钢轨电位限制装置及系统

1.一种钢轨电位限制装置，其特征在于，包括电连接的电位采集装置和控制保护装置，所述电位采集装置用于采集钢轨的电位，并将采集的电位转换成电位模拟量，将所述电位模拟量发送至所述控制保护装置；
所述控制保护装置用于接收所述电位采集装置发送的电位模拟量，并判断所述电位模拟量是否在预定电压范围内，并根据判断结果控制所述钢轨是否接地。
2.根据权利要求1所述的钢轨电位限制装置，其特征在于，所述电位采集装置包括：
检测电阻，所述检测电阻第一端子连接至钢轨，第二端子接地，用于采集所述钢轨的电位；
整流桥电路，所述整流桥电路的前端安装在所述检测电阻两端，用于将检测的钢轨电位中的交流干扰滤除，整流成一次回路电压；
电压测量放大器，连接至所述整流桥电路的后端，用于将所述一次回路电压转换成所述电位模拟量。
3.根据权利要求2所述的钢轨电位限制装置，其特征在于，所述整流桥电路包括第一整流模块、第二整流模块、第三整流模块和第四整流模块，
所述第一整流模块和所述第三整流模块反向串联，且与所述检测电阻并联，所述第二整流模块和所述第四整流模块反向串联，且与所述检测电阻并联。
4.根据权利要求3所述的钢轨电位限制装置，其特征在于，所述第一整流模块、所述第二整流模块、所述第三整流模块与所述第四整流模块均为串联的两个二极管。
5.根据权利要求2所述的钢轨电位限制装置，其特征在于，所述控制保护装置具体用于：接收所述电位模拟量，若所述电位模拟量在所述预定电压范围内，则控制所述钢轨不接地，若所述电位模拟量超出所述预定电压范围，则控制所述钢轨接地。
6.根据权利要求1所述的钢轨电位限制装置，其特征在于，还包括安装在列车进站口和出站口的传感器系统，所述传感器系统与所述控制保护装置通信连接，
用于检测所述列车是否进站或者是否出站，并将所述列车的进站和出站信息发送至所述控制保护装置。
7.根据权利要求6所述的钢轨电位限制装置，其特征在于，所述传感器系统包括激光器和激光检测器，所述激光器和所述激光检测器分别设置在所述列车行进方向的两侧。
8.根据权利要求6所述的钢轨电位限制装置，其特征在于，所述列车进站后，与所述列车出站后，对应的所述预定电压范围不相同。
9.根据权利要求1所述的钢轨电位限制装置，其特征在于，所述控制保护装置还用于将采集的电位信号进行记录；
还包括通信模块，用于与后台进行通信。
10.一种钢轨电位限制系统，其特征在于，包括权利要求1‑9任一所述的钢轨电位显示装置。

钢轨电位限制装置及系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型一般涉及公共交通领域，尤其涉及钢轨电位限制装置及系统。\n背景技术\n[0002] 近年来，随着社会经济的高速发展和城市化进程的加快，交通出行问题日益突出，大力发展城市轨道交通成为解决此难题的主要途径。城市轨道交通系统复杂、设备众多，设备的安装质量关系到安全运行，尤其是直流牵引供电系统设备。在城市轨道交通牵引供电\n系统中，电能从牵引变电所经馈电线、接触网或者接触轨输送给电动列车、再从电动列出经走行轨、回流线回牵引变电所，由馈电线、接触网(接触轨)、轨道回路及回流线组成的供电网络成为牵引网。轨道交通牵引供电系统不同于常规交流配电系统，其供电方式采用三轨\n供电，通过接触轨和走行轨分别供正负极进行供电和回流。为减少杂散电流对地铁隧道结\n构金属(钢筋及预埋金属管线等)的腐蚀，更是为了防止正极与地之间产生电位差造成安全\n隐患，地铁牵引变电所内的直流开关柜均采用对地绝缘安装，即正极和负极均对地绝缘。由于钢轨与电源负极相连，若发生正极接地故障，将对乘客的人身安全造成极大威胁。因此，对所有直流开关设备有可能发生的正极接地(碰壳)加以保护，将直流开关柜绝缘安装，设\n置钢轨电位限制装置，然后集中一点通过电流保护元件接地，是实现保护的有效方案。\n[0003] 但是现有的钢轨电位限制装置中经常出现钢轨电位限制装置频繁动作或者直接\n接地运行的情况。针对车站内变电所钢轨电位限制装置频繁动作的情况，容易造成钢轨接\n地，导致杂散电流外泄。引起地铁周边金属管线腐蚀加剧，造成事故、危及人身安全。并且钢轨电位限制装置设置有III段保护，当III段保护动作，直流接触器闭合，需要人工手动复\n归，从而给运营维管人员造成不变。\n实用新型内容\n[0004] 鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种钢轨电位限制装置及系统。\n[0005] 第一方面，提供一种钢轨电位限制装置，包括电连接的电位采集装置和控制保护\n装置，\n[0006] 所述电位采集装置用于采集钢轨的电位，并将采集的电位转换成电位模拟量，将\n所述电位模拟量发送至所述控制保护装置；\n[0007] 所述控制保护装置用于接收所述电位采集装置发送的电位模拟量，并判断所述电\n位模拟量是否在预定的电压范围内，并根据判断结果控制所述钢轨是否接地。\n[0008] 可选的，所述电位采集装置包括：\n[0009] 检测电阻，所述检测电阻第一端子连接至钢轨，第二端子接地，用于采集所述钢轨的电位；\n[0010] 整流桥电路，所述整流桥电路的前端安装在所述检测电阻两端，用于将检测的钢\n轨电位中的交流干扰滤除，整流成一次回路电压；\n[0011] 电压测量放大器，连接至所述整流桥电路的后端，用于将所述一次回路电压转换\n成电位模拟量。\n[0012] 可选的，所述整流桥电路包括第一整流模块、第二整流模块、第三整流模块和第四整流模块，\n[0013] 所述第一整流模块和所述第三整流模块反向串联，且与所述检测电阻并联，\n[0014] 所述第二整流模块和所述第四整流模块反向串联，且与所述检测电阻并联。\n[0015] 可选的，所述第一整流模块、所述第二整流模块、所述第三整流模块与所述第四整流模块均为串联的两个二极管。\n[0016] 可选的，所述控制保护装置具体用于：接收所述电位模拟量，若所述电位模拟量在所述预定电压范围内，则控制所述钢轨不接地，若所述电位模拟量超出所述预定电压范围，则控制所述钢轨接地。\n[0017] 可选的，还包括安装在列车进站口和出站口的传感器系统，所述传感器系统与所\n述控制保护装置通信连接，\n[0018] 用于检测所述列车是否进站或者是否出站，并将所述列车的进站和出站信息发送\n至所述控制保护装置。\n[0019] 可选的，所述传感器系统包括激光器和激光检测器，所述激光器和所述激光检测\n器分别设置在所述列车行进方向的两侧。\n[0020] 可选的，所述列车进站后，与所述列车出站后，对应的所述预定电压范围不相同。\n[0021] 可选的，所述控制保护装置还用于将采集的电位信号进行记录；\n[0022] 还包括通信模块，用于与后台进行通信。\n[0023] 第二方面，提供一种钢轨电位限制系统，包括上述钢轨电位显示装置。\n[0024] 根据本申请实施例提供的技术方案，通过提供一种钢轨电位限制装置能够实现对\n钢轨电压的精确监控，对超出设定阀内的高电压进行在线录波及记录，并且根据检测到的\n钢轨电压进行钢轨是否接地的判断和操作，能够对列车钢轨的情况进行精确的判断，保证\n该装置的准确运行。\n附图说明\n[0025] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它\n特征、目的和优点将会变得更明显：\n[0026] 图1为本实施例中钢轨电位限制装置结构示意图；\n[0027] 图2为本实施例中电位采集装置结构示意图；\n[0028] 图3为本实施例中电位采集装置和控制保护装置电路结构示意图。\n具体实施方式\n[0029] 下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描\n述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明\n的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。\n[0030] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相\n互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。\n[0031] 请参考图1，本实施例提供一种钢轨电位限制装置，其特征在于，包括电连接的电\n位采集装置10和控制保护装置20，\n[0032] 所述电位采集装置10用于采集钢轨的电位，并将采集的电位转换成电位模拟量，\n将所述电位模拟量发送至所述控制保护装置20；\n[0033] 所述控制保护装置20用于接收所述电位采集装置10发送的电位模拟量，并判断所\n述电位模拟量是否在预定的电压范围内，并根据所述判断结果控制所述钢轨是否接地。\n[0034] 本申请实施例通过提供一种钢轨电位限制装置能够实现对钢轨电压的精确监控，\n对超出设定范围内的高电压进行在线录波及记录，并且根据检测到的钢轨电压进行钢轨是\n否接地的判断和操作，能够对列车钢轨的情况进行精确的判断，保证该装置的准确运行。\n[0035] 进一步的，所述电位采集装置10包括：\n[0036] 检测电阻11，所述检测电阻11第一端子连接至钢轨，第二端子接地，用于采集所述钢轨的电位；\n[0037] 整流桥电路12，所述整流桥电路12的前端安装在所述检测电阻 11两端，用于将检\n测的钢轨电位中的交流干扰滤除，整流成一次回路电压；\n[0038] 电压测量放大器13，连接至所述整流桥电路12的后端，用于将所述一次回路电压\n转换成所述电位模拟量。\n[0039] 如图2所示部分为本实施例采用的电位采集装置10结构示意图，其中采用一级高\n隔离转换回路作为该电位采集装置10的电路结构，相比较现有技术中使用的两级采样回\n路，其精度提升了一级，并且耐压耐冲击能力强，同时构造简单，维护维修都比较方便，更加便于现场使用。\n[0040] 其中，检测电阻11连接至钢轨和地，对钢轨电位进行实时的检测，同时检测电阻11连接至整流桥电路12的前端，通过该整流桥电路12 将检测的钢轨电位中的交流干扰滤除，整流成一次回路电压，将回路中的交流干扰滤除，或者将回路中的交流干扰转换成直流分\n量，能够消除交流信号对整个测量结果的影响，同时通过该电压测量放大器13 能够实现对该回路的隔离作用；\n[0041] 在整流桥电路12后端连接有电压测量放大器13，将检测的电位信号进行放大，转\n换成电位模拟量，随后将电位模拟量传递至控制保护装置20中，该电压测量放大器13位控\n制保护装置20的模拟量输入端，通过根据电位模拟量进行一定的运算和判断，判断走行钢\n轨的检测电位是否位于预定电压范围内。\n[0042] 进一步的，所述整流桥电路12包括第一整流模块、第二整流模块、第三整流模块和第四整流模块，\n[0043] 所述第一整流模块和所述第三整流模块反向串联，且与所述检测电阻11并联，\n[0044] 所述第二整流模块和所述第四整流模块反向串联，且与所述检测电阻11并联。\n[0045] 具体的，参见图3所示为该电位采集装置10电路结构示意图，通过设置第一整流模\n块、第二整流模块、第三整流模块、第四整流模块形成整流桥电路12，其中检测电阻11串联在该整流桥电路12中，电压放大器具有两个输入端口，其中一个端口连接至第一整流模块\n和第三整流模块之间，另一个端口连接至第二整流模块和第四整流模块之间，将整流桥电\n路12的信号传输至该电压放大器内。\n[0046] 进一步的，所述第一整流模块、所述第二整流模块、所述第三整流模块与所述第四整流模块均为串联的两个二极管。\n[0047] 本实施例中的各整流模块通过串联的两个二极管实现，能够提高该整流电路的耐\n压和耐冲击能力。\n[0048] 进一步的，所述控制保护装置20具体用于：接收所述电位模拟量，若所述电位模拟量在所述预定电压范围内，则控制所述钢轨不接地，若所述电位模拟量超出所述预定电压\n范围，则控制所述钢轨接地。\n[0049] 本实施例通过控制保护装置20实现对钢轨是否接地的控制，其中，控制保护装置\n20从电位采集装置10中获取走行钢轨的电位模拟信号，根据该模拟信号判断钢轨是否需要\n接地，若检测的模拟信号位于设定的电压范围之外，则判断钢轨需要接地，通过控制保护装置20 控制钢轨进行接地的动作。并且，本实施例中钢轨在进行接地动作时，将钢轨与大地进行短接，电压下降后经过设定的一段时间恢复开断。\n[0050] 进一步的，还包括安装在列车进站口和出站口的传感器系统30，所述传感器系统\n30与所述控制保护装置20通信连接，\n[0051] 用于检测所述列车是否进站或者是否出站，并将所述列车的进站和出站信息发送\n至所述控制保护装置20。\n[0052] 本实施例中还增加设置激光传感器系统30，增加了列车进出站的检测，传感器系\n统30得出的列车是否进站的信号将引入到钢轨电位限制器的保护的判断逻辑中，对于列车\n进站后的轨电位进行分析和甄别，排除了电压故障的误报动作，使得轨电位在运行中监测\n保护更加准确无误。该系统与控制保护装置的通信方式可以有多种方式，例如wifi 等等。\n[0053] 城市轨道交通中，列车的行驶区域及受电线路本属于封闭区域，近年来地铁运营\n中更加注重地铁站内人员的安全防护措施，引入了屏蔽门系统。在列车未进站时，站台上乘客无法接触到走行钢轨和列车，行驶中列车内乘客则处于一个等电位环境。此时，走行钢轨的电位高低对所有的站内人员并没有影响。只有当列车进站停车、乘客开始上下车时，乘客才会通过列车和走行轨形成等电位，过高的轨电位导致形成跨步电压，发生触电事故。因\n此，本实施中的钢轨电位限制装置增加了本站内列车进站检测传感器，将列车的进/出站信号引人钢轨电位限制装置的保护逻辑中作为判定条件，对于列车进站后的轨电位进行分析\n和甄别，仅在列车进站后将钢轨电位限制装置投入，从而在保证人员上下车安全的同时，极大的减少了装置的动作频率，这样即延长了装置的使用寿命，同时也减少了杂散电流对钢\n轨的腐蚀。\n[0054] 进一步的，所述传感器系统30包括激光器和激光检测器，所述激光器和所述激光\n检测器分别设置在所述列车行进方向的两侧。\n[0055] 本实施例中采用激光传感器作为该传感器系统30，至少包括激光器和激光检测\n器，将两者设置在列车行进方向的两侧，当列车进站或者出站时，该激光传感器均能检测\n到；本实施例中选用激光技术作为测量的传感器，激光传感器作为新型测量仪表，它具有能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等有点。\n[0056] 进一步的，所述列车进站后，与所述列车出站后，对应的所述预定电压范围不相\n同。\n[0057] 本实施例中将列车进出站的情况引入钢轨电压判断的条件，更加智能，符合钢轨\n的使用情况的同时，还能减少装置的动作频率，延迟装置的使用寿命。\n[0058] 进一步的，所述控制保护装置20还用于将采集的电位信号进行记录；\n[0059] 还包括通信模块，用于与后台进行通信。\n[0060] 本实施例提供控制保护装置20还可也对采集的多种信号进行记录和保存，并且具\n有通信模块，实现与后台的通信连接；并且，除了原PLC具有的控制保护监测功能之外，还具备多CPU结构，各功能模块相对独立，系统可靠性高，实现全面完善的保护功能，每种故障都有多种保护反应。能够记录内部各元件动作行为和录波数据；记录内部各元件动作时内部\n计算值；具有极强的数据处理、逻辑运算和信息存储能力，可记录的录波报告达到10条，可记录的事件数达到1000 条，为动作或故障后的事件分析提供了详细准确的理论分析数据，同时这些信息在装置掉电后不会丢失；选用高精度、高稳定的器件，保证正常运行的高精\n度，避免因环境改变或长期运行而造成采样误差增大。\n[0061] 本实施例中优选的采用微机保护装置作为上述控制保护装置20，其相比较普通的\n可编程控制器具有运算功能强大，反应更快，具有SOE (事件顺序记录)功能，事件顺序记录分辨率不大于1ms，通讯功能强大等优势。\n[0062] 本实施例中优选的采用型号为CPD‑100的微机保护装置。\n[0063] 本实施例还提供一种钢轨电位限制系统，包括上述的钢轨电位显示装置。\n[0064] 本实施例中的钢轨电位限制系统包括上述实施例中的装置，还包括后台系统等结\n构，通过后台系统对当前装置的实时状态进行监控，对当前装置检测以及获取到的数据进\n行实时的监控和记录，以便于后续的查看，以及根据数据进行检讨和总结，并且能够与后台系统进行通信连接，实时的对钢轨电位限制装置进行改进。\n[0065] 新型钢轨电位限制系统的创新改进，能够大幅度减少轨电位柜主回路装置的误动\n作次数，这样不仅能够更加精确的保障列车乘员的安全，减少杂散电流地钢轨的腐蚀，同时减少了装置元件的工作次数，延长了工作寿命；对钢轨电位限制装置的创新，也进一步的提升了该柜型的信息化，智能化程度，使得人机操作、智能运维、设备物联能力等提升了档次，有利于整个直流供电系统的安全防护能力的提高，使整个轨道供电系统运行的更加智能安\n全高效。\n[0066] 需要理解的是，上文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所\n指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发\n明的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的\n数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。\n[0067] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位\n之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。\n[0068] 以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人\n员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的\n技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同\n特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具\n有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

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