一种减轻杂散电流腐蚀的智能导通装置的制作方法

本发明涉及杂散电流回流领域，特别是电气化铁道杂散电流的受控导通。

背景技术：

随着国内工业现代化的持续推进，中国城市轨道交通进入快速发展新时期，轨道交通杂散电流防护问题逐渐引起社会各界的重视。地铁通过接触网向机车送电，电流通过走行轨流回牵引变电所。由于受污染、渗水以及绝缘裂化等因素影响，钢轨与整体道床的过渡电阻降低，少量电流未沿走行轨流回牵引变电所负极，而是通过地铁道床流入大地，形成杂散电流。

单向导通装置是减轻杂散电流腐蚀轨道周围建筑及设施的重要装置，同时降低停车库和检修库的钢轨电位，保证检修人员的人身安全。传统单向导通装置主回路由多个整流二极管并联组成。由于单向导通装置的单向导电性，形成了“正线钢轨-大地/接地扁钢/架空地线-场段地网-场段轨电位/地线-场段钢轨-单导二极管-正线钢轨”的杂散电流泄漏回路，地铁区域周围金属管线被电化学腐蚀，导致金属管线的使用寿命减少，耐久度和强度降低，可能引发严重的安全事故。

传统单向导通装置具有以下缺陷：

1.由于二极管的单向导通性，形成了“正线钢轨-大地/接地扁钢/架空地线-场段地网-场段轨电位/地线-场段钢轨-单导二极管-正线钢轨”的杂散电流泄漏回路，导致地铁周围区域金属管线被电化学腐蚀，导致建筑及设施腐蚀更严重。

2.传统单向导通装置旁路回路的导通和关断不具备程控卡片联动功能。

3.不具备数字化、智能化管理系统，不能与电力监控系统远程交换数据。

4.传统单向导通装置工作时持续单向导通，杂散电流泄漏回路持续对地铁周围管线进行电化学腐蚀。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服传统单向导通装置的不足，本发明提供了一种减轻杂散电流腐蚀的智能导通装置，用于治理车辆段杂散电流，保护轨道的特殊地段不受杂散电流的腐蚀。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种减轻杂散电流腐蚀的智能导通装置以全控型门极可关断晶闸管(简称gto晶闸管)为核心，对杂散电流进行牵引回流。所述智能导通装置包括主回路，所述主回路包括正向导通回路和反向导通回路，所述正向导通回路和反向导通回路并联，所述正向导通回路由多条正向导通支路并联形成，所述反向导通回路由多条反向导通支路并联形成，所述正向导通支路串联有二极管、gto晶闸管以及熔断器，所述反向导通支路串联有二极管、gto晶闸管以及熔断器，所述正向导通支路和反向导通支路的二极管连接方向相反，所述正向导通支路和反向导通支路的gto晶闸管连接方向相反。

进一步，所述gto晶闸管连接有gto驱动板，所述正向导通支路串联有电流传感器，所述主回路正负极两端并联有隔离开关，所述主回路正负极两端并联有电压传感器，所述智能导通装置具有嵌入式系统，所述嵌入式系统与gto驱动板相连接。

进一步，所述智能导通装置还具有主回路保护电路，所述主回路保护电路并联于主回路正负极两端。

进一步，所述嵌入式系统连接有列车接近探测器，所述嵌入式系统包括列车接近探测故障诊断模块、第一程控卡片模块以及gto通断判断模块，所述列车接近探测故障诊断模块诊断列车接近探测器是否发生故障，所述第一程控卡片模块控制gto驱动板导通或关断gto晶闸管，所述gto通断判断模块根据隔离开关的状态、电压传感器检测到的电压值、列车接近探测器的检测结果以及列车接近探测故障诊断模块的诊断结果判断是否导通gto晶闸管，并向第一程控卡片模块发出导通或关断gto晶闸管的指令。

进一步，所述列车接近探测器为车轮探测器、高速激光测距探测器以及激光对射探测器中的一种。

进一步，所述智能导通装置还具有gto散热系统，所述gto散热系统包括gto散热器、温度传感器以及风扇，所述gto散热器为正向导通回路和反向导通回路散热，若所述温度传感器检测到gto散热器温度过高，则所述嵌入式系统控制风扇启动。

进一步，所述嵌入式系统还包括主回路支路故障检测模块，所述嵌入式系统接收gto驱动板返回的gto晶闸管通断状态和gto晶闸管故障、电流传感器返回的各支路电流值以及熔断器返回的熔断器状态，所述主回路支路故障检测模块根据嵌入式系统接收到的信息判断各支路是否发生故障。

进一步，所述嵌入式系统还包括主回路保护模块，所述主回路保护模块根据支路故障检测模块检测到的故障信息，判断是否闭合隔离开关。

进一步，所述嵌入式系统还具有第二程控卡片模块，所述第二程控卡片模块控制隔离开关的打开与闭合。

进一步，所述嵌入式系统连接有人机界面系统和远程通讯设备，所述人机界面系统显示嵌入式系统发送的信息并将工作人员输入的信息发送给嵌入式系统，所述嵌入式系统通过远程通讯设备与电力监控系统进行通讯。

本发明的有益效果是：

1.实现了杂散电流的双向导通，减轻地铁周围区域金属管线的电化学腐蚀，减轻建筑及设施的腐蚀。

2.具有程控卡片，通过程控卡片控制正向导通回路与隔离开关的操作。

3.具备数字化、智能化管理系统，能够与电力监控系统远程交换数据。

4.采用受控导通模式，不再是持续的单向导通，不会对地铁周围管线造成持续的电化学腐蚀。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的电气原理图；

图3为本发明的gto导通控制流程图；

图4为本发明的过热保护流程图；

图5为本发明的支路故障检测流程图；

图6为本发明的主回路保护模块、隔离开关控制及其故障检测流程图；

图7为列车接近探测原理图；

图8为反射测距式列车接近探测原理图；

图9为对射式列车接近探测原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一：

如图1至图2所示，一种减轻杂散电流腐蚀的智能导通装置以全控型门极可关断晶闸管模块(简称gto晶闸管)为核心，对杂散电流进行牵引回流。所述智能导通装置包括主回路，所述主回路包括正向导通回路和反向导通回路，所述正向导通回路和反向导通回路并联，所述正向导通回路由五条正向导通支路并联形成，所述反向导通回路由两条反向导通支路并联形成，所述正向导通支路串联有二极管vd1-vd5、gto晶闸管gto1-gto5以及熔断器fu1-fu5，所述反向导通支路串联有二极管vd6-vd7、gto晶闸管gto6-gto7以及熔断器fu6-fu7，所述正向导通支路的二极管vd1-vd5和反向导通支路的二极管vd6-vd7连接方向相反，所述正向导通支路的gto晶闸管gto1-gto5和反向导通支路的gto晶闸管gto6-gto7连接方向相反。

使用时主回路并联在钢轨绝缘结两端。

主回路处于关断状态时，切断杂散电流异常回流路径。

反向导通回路不只是主回路的一部分，还是保护回路，当列车通过绝缘接头电流突变时，可消除打火烧损轮轨的现象。

实施例二：

如图1至图2所示，实施例二具有实施例一的全部特征，区别在于：

所述gto晶闸管gto1-gto7连接有gto驱动板driv1-driv7，所述正向导通支路串联有电流传感器sc1-sc5，所述主回路正负极两端并联有隔离开关qs，所述主回路正负极两端并联有电压传感器fy，所述智能导通装置具有嵌入式系统，所述嵌入式系统与gto驱动板driv1-driv7相连接。

嵌入式系统通过gto驱动板driv1-driv7对gto晶闸管gto1-gto7进行控制。

隔离开关qs在所述智能导通装置出现故障时，通过闭合隔离开关qs，使列车能够正常运行。

电流传感器sc1-sc5测量各正向导通支路的电流值，电压传感器fy测量钢轨绝缘结两端的电压值。

实施例三：

如图1至图2所示，实施例三具有实施例二的全部特征，区别在于：

所述智能导通装置还具有主回路保护电路，所述主回路保护电路并联于主回路正负极两端。主回路保护电路是在主回路正负极两端并联rc吸收回路(即将两个电阻r1、r2并联后串联一个电容c)、压敏电阻rv，实现主回路操作过电压保护和浪涌过电压保护。

rc吸收回路用于抑制在直流系统短路或电力机车启动时可能出现的涌流，将其操作过电压值控制在1000v以下，避免二极管vd1-vd7、gto晶闸管gto1-gto7发生反向击穿。当智能导通装置遭受雷击或者电网侵入产生的浪涌过电压超过二极管vd1-vd7、gto晶闸管gto1-gto7两端阀值电压时，压敏电阻rv将二极管vd1-vd7自动旁路，以防止二极管vd1-vd7、gto晶闸管gto1-gto7损坏，当电压恢复时，压敏电阻rv恢复正常。

实施例四：

如图1至图3所示，实施例四具有实施例三的全部特征，区别在于：

所述嵌入式系统连接有列车接近探测器，列车接近探测器安装于绝缘节两端一定距离处，检测列车的接近与离开，所述嵌入式系统包括列车接近探测故障诊断模块、第一程控卡片模块以及gto通断判断模块，所述列车接近探测故障诊断模块诊断列车接近探测器是否发生故障，如果列车接近探测器检测到有列车通过的时间超过设定时间，则列车接近探测器故障，所述第一程控卡片模块控制gto驱动板导通或关断gto晶闸管gto1-gto7，所述gto通断判断模块根据隔离开关的状态、电压传感器检测到的电压值、列车接近探测器的检测结果以及列车接近探测故障诊断模块的诊断结果判断是否导通gto晶闸管gto1-gto7，并向第一程控卡片模块发出导通或关断gto晶闸管gto1-gto7的指令，gto通断判断模块的判断方法如下：

在隔离开关qs打开的情况下，有列车通过且电压值大于高阈值、无列车通过且电压值大于低阈值以及列车接近探测器故障且电压值大于设定阈值时，gto晶闸管gto1-gto7导通，使正向导通回路、反向导通回路同时导通。

所述列车接近探测器为车轮探测器、高速激光测距探测器以及激光对射探测器中的一种。

图7为列车接近探测原理图，图8为反射测距式列车接近探测原理图，图9为对射式列车接近探测原理图。

当绝缘节设置于隧道内及咽喉部位时，因股道较少，采用车轮传感器对接近列车进行探测。车轮探测器基于电磁感应原理直接计取和检验通过列车的车轮。探测器安装在钢轨轨腰上，可适应于所有环境条件。

当绝缘节设置于停车库内、检修库内时，列车接近探测器环境条件较好，无雨雪风霜雾等影响，采用高速激光测距探测器对接近列车进行探测。高速激光测距探测器探测范围200米，库内环境可有效探测20股道范围。探测器装设于距离轨面2米高处，避免检修人员以及检修机具误触发探测器。

当绝缘节设置于停车库外、检修库外时，装置需要并联的股道数量较多，同时列车接近探测器环境条件较差，存在雨雪风霜雾影响，采用激光对射探测器对接近列车进行探测。激光对射探测器探测范围200米，考虑天气环境因素，可有效探测20股道范围。探测器装设于距离轨面2米高处，避免检修人员以及检修机具误触发探测器。

采用受控导通的设计，可控制轨道电流通断及流通方向且保证短路电流正常通过。装置回路处于关断状态时，切断杂散电流异常回流路径。

实施例五：

如图1至图4所示，实施例五具有实施例四的全部特征，区别在于：

所述智能导通装置还具有gto散热系统，所述gto散热系统包括gto散热器、温度传感器以及风扇，所述gto散热器为正向导通回路和反向导通回路散热，若所述温度传感器检测到gto散热器温度过高，则所述嵌入式系统控制风扇启动。

所述嵌入式系统检测到gto散热器工作时间超过设定时间，则gto散热器故障。

这样可对正向导通回路和反向导通回路进行散热，实现过热保护。

实施例六：

如图1至图6所示，实施例六具有实施例五的全部特征，区别在于：

所述嵌入式系统还包括主回路支路故障检测模块，所述嵌入式系统接收gto驱动板driv1-driv7返回的gto晶闸管通断状态和gto晶闸管故障、电流传感器sc1-sc5返回的各支路电流值以及熔断器fu1-fu7返回的熔断器状态，所述主回路支路故障检测模块根据嵌入式系统接收到的信息判断各支路是否发生故障，支路中出现以下任一情况，则该支路故障：

①熔断器熔断(熔断器采用带辅助触点的快速熔断器，支路电流过大时，支路中的熔断器熔断，嵌入式系统会接收到快速熔断器辅助触点的闭合信号)；

②gto晶闸管故障；

③gto晶闸管导通时，若支路电流为0，则二极管短路和gto晶闸管故障，若支路出现反向电流，则二极管和gto晶闸管反向击穿；

④gto晶闸管未导通时，若支路电流大于设定值，则二极管正向击穿，若支路电流小于设定值，则二极管和gto晶闸管反向击穿。

所述嵌入式系统还包括主回路保护模块，所述主回路保护模块根据支路故障检测模块检测到的故障信息，判断是否闭合隔离开关qs，判断方法如下：

所述主回路保护模块首先确定故障的支路条数，然后根据预设的冗余支路条数进行判断，若故障的支路条数小于冗余支路条数，所述智能导通装置可正常运行；当故障支路条数不小于冗余支路条数时，则判断为应闭合隔离开关qs。

所述嵌入式系统还具有第二程控卡片模块，所述第二程控卡片模块控制隔离开关qs的打开与闭合。

主回路保护模块的判断结果是闭合隔离开关qs时，第二程控卡片模块控制闭合隔离开关qs。若隔离开关qs未在设定时间内到位，则隔离开关qs故障。

实施例七：

如图1至图6所示，实施例七具有实施例六的全部特征，区别在于：

所述嵌入式系统连接有人机界面系统和远程通讯设备，所述人机界面系统显示嵌入式系统发送的信息并将工作人员输入的信息发送给嵌入式系统，所述嵌入式系统通过远程通讯设备与电力监控系统进行通讯，所述人机界面系统包括人机界面触摸屏。

人机界面触摸屏能准确显示回路运行状况、故障器件、回路电流值及电力监控系统发送的告警信息，并显示保存操作、报警历史。工作人员在人机界面触摸屏上输入闭合隔离开关qs或导通gto晶闸管gto1-gto7等操作信息后，人机界面系统发送给嵌入式系统，嵌入式系统向第二程控卡片模块发出闭合隔离开关qs的指令，或者向第一程控卡片模块发出导通gto晶闸管gto1-gto7的指令。

嵌入式系统通过远程通讯设备与电力监控系统远程交换数据，工作人员通过电力监控系统即可掌握智能导通装置的工作状况，并能通过电力监控系统发出指令，如发出导通gto晶闸管gto1-gto7的指令，嵌入式系统接收到该指令后，会向第一程控卡片模块发出导通gto晶闸管gto1-gto7的指令。

当主回路出现短路或其它异常情况使快速熔断器或二极管、gto受到损坏时，嵌入式系统收到故障信息和告警信息，通知人机界面系统或电力监控系统，维护人员获知后操作人机界面系统向嵌入式系统发出闭合隔离开关qs的指令或维护人员现场手动合上隔离开关qs，或者电力监控系统遥控闭合隔离开关qs，保证列车正常运行。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。