一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置及检测系统的制作方法

本发明属于轨道交通技术领域，更具体地，涉及一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置及检测系统。

背景技术：

城市轨道交通直流牵引系统选择走行轨兼做回流轨以此构成机车牵引回流的通路，钢轨作为机车牵引回流的通路，要求钢轨对地绝缘安装。由于钢轨不可能对地完全绝缘，而且回流轨存在电压降，因而导致一部分负荷电流，从轨道泄露到轨枕和道床及地下金属设施中去，这部分电流，就是杂散电流。杂散电流长期作用不仅造成大量的金属损失，更为严重的是可能造成结构的破坏和其他系统的损害，由于腐蚀的隐蔽性和突发性，一旦发生事故，往往会造成灾难性的后果。

钢轨对地的绝缘水平是直接影响杂散电流产生最主要的因素，通常杂散电流并不能直接测量，钢轨绝缘又缺少快速有效的检测手段，轨道交通正线全线钢轨电气贯通，某一处某一点的薄弱绝缘点将对全线的绝缘水平造成影响。传统的对钢轨进行绝缘测量的方法十分费时费力，需要大量的测量信号同步采集保证被测区间的正确性。传统的正线的钢轨为长轨，几十公里长的线路钢轨全线电气贯通，任何一点的绝缘薄弱环节都将直接破坏全线的绝缘结构，带来非常严重的杂散电流问题，且对绝缘被破坏的区域实现故障查找是一件及其浪费人力、物力的工作，大量的时间、经济投入仅换来某一次的钢轨绝缘检测，后续重复检测又将重复投入人力物力。

技术实现要素：

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置及检测系统，其通过各模块的设置及其相互之间的连接关系，可以在不改变现有的正线钢轨全线电气贯通的状态下，方便快捷的对钢轨进行电气分段，最大限度防止杂散电流的产生。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置，该装置包括t型母排、第一动触头、第二动触头、第一分流器、第二分流器和钢轨绝缘节，

钢轨绝缘节包括置于钢轨轨缝处的绝缘片和钢轨鱼尾板，钢轨绝缘节用于实现绝缘节两端的电气隔离功能；

t型母排包括第一端口、第二端口和第三端口，第一端口和第二端口均为静触头，第一端口用于与第一动触头的动端连接，第二端口用于与第二动触头的动端连接，第三端口用于通过电缆连接直流牵引供电系统的负极柜；

第一动触头通过第一分流器和电缆连接钢轨绝缘节的一端，第二动触头通过第二分流器和电缆连接钢轨绝缘节的另一端，通过移动第一动触头和第二动触头实现t型母排与钢轨绝缘节的连接或断开。

作为本发明的进一步改进，第一动触头与第二动触头之间通过绝缘连动杆连接，绝缘连动杆连接电动机，通过电动机操作绝缘连动杆以实现对两个动触头位置状态的同步操作。

作为本发明的进一步改进，第一动触头与第一电动机连接，第二动触头与第二电动机连接，第一电动机和第二电动机分别对第一动触头和第二动触头进行分合闸操作。

作为本发明的进一步改进，第一动触头与第二动触头之间通过绝缘连动杆连接，绝缘连动杆连接手动摇杆，通过手动摇杆操作绝缘连动杆以实现对两个动触头位置状态的同步操作。

作为本发明的进一步改进，t型母排通过支撑绝缘子绝缘安装在回流装置外壳或混凝土侧墙上。

作为本发明的进一步改进，回流装置还包括监控模块，监控模块包括监控摄像头和信号传输介质。

作为本发明的进一步改进，回流装置还包括辅助开关，辅助开关包括作为无源输出节点的触头，用于向外部输出动触头状态位。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种用于上述钢轨回流装置的检测系统，其中，检测系统包括直流电源、高精度电压采集模块、微处理模块和显示模块，直流电源的两端分别连接第一分流器靠近钢轨绝缘节的一端和第二分流器靠近钢轨绝缘节的一端，高精度电压采集模块分别连接第一分流器与第二分流器之间钢轨绝缘节内的固定长度钢轨的两端，高精度电压采集模块还分别连接第一分流器与第二分流器之间钢轨绝缘节外部的固定长度钢轨的两端。

作为本发明的进一步改进，检测系统采用的检测方法包括：

计算钢轨绝缘节性能评估指数fj：

其中：u1，on、u2，on为钢轨注入电流后1分钟内电压的平均值；u1，off、u2，off为未注入电流时1分钟内钢轨电压噪声的平均值。

当绝缘结性能指标fj≤95％时，表明绝缘节间存在电气连接，存在故障缺陷。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置及检测系统，其通过t型母排、第一动触头、第二动触头、第一分流器、第二分流器和钢轨绝缘节等模块的设置及其相互之间的连接关系，可以在轨道交通运营期间不改变现有的正线钢轨全线电气贯通的状态，方便快捷的对钢轨进行电气分段，最大限度防止杂散电流的产生，在停电检修排查故障时可以快速实现全线钢轨的电气分段。对快速排查钢轨绝缘故障保证钢轨绝缘水平，从源头遏制杂散电流的产生具有重要意义。特性契合在地铁、轻轨、有轨电车、城际铁路等通过走行轨作为机车牵引回流路径并对钢轨绝缘有要求且有杂散防护需求的交通领域。

本发明提供的一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置及检测系统，在每个牵引所增加两台回流装置及可以实现钢轨分区、分段功能，不影响正线正常运营时分列车正常的牵引取流和回流，适合所有采用走行轨兼做回流轨的直流牵引供电系统，适合新建线路和既有线路改造。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置的结构示意图之一；

图2是本发明实施例提供的一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置的结构示意图之二；

图3是本发明实施例提供的一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置的结构示意图之三；

图4是本发明实施例提供的t型母排安装方式的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种用于上述钢轨回流装置的检测系统的结构示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1-分流器、2-电动机、3-t型母排、4-静触头、5-绝缘连动杆、6-动触头、7-摄像头。

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。

下面结合实施例和附图对本发明提供的城市轨道交通自愈供电方法及系统的工作原理进行详细说明。

一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置，该装置包括t型母排、第一动触头、第二动触头、第一分流器、第二分流器和钢轨绝缘节，

钢轨绝缘节包括置于钢轨轨缝处的绝缘片和钢轨鱼尾板，钢轨绝缘节用于实现绝缘节两端的电气隔离功能；

t型母排包括第一端口、第二端口和第三端口，第一端口和第二端口均为静触头，第一端口用于与第一动触头的动端连接，第二端口用于与第二动触头的动端连接，第三端口用于通过电缆连接直流牵引供电系统的负极柜；

第一动触头通过第一分流器和电缆连接钢轨绝缘节的一端，第二动触头通过第二分流器和电缆连接钢轨绝缘节的另一端，通过移动第一动触头和第二动触头实现t型母排与钢轨绝缘节的连接或断开，以依据测试或其他操作的需求来控制直流牵引供电系统的负极柜的回流状态。作为一个示例，轨道交通正常运营时，该回流装置的动触头与静触头为合位，即电气导致工况，当且当轨道交通处于天窗期即线路没有列车时，可以对该回流装置进行远程分闸操作，方便分段后的钢轨进行相关的检修作业。

图1是本发明实施例提供的一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置的结构示意图之一。如图1所示，可选的，第一动触头与第二动触头之间通过绝缘连动杆连接，该绝缘连动杆连接电动机，通过电动机操作绝缘连动杆，可以实现对两个动触头位置状态的同步操作，同步操作两个动触头分别与对应的静触头实现电气导通和电气隔离，即两个动触头均处于分位或合位的状态。

图2是本发明实施例提供的一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置的结构示意图之二。如图2所示，可选的，第一动触头与第一电动机连接，第二动触头与第二电动机连接，两台独立的电动机分别对各自负责的动触头独立进行分合闸操作。

图3是本发明实施例提供的一种用于直流牵引供电系统的钢轨回流装置的结构示意图之三。如图3所示，可选的，第一动触头与第二动触头之间通过绝缘连动杆连接，该绝缘连动杆连接手动摇杆，通过手动摇杆操作绝缘连动杆，可以实现对两个动触头位置状态的同步操作，同步操作两个动触头分别与对应的静触头实现电气导通和电气隔离，即两个动触头均处于分位或合位的状态。

图4是本发明实施例提供的t型母排安装方式的示意图。如图4所示，可选的，t型母排(优选为铜制)通过支撑绝缘子绝缘安装在回流装置外壳或是混凝土侧墙上，该回流装置的安装可以封装在一个外壳内部，t型母排、动触头、静触头以及与之直接连接的装置内部的金属导体均与回流装置外壳通过支撑绝缘子绝缘安装。因为t型母排、动触头、静触头与轨道交通的钢轨是通过电缆连接的，轨道交通的钢轨又是绝缘安装的，因此使用该回流装置不会改变既有钢轨绝缘安装的电气工况，该回流装置也可以不通过外壳，而直接将由铜制母排、动触头、静触头及电机组成的回流装置直接通过支撑绝缘子、螺栓和槽钢等附件直接安装在混凝土结构的墙壁上，同样回流装置的安装不会改变既有钢轨绝缘安装的电气工况。

可选的，该回流装置还包括监控模块，监控模块包括监控摄像头和信号传输介质，优选的，监控摄像头安装在回流装置的内部，实现动触头与静触头状态位的实施监视功能，并将视频信息通过信号传输介质实时上传至电力监控系统，同时电力监控系统可以对本装置通过远程控制电机实现对动静触头状态位的控制。

可选的，该回流装置还包括辅助开关，辅助开关包括作为无源输出节点的触头，该触头用于向外部输出动触头状态位，通过依靠动触头的机械动作所带动合、动断辅助开关的触头(触点)的变换开合位置，此辅助开关内部的触头(触点)可作为向外部输出动触头状态位的无源输出节点(二次辅助触点)，可以与变电所的直流断路器开关柜等设备实现电气闭锁功能。

图5是本发明实施例提供的一种用于上述钢轨回流装置的检测系统的结构示意图。如图5所示，该检测系统包括直流电源、高精度电压采集模块、微处理模块和显示模块，直流电源的两端分别连接第一分流器靠近钢轨绝缘节的一端和第二分流器靠近钢轨绝缘节的一端，该高精度电压采集模块分别连接第一分流器与第二分流器之间钢轨绝缘节内的固定长度(l)钢轨的两端，该高精度电压采集模块还分别连接第一分流器与第二分流器之间钢轨绝缘节外部的固定长度(l)钢轨的两端，作为一个示例，l的长度宜不低于5m，其测试绝缘节性能的具体过程如下：回流装置的动触头与静触头为分位，即电气隔离状态，通过直流电源接入回流装置内部的测量端子，同时直流电源的输入电流为i(i应不低于50a为宜)。高精度电压采集装置分别采集钢轨绝缘节内侧和外侧相同长度为l的钢轨的纵向电压降u1和u2(l的长度宜不低于5m)。mcpu通过下面公式的计算方法将采集的电压信号进行运算实现结果输入，输出结果直接通过数字显示的led屏将测试结果进行输出；

其中，计算方法如下：

钢轨绝缘节性能评估指数fj为：

其中：u1，on、u2，on为钢轨注入电流后1分钟内电压的平均值；u1，off、u2，off为未注入电流时1分钟内钢轨电压噪声的平均值。

当绝缘结性能指标fj≤95％时，表明绝缘节间存在电气连接，存在故障缺陷。

直流牵引供电系统一般采用dc750v或dc1500v架空接触网或接触轨供电，整流器的正极通过进线直流柜与直流正母线连接，馈线直流柜通过上网隔离开关将直流正母线和直流牵引网连通。机车通过受电弓或集电靴通正极牵引网取电，通过走行轨(钢轨)回流流经至负母线进而回到整流器的负极，以此构成一个完整的电气回路。常规的轨道交通一般有4回直流馈线分为为上行左线、右线和下行左线、右线的牵引网提供电能。本发明的钢轨回流装置通过在牵引所附近，在上下行钢轨分别设置两处钢轨绝缘节，将上行钢轨的左线、右线以及下行钢轨的左线和右线分别实现电气隔离。通过在上下行两处钢轨绝缘节两端并联安装本发明装置，再通过电缆连接至牵引变电所的负母线。正常运行工况下，牵引所附近的回流装置内部的动触头处于闭合工况，等效钢轨绝缘节被“短路”，机车在两座牵引变电所中间取流时依然可以保障“双边供电”工况。当某一牵引所解列退出运行时，该牵引所内的回流装置动触头依然处于闭合工况，等效该处的钢轨绝缘节依然被“短路”，闭合该牵引所的上网越区隔离开关，依然可以保障机车从附近的两座牵引所取电，可以保障“大双边供电”工况。当处于天窗期，需要对钢轨进行分段的时候，可以通过远程或是就地控制牵引所附近的回流装置处于分为状态，进行实现对上行钢轨的左线、右线以及下行钢轨的左线和右线分别实现电气隔离。

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。