路包括限制柜单元、钢轨电位控制柜单元、排流柜单元和排流收集网，所述控制柜单元的输入端与限制柜单元的一端通过钢轨连接，所述钢轨通过电缆与供电线路的负极连接，所述控制柜单元的输入端与供电线路的负极连接，所述控制柜单元的输出端与排流收集网连接；所述限制柜单元的一端经由钢轨与供电线路的负极连接，所述限制柜单元的另一端接地；所述排流柜单元的输出端与负极柜连接，所述排流柜单元的输入端与排流收集网连接。

2.根据权利要求1所述的杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，其特征在于，所述控制柜单元包括串联的电阻和IGBT，电阻经由IGBT与排流收集网连接。

3.根据权利要求1所述的杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，其特征在于，所述限制柜单元包括并联的三条支路，其中，一个支路设有开关，另外两条支路分别设有晶闸管，两个晶闸管反向并联设置。

4.根据权利要求1所述的杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，其特征在于，所述排流收集网分为上行排流收集网和下行排流收集网。

5.根据权利要求4所述的杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，其特征在于，所述排流柜单元分为上行部分和下行部分，上行部分和下行部分并联，上行部分的输出端与上行排流收集网连接，下行部分的输出端与下行排流收集网连接。

6.根据权利要求5所述的杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，其特征在于，所述上行部分包括串联的电阻和IGBT，电阻经由IGBT与排流收集网连接。

7.根据权利要求5所述的杂散电流与钢轨电位的综合治理电路，其特征在于，所述下行部分包括串联的电阻和IGBT，电阻经由IGBT与排流收集网连接。

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