一种杂散电流监测排流控制系统技术方案

一种杂散电流监测排流控制系统，包括监测装置和传感器且通过数据转接器连接，所述监测装置与排流装置连接；所述传感器负责采集参比电极的电位、结构钢极化电压及所述结构钢与钢轨之间的轨钢电压，并将采集到的数据上传给所述数据转接器；所述监测装置接收所述数据转接器传来的数据后计算泄漏杂散电流，并发送信息给排流装置实现排流。本实用新型专利技术采用拓扑式结构杂散电流监测排流控制系统，可实时监测轨道沿线的杂散电流泄露情况，并自动排流。克服了现有技术不能有效反映杂散电流泄露情况，因此也无法避免过排流和欠排流现象。本实用新型专利技术能很好的监测排除轨道交通运行中所产生的杂散电流，对埋地钢结构提供有效的保护。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种杂散电流监测排流控制系统，尤其涉及一种地铁杂散电流监测排流控制系统。
技术介绍
城市地铁和轻轨系统的供电通常采用直流供电，利用列车走行钢轨作为工作电流返回线。由于工作电流在钢轨上回流的时候，钢轨会对大地形成电位差，因此非常容易产生从钢轨到大地的泄露电流，即杂散电流。杂散电流会对地铁走行钢轨和地下各种钢结构产生非常巨大的腐蚀作用。在实际工程中杂散电流难以直接测量，一般采用间接测量的办法来反映杂散电流的泄露情况。地铁系统结构钢与金属设备受杂散电流腐蚀的危险性指标，是由结构钢或埋地钢结构表面流向周围电解质的电流密度来确定的。该电流密度越大，则钢铁受到的腐蚀速度也越大。由于金属发生电化学腐蚀时，金属表面会产生对地的电位极 化，因而工程中通常通过测量该极化电压偏移来判断金属受腐蚀的情况。世界各国对地铁杂散电流的监测一般都是基于极化电压监测的方法。具体就是在地铁建设初期埋设永久性参比电极，通过杂散电流传感器测量埋地金属结构与参比电极之间的电位差来反映地铁杂散电流的泄露情况以及腐蚀情况。目前常用的杂散电流防护方法是采用排流法。具体就是在地铁建设初期安装排流系统。排流系统由在地下埋设的排流网和安装在变电所内的排流柜组成，在必要的时候根据相关标准来控制排流柜，将杂散电流通过排流系统进行排流。杂散电流的泄露与铁轨系统的建设和损毁情况、地铁列车的运行情况、大地土壤系统的分布情况以及天气等不确定因素有很大关系。目前，相关的杂散电流监测排流系统或者采取简单的开关式排流方法，这种方法根据监测系统监测到的极化电压大小来开通或切断排流柜。具体方法是当监测系统监测到的极化电压大于标准规定的O. 5V后开通排流柜进行排流。这种方法无法根据杂散电流的泄露大小进行杂散电流的排流，往往会出现过排流和欠排流现象，因此，无法有效的保护各种埋地钢结构；或者采用智能型排流柜，通过监测接入排流柜内的结构钢和整流器负母极电压来控制排流柜的投入，其投入与运行相对独立，是否运行与监测系统没有直接的关系。这种监测排流措施使得监测系统与排流系统之间没有真正意义上的关联，失去了监测系统的意义，而排流柜内监测到的极化电压仅为某一点的极化电压，不能真正有效反映全变电所区间内杂散电流泄露情况，因此也无法避免过排流和欠排流现象，从而无法有效保护各种埋地钢结构。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种杂散电流监测排流控制系统，能精确监测杂散电流泄露情况，并自动采取措施排除杂散电流，解决现有技术无法有效保护各种埋地钢结构的问题。本技术的目的是这样实现的，一种杂散电流监测排流控制系统，包括监测装置和传感器且通过数据转接器连接，所述监测装置与排流装置连接；所述传感器负责采集参比电极的电位、结构钢极化电压及所述结构钢与钢轨之间的轨钢电压，并将采集到的数据上传给所述数据转接器；所述监测装置接收所述数据转接器传来的数据后计算泄漏杂散电流，并发送信息给排流装置实现排流。所述监测装置与排流装置的通信接口为485通信处理电路A，所述监测装置与传感器的通信接口为CAN通信处理电路A。所述监测装置包括主控芯片I，所述主控芯片I为单片机，内嵌UART接口电路和CAN接口电路；所述监测装置通过所述UART接口电路与485通信处理电路A连接，通过所述CAN接口电路与CAN通信处理电路A连接。所述监测装置还包括键盘电路、FLASH存储器处理电路和时钟芯片处理电路，所述单片机还内嵌I2C接口电路、SPI接口电路；所述单片机与所述键盘电路通过I2C接口电路连接、与所述FLASH存储器处理电路通过所述SPI接口电路连接且通过外部数据接口电路与所述时钟芯片处理电路连接。所述监测装置还包括液晶显示处理电路和串口转以太网通信处理电路，所述单片机通过所述UART接口电路与所述串口转以太网通信处理电路连接，通过外部数据及控制接口电路与所述液晶显示处理电路连接。所述传感器包括主控芯片II、数据采集电路和CAN通信处理电路B ;所述主控芯片II为单片机，所述数据采集电路包括信号隔离电路、信号调理电路及自校正电路且与单片机的模数转换器连接，所述CAN通信处理电路B与单片机的CAN通信电路接口连接。所述数据转换器包括CAN通信处理电路C和主控芯片III，所述所述主控芯片III为单片机，所述CAN通信处理电路C与所述主控芯片III的CAN通信电路接口连接。所述排流装置包括排流柜，所述排流柜包括主控芯片IV、485通信处理电路D、电压采集处理电路及排流柜杂散电流排流控制电路，所述主控芯片IV为单片机，所述485通信处理电路D、电压采集处理电路及排流柜杂散电流排流控制电路与所述主控芯片IV连接；所述电压采集处理电路通过模数转化器与所述主控芯片IV连接；所述485通信处理电路D通过UART电路接口与所述主控芯片IV连接。所述单片机的型号为C8051F040。本技术具有如下有益效果，本技术采用杂散电流监测排流控制系统，拓扑结构简单，能实时监测轨道沿线的杂散电流泄露情况，并实现自动排流。本技术采用拓扑式结构的杂散电流监测排流控制系统，可实时监测轨道沿线的杂散电流泄露情况，并自动科学排流。克服了现有技术不能真正有效反映杂散电流泄露情况，因此也无法避免过排流和欠排流现象。本技术能很好的监测排除轨道交通运行中所产生的杂散电流，对埋地钢结构提供有效的保护。附图说明图I是本技术拓扑结构示意图；图2是本技术实施例地铁监测系统架构图；图3是本技术实施例监测装置电路板框架图；图4是本技术实施例传感器电路板框架图；图5是本技术实施例数据转接器电路板框架图；图6是本技术实施例排流柜电路板框架图；图7是本技术实施例杂散电流泄漏分布曲线图；图8是本技术实施例排流柜电路图；图9是本技术实施例数据采集示意图；图10是本技术排流电流与排流柜控制方波信号的占空比关系曲线图；图11是本技术排流后杂散电流分布曲线图；图12是本技术实施例杂散电流泄漏模拟系统MATLAB仿真图。具体实施方式通过建立地铁电路系统模型对其杂散电流进行仿真发现，从机车位置到变电所，泄漏的杂散电流呈一个开口向下的二次函数分布曲线。对于绝缘情况不同的轨道，其二次函数的系数则不同，根据安装在变电所附近的若干个(通常为3个以上)传感器上监测到的极化电压大小关系可以确定各供电区间的二次函数系数，从而唯一确定该二次函数分布曲线，进而可以分析计算出供电区间内各点处的杂散电流泄漏情况，得到排流柜实现科学排流的电流大小。由于排流柜排流电流的大小是通过控制排流柜中主电路元件的控制方波占空比来实现的，排流电流大小与占空比之间的关系为线性关系，因此最终通过控制排流柜的控制方波占空比来控制排流电流的大小，实现科学排流。以下结合附图对本技术进行详细说明。实施例，一种杂散电流监测排流控制系统，参见图1，包括监测装置和传感器且通过数据转接器连接，监测装置与排流装置连接；传感器负责采集参比电极的电位、结构钢极化电压及结构钢与钢轨之间的轨钢电压，并将采集到的数据上传给数据转接器。监测装置接收数据转接器传来的数据后利用杂散电流排流算法计算泄漏杂散电流，并控制排流装置实现排流。图2为一个完整的供电区间。两个变电所之间为一个供电区间。排本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种杂散电流监测排流控制系统，其特征在于：包括监测装置和传感器且通过数据转接器连接，所述监测装置与排流装置连接；所述传感器负责采集参比电极的电位、结构钢极化电压及所述结构钢与钢轨之间的轨钢电压，并将采集到的数据上传给所述数据转接器；所述监测装置接收所述数据转接器传来的数据后计算泄漏杂散电流，并发送信息给排流装置实现排流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高勇，杨媛，孟昭亮，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：实用新型
国别省市：