一种轨道交通钢轨电位的综合控制系统及方法与流程

本发明属于轨道交通技术领域，更具体地，涉及一种轨道交通钢轨电位的综合控制系统及方法。

背景技术：

目前，轨道交通采用以走行轨兼做回流轨的直流牵引供电系统，因为钢轨作为牵引供电回路的电气单元会不可避免的存在钢轨对地电压。由于列车车体通常与钢轨等电位。为保护乘客的安全，通常在各个车站都安装有钢轨电位限制模块。该装置一端连接钢轨，一端连接大地，当该装置检测到可能危险到乘客安全的钢轨电位的时候就立刻将钢轨进行接地处理(钢轨电位钳制为地电位)。该装置根据检测到电压的大小进行预先的设定阈值区分会将钢轨进行永久接地和短时接地处理。过高的钢轨电位会导致钢轨电位限制模块的长期闭锁，钢轨接地虽然可以起到保护乘客人身安全的作用，但是钢轨作为牵引供电系统的一部分一旦接地，必将产出大量的杂散电流流入大地。

现有的钢轨电位限制模块安装在车站变电所，仅能够根据该车站钢轨电位唯一的判决条件作为该装置投入的判据条件。该装置闭锁后何时复归(断开钢轨与大地的连接)取决于运营人员的操作习惯，且各车站轨电位装置彼此操作信息不能共享，运营期间也经常出现一个车站轨电位装置的投入突发的波及其他车站轨电位装置同时动作。同时，现有供电系统中对钢轨电位的实时运营的水平也存在空白，电力监控后台也无法获取该数据。直流牵引供电系统的负极成为电力监控的空白。根据iec62128.2的要求，钢轨的正向平均对地电压也是考量杂散电流防护泄漏的严格指标。当前杂散电流监测系统也无法对钢轨电位和杂散电流泄露水平进行有效评估，杂散电流泄露水平尚仍存在无法评估状态。同时，现有的杂散电流监测系统仅能监测系统中预埋的参比电极的极化电位，对全线钢轨电位装置的投入情况、全线钢轨电位的分布情况无法获取，现有的杂散电流监测系统对系统可能因为钢轨电位限制模块投入所直接产生的杂散电流问题无法做出关联。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种轨道交通钢轨电位的综合控制系统及方法，该系统可以实现将轨道交通全线车站钢轨电位数据及装置进行综合管理。该系统可以采集接地支路电性数据、钢轨电位数据和装置故障信息等，并对上述数据和信息进行数据存储、处理、下发控制信号、与电力监控系统(scada)、杂散电流监控系统信息交互。

为实现上述目的，按照本发明第一方面，提供一种轨道交通钢轨电位的综合控制系统，所述系统包括：服务器模块、多个智能监控模块、以及多个电位限制模块；所述多个智能监控模块分布设置于所述轨道交通站台，所述多个电位限制模块分布设置于所述轨道交通沿线；其中，

所述多个电位限制模块用于获取轨道沿线区域内不同轨道站台的第一电性数据发送至相应所述智能监控模块；并根据所述智能监控模块发送的第一指令信号执行相应的电位限制操作；

所述多个智能监控模块分别与至少一电位限制模块连接，用于将接收的第一电性数据进行录波、编码，形成第二电性数据发送至所述服务器模块；同时根据所述第一电性数据形成第一指令信号发送至所述电位限制模块；

所述服务器模块通过通信端口与所述多个智能监控模块进行连接，用于接收所述多个智能监控模块上传不同区域的第二电性数据；同时对所述多个智能监控模块进行实时监测，形成第二指令信号发送至相应智能监控模块。

进一步地，所述电位限制模块包括均与所述智能监控模块连接的直流接触器、晶闸管、第一隔离变送器和第二隔离变送器；所述第一、二隔离变送器分别用于检测所述钢轨和地网之间的电位、电流数据，形成第一电性数据发送至所述智能监控模块；所述智能监控模块通过判定所述电位数据值是否大于预设电位阈值，触发第一指令信号发送至直流接触器和晶闸管；所述直流接触器、晶闸管的主回路端口跨接于所述钢轨和地网之间，其根据所述第一指令信号执行开、闭闸操作。

进一步地，所述服务器模块根据所述钢轨和地网之间的电位、电流的录波数据，触发第二指令信号发送至所述智能监控模块；所述第二指令信号包括对所述电位限制模块的电压阈值和时间延时信息进行设定。

进一步地，所述系统还包括多个电位采集模块，所述多个电位采集模块分布设置于轨道沿线区域内，用于检测轨道沿线区域内的第三电性数据和故障信息发送至相应所述智能监控模块；所述智能监控模块还用于收集所述第三电性数据和故障信息上传至服务器模块；所述第三电性数据包括轨道电位的峰值、电压平均值和实时动态值。

进一步地，所述服务器模块通过通信端口与电力监控系统连接，所述电力监控系统通过交互界面对所述服务器模块发送第三指令信号，从而实现对所述电位限制模块的远程控制。

进一步地，所述服务器模块通过通信端口与杂散电流监测系统连接，所述杂散电流监测系统通过交互界面对所述服务器模块发送第四指令信号，从而实现对所述电位限制模块的远程控制。

进一步地，所述系统还包括列车传感模块，所述列车传感模块用于获取列车离站信号发送至相应智能监控模块；所述智能监控模块还用于接收所述列车离站信号，形成第五指令信号发送至所述电位限制模块，所述电位限制模块的直流接触器执行开闸操作。

进一步地，所述系统还包括系统时钟模块和显示终端模块，所述系统时钟模块与所述智能监测模块连接，所述显示终端模块与所述服务器模块连接。

进一步地，所述服务器模块包括网络交换机单元、磁盘阵列单元和备用电源单元。

按照本发明第二方面，提供一种轨道交通钢轨电位的综合控制方法，应用于如上所述的轨道交通钢轨电位的综合控制系统，所述方法包括：

所述多个电位限制模块获取第一电性数据发送至相应智能监控模块；

所述智能监控模块根据所述第一电性数据形成第一指令信号发送至所述电位限制模块；同时将接收的第一电性数据进行录波、编码，形成第二电性数据发送至所述服务器模块；

所述服务器模块通过通信端口接收所述多个智能监控模块上传不同区域的第二电性数据；同时形成第二指令信号发送至相应智能监控模块。

在现有的牵引供电系统中，钢轨电位限制模块作为一个单独的个体单独发生作用，仅能够通过自身检测到当地钢轨电位的水平通过预设的电压阈值的判定逻辑进行钢轨接地处理。而本发明通过智能监控模块实现轨道交通各站台钢轨电位的集中监测和对沿线所有钢轨电位限制模块进行集中管控。其中的有益成果包括：

(一)本发明提供的一种轨道交通钢轨电位的综合控制系统；该系统可以对沿线所有车站的钢轨电位进行录波处理，因为钢轨电位限制模块一旦检测到钢轨电压超过预设的电位阈值就会通过直流接触器和晶闸管回路永久接地，通过服务器模块查看录波数据可以真实判定监测到的电位是电位限制模块的工作电压还是电位限制模块的进行合闸接地操作过电位，从而为钢轨电位限制模块的分闸提供判别依据。

(二)本发明提供的一种轨道交通钢轨电位的综合控制系统；该系统可以对沿线所有站点和全线区间的钢轨电位进行集中监测，通过计算钢轨电位的极大值、平均值、极小值间接评估杂散电流的泄漏水平，同时该数据可以与现有的杂散电流监测系统的数据进行交互，形成对杂散电流的全方位监控、研判与治理。

(三)本发明提供的一种轨道交通钢轨电位的综合控制系统；该系统包括智能监控模块，该模块可以接入站台屏蔽门的动作信号或是列车的到站信号，与采集到钢轨电位进行逻辑判断，可以实现仅在列车单站时，对可能危及到乘客安装的异常钢轨电位进行接地处理。当车站内无列车时，钢轨电位作为电气单元存在异常电位无需进行接地处理。因为接地会直接破坏钢轨自身的绝缘性能，产生大量的杂散电流致使其他隐患。

(四)本发明提供的一种轨道交通钢轨电位的综合控制系统；该系统的服务器模块可以与现有电力监控系统(scada)和杂散电流监控系统进行数据交互。一方面，可以对钢轨电位限制模块的接地电流进行综合测量；另一方面，一旦该模块接地，接地回路中流过的电流一定是系统所泄露的杂散电流，该电流值可以直接作为杂散防护的判定指标。

附图说明

图1为按照本发明实现一种轨道交通钢轨电位的综合控制系统的站台结构示例图；

图2为按照本发明实现一种轨道交通钢轨电位的综合控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，本发明涉及的术语“第一\第二”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述或图示的那些以外的顺序实施。

基于现有技术，本发明通过创建一种轨道交通的钢轨电位装置综合控制系统，从而实现轨道交通全线车站轨电位数据及装置综合管理。该系统可以采集接地支路电性数据、钢轨电位数据和装置故障信息等，并对上述数据和信息进行数据存储、处理、下发控制信号、与电力监控(scada)、杂散电流监控系统信息交互。

根据一种具体地实施方式，如图1所示，本发明提供一种轨道交通钢轨电位的综合控制系统，本系统可以实现轨道交通沿线钢轨电位的集中监测和对沿线所有钢轨电位限制模块进行集中管控。将全线所有智能监控模块和服务器连接，实现信息交互。

本实施例中，所述系统包括：服务器模块、多个智能监控模块、以及多个电位限制模块，所述多个智能监控模块分布设置于所述轨道交通站台，所述多个电位限制模块分布设置于所述轨道交通沿线；其中，

所述多个电位限制模块用于获取轨道沿线区域内不同轨道站台的第一电性数据发送至相应所述智能监控模块；并根据所述智能监控模块发送的第一指令信号执行相应的电位限制操作；

所述多个智能监控模块分别与至少一电位限制模块连接，用于将接收的第一电性数据进行录波、编码，形成第二电性数据发送至所述服务器模块；同时根据所述第一电性数据形成第一指令信号发送至所述电位限制模块；

所述服务器模块通过通信端口与所述多个智能监控模块进行连接，用于接收所述多个智能监控模块上传不同区域的第二电性数据；同时对所述多个智能监控模块进行实时监测，形成第二指令信号发送至相应智能监控模块。

具体地，如图2所示，所述电位限制模块包括均与所述智能监控模块连接的直流接触器、晶闸管、第一隔离变送器和第二隔离变送器；所述第一、二隔离变送器分别用于检测所述钢轨和地网之间的电位、电流数据，形成第一电性数据发送至所述智能监控模块；所述智能监控模块通过判定所述电位数据值是否大于预设电位阈值，触发第一指令信号发送至直流接触器和晶闸管；所述直流接触器和晶闸管的主回路端口跨接于所述钢轨和地网之间，其根据所述第一指令信号执行开、闭闸操作。更具体地，该预设电位阈值取值范围为0～600v。

具体地，所述服务器模块根据所述钢轨和地网之间的电位、电流的录波数据，触发第二指令信号发送至所述智能监控模块；所述第二指令信号包括对所述电位限制模块的电压阈值和时间延时信息进行设定。

本实施例中，如图1，智能监控模块和电位限制模块是进行配套进行设置的；具体地，在轨道交通的沿线中可以设置n套智能监控模块和n套电位限制模块，以及一个服务器模块，n≥1；优选地，在轨道交通的沿线中每座牵引变电所设置一套智能监控模块和电位限制模块，智能监控模块和电位限制模块配套设置于轨道交通的沿线的站台中；更优先地，在轨道交通的沿线中每个站台中均设置至少一套智能监控模块和电位限制模块。每个站台中的智能监控模块和电位限制模块都通过通信网络与服务器进行通信和信息交互，实现对各个轨电位限制模块的监测和控制。

具体地，智能监控模块用于实现对电位限制模块中的直流接触器和晶闸管的分合闸控制、对钢轨电位限制模块内部电压、电流隔离变送器信号的采集、数据压缩和上传；如图2所示，第一隔离变送器为电压隔离变送器，第二隔离变送器为电流隔离变送器。而在现有技术中，钢轨电位限制模块的主拓扑包括plc单元(可编程逻辑控制器，英文programmablelogiccontroller，缩写plc)、直流接触器，电压、电流隔离变送器。plc单元通过电流、电压隔离变送器采集到钢轨与地网之间的电位，通过预设的电压阈值进行判定是否控制直流接触器开、闭合闸，当直流接触器闭合闸时，钢轨进行接地。而本实施例中，通过引入智能监控模块，一方面替代plc单元的部分功能，一方面可以采集直流接触器中电性数据。

更具体地，现有的plc单元可以直接实现驱动直流接触器合闸和分闸的功能，但是不能实现直流接触器中电压、电流等模拟量采集的功能。本实施例中，直流接触器、晶闸管、第一隔离变送器和第二隔离变送器均与智能监控单元连接；故智能监控单元不仅可以驱动直流接触器、晶闸管合闸和分闸，还可以采集第一隔离变送器和第二隔离变送器检测的电位数据和电流数据等电性数据；其中，该电性数据包括测量信号、存储信号、逻辑判断和信息编码，测量信号包括模拟信号和数字信号。智能监控模块不仅可以采集第一、第二隔离变送器的电压、电流数据，同时可以对电压、电流数据进行录波、存储、编码。

更具体地，智能监控单元可以对直流接触器的辅助触点信息进行直接采集，通过辅助触点的分合位信号直接采集获得直流接触器的分合位信号，该为无源信号，带有io口的通信装置均可以实现该功能。在本实施例中，智能监测模块为可采集接触器电性数据信号、分合位信号和驱动接触器分合闸的综合一体化设备，同时智能监控单元可以将采集的电性数据信号和分合位信号实时发送至服务器模块。

更具体地，如图2所示，智能监控模块可以采集相应站台的电性数据信号和分合位信号发送给服务器模块，电性数据信号包括电位、电流的录波数据；触发第二指令信号发送至智能监控模块；第二指令信号包括对所述电位限制模块的电压阈值和时间延时信息进行设定。本实施例中，通过电力监控系统常用的遥控手段，对车站钢轨电位限制模块的电压动作值和时间直接进行更改，具体的手段是服务器模块与智能监控模块直接进行通信交互，已通信报文的形势对本地智能监控模块进行、数据更改，或是可以在本地智能监控模块直接设置多组电压、时间值，服务器模块进行按照相应需求可以进行远程切换。

具体地，所述系统还包括多个电位采集模块，所述多个电位采集模块分布设置于轨道沿线区域内，用于检测轨道沿线区域内的第三电性数据和故障信息发送至相应所述智能监控模块；所述智能监控模块还用于收集所述第三电性数据和故障信息上传至服务器模块；所述第三电性数据包括轨道电位的峰值、电压平均值和实时动态值。

更具体地，在轨道交通的沿线中可以设置m套电位采集模块，m≥n，优选地，在轨道交通的沿线中每座牵引变电所设置一套钢轨电位限制模块，线路每隔500米左右设置一套电位采集模块。智能监控模块和沿线上多个电位采集模块通过通信或者电性连接，智能监控模块可以采集轨道沿线附近的钢轨电压采集模块的信息，该信息包括电压采集模块的故障信息、实时测量电性数据信息，实时测量电性数据信息包括钢轨电压的峰值、平均值、实时动态值等信息。智能监控模块再将采集的故障信息和实时测量电性数据信息上传至服务器模块。

具体地，所述服务器模块通过通信端口与电力监控系统连接，所述电力监控系统通过交互界面对所述服务器模块发送第三指令信号，从而实现对所述电位限制模块的远程控制。

更具体地，服务器模块可以与电力监控系统(scada)进行数据交互。通过交互实现钢轨电位限制模块与变电所直流馈线断路器进行关联，将电位限制模块纳入牵引供电系统直流保护的一部分。当发生车站内无列车时，对因为直流牵引系统可能发生的牵引网对地短路故障，应保证钢轨电位限制模块的有效动作。

具体地，所述服务器模块通过通信端口与杂散电流监测系统连接，所述杂散电流监测系统通过交互界面对所述服务器模块发送第四指令信号，从而实现对所述电位限制模块的远程控制。

更具体地，服务器模块可以与杂散电流监测系统进行数据交互。通过交互实现对轨道交通沿线车站的所有钢轨电位限制模块进行综合管控，再根据杂散电流监测系统后台分析综合线路钢轨电位水平、杂散电流监测系统采集的数据信息等，从而控制各车站钢轨电位限制模块中直流接触器的合闸与分闸。本实施例中，智能监控模块可以接入站台屏蔽门的动作信号或是列车的到站信号，与采集到钢轨电位进行逻辑判断，可以实现仅在列车单站时，对可能危及到乘客安装的异常钢轨电位进行接地处理。当车站内无列车时，钢轨电位作为电气单元存在异常电位无需进行接地处理。因为接地会直接破坏钢轨自身的绝缘性能，产生大量的杂散电流致使其他隐患。此外，一旦钢轨限制模块接地，接地回路中流过的电流一定是系统所泄露的杂散电流，该电流值可以直接作为杂散防护的判定指标。

因此，本发明提供的轨道交通钢轨电位的综合控制系统，将地铁线路的所有钢轨电位限制模块统一进行动态管理和实时监测，实现钢轨电位限制模块更加智能和合理的动作与复归，最大程度减少因为钢轨电位限制模块长期动作带来的杂散电流的问题。为了更好的服务杂散电流防护，本系统的服务器模块可以与既有的杂散电流监测系统进行信息交互，可以将沿线钢轨电位的实时数据，和沿线钢轨电位动作的具体情况与其进行交互。

具体地，所述系统还包括列车传感模块，所述列车传感模块用于获取列车离站信号发送至相应智能监控模块；所述智能监控模块还用于接收所述列车离站信号，形成第五指令信号发送至所述电位限制模块，所述电位限制模块的直流接触器执行开闸操作。

更具体地，因为接地会直接破坏钢轨自身的绝缘性能，产生大量的杂散电流致使其他隐患，故智能监控模块可以获取列车的运行信息或是车站内站台屏蔽门的动作信息作为控制轨电位装置直流接触器的判定逻辑；从而实现仅在列车到站时，对可能危及到乘客安装的异常钢轨电位进行接地处理。当车站内无列车时，电位限制模块检测存在异常电位也无需进行接地处理。本实施了中，区间内无列车信号可以与钢轨电位信号做逻辑判断。例如，列车到站时信号系统可以实时采集列车的位置信息，可以从信号系统那边直接获取这一信号。或者可以通过车站站台的站台屏蔽门的开启信号获取列车到来信息，屏蔽门开启状态才为乘客上下车的情况。

具体地，所述系统还包括系统时钟模块和显示终端模块，所述系统时钟模块与所述智能监测模块连接，所述显示终端模块与所述服务器模块连接。

更具体地，该系统中智能监控模块和系统时钟模块连接，智能监控模块可以接受系统时钟模块发送的时间信息，将时间信息和相应的监控数据统一上传至服务器模块。

更具体地，该系统中服务器模块和显示终端模块连接，可以通过显示终端模块的交互界面对服务器模块进行访问，从而对相关数据信息进行选取控制和浏览。服务器模块对各个车站钢轨电位、接地电流形成报表以及对沿线所有点位的钢轨电压进行动态监测都可以通过显示终端模块的交互界面进行操作处理。

具体地，所述服务器模块包括网络交换机单元、磁盘阵列单元和备用电源单元。更具体地，本实施例中设置一套中心级服务模块群组，具有对沿线所有的智能监控模块进行管控，实现各种控制功能、数据采集工程。所述中心级服务器模块群组包括系统组网的网络交换机、磁盘阵列、备用电源等。

具体地，本实施例提出的创新不限于上述内容中的仅限于将既有所有轨电位模块进行组网管理，同时本实施例涉及到一种控制轨电位的智能监控模块。更具体地，各智能监控模块需具备支持相同通信规约的端口，该智能控制模块支持但不限于profibus、modbus、iec60870-5-103、iec61850等通讯协议，同时具备对轨电位限制模块控制、故障信息采集、钢轨电位进行多通道采集、数据压缩、转码、上传至中心级的服务器模块。

更具体地，构成各智能监控模块和中心级的服务器模块之间的通信网络可以是单网结构，也可以是构成冗余的双网结构。

根据本发明另一种具体地实施方式，提供一种轨道交通的钢轨电位综合控制方法，所述方法包括：

提供如上所述的轨道交通钢轨电位的综合控制系统；

所述多个电位限制模块获取第一电性数据发送至相应智能监控模块；

所述智能监控模块根据所述第一电性数据形成第一指令信号发送至所述电位限制模块；同时将接收的第一电性数据进行录波、编码，形成第二电性数据发送至所述服务器模块；

所述服务器模块通过通信端口接收所述多个智能监控模块上传不同区域的第二电性数据；同时形成第二指令信号发送至相应智能监控模块。

具体技术内容与上述实施例技术相同，故不在赘述。

根据本发明另一种具体地实施方式，提供一种计算机可读介质，其存储电子设备执行的计算机程序，当计算机程序在电子设备上运行时，使得电子设备执行如上所述的轨道交通的钢轨电位综合控制方法。

应当理解，本发明的流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。