本发明涉及轨道交通领域，特别是一种钢轨对排流网过渡电阻监测系统及其控制方法。
背景技术：
城市轨道交通的供电通常采用悬浮不接地的直流供电系统，将钢轨作为列车电流的回流通路。由于钢轨本身存在纵向电阻，同时钢轨通过扣件安装在地面上，对地存在一定的过渡电阻，当电流流过时，钢轨上将产生对地电压，即轨电位。轨电位过高会威胁人员安全，并且由于钢轨对排流网过渡电阻的存在，流经钢轨的电流有一部分泄漏至地下，成为杂散电流。杂散电流对钢轨周围的金属结构有电解形式的腐蚀效应，严重时可能造成灾难性的后果。
定期检查线路的钢轨对排流网过渡电阻，在过渡电阻过低时采取防护措施，是限制钢轨电位和杂散电流的有效方案。目前多是通过人工方法抽样检测钢轨对排流网过渡电阻，其存在以下缺陷：抽样存在随机性；人工接线和读数存在较大误差；人力消耗大，检测周期长。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种钢轨对排流网过渡电阻监测系统及其控制方法，实现钢轨对排流网过渡电阻的自动监测，具有监测准确，操作简单，可靠性高，易于维护，可集成至现有杂散电流监测系统和排流柜等特点，保证地铁系统的安全运营。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种钢轨对排流网过渡电阻监测系统，包括智能控制模块、供电模块和高精度测量模块；
智能控制模块与微机管理系统通过以太网接口连接，接收微机管理系统的指令，并向微机管理系统上传错误信息和监测结果；智能控制模块与钢轨电位限制装置(OVPD)通过通信线缆连接，接收钢轨电位限制装置的运行状态信息；智能控制模块与排流柜内排流支路开关通过通信线缆连接，在监测时控制排流支路保持关断；智能控制模块与供电模块通过通信线缆连接，接收电流数据，控制供电模块通断；智能控制模块与高精度测量模块通过通信线缆连接，接收电压数据；智能控制模块根据电流、电压计算、显示、上传和保存钢轨对排流网过渡电阻；
以牵引所为中点的轨道区段构成一个监测区段，监测区段长度介于1km至4km之间；监测区段的中部位置和左、右两端均安装有高精度测量模块；高精度测量模块安装在钢轨旁，有6路测量通道，通道1～2用于测量钢轨对排流网压降，通道3～6用于测量钢轨纵向10m压降；高精度测量模块通过通信线缆将电压数据上传至智能控制模块。
进一步的，供电模块集成在排流柜中，其正极与牵引所直流负母排连接，负极与排流柜中的排流网端子连接；供电模块具有恒流功能，同时集成有高精度闭环霍尔电流传感器，用于监测输出电流。
一种钢轨对排流网过渡电阻监测系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：智能控制模块预先对监测区段内的各高精度测量模块进行地址编码，记录高精度测量模块的通道和位置信息、监测区段的长度，建立数据库，以存储各类信息和监测数据；监测指令通过微机管理系统向智能控制模块下达，或通过智能控制模块上的监测开关下达；监测在列车停运后进行；
步骤2：接收到监测指令后，智能控制模块先接收监测区段内钢轨电位限制装置的运行状态，若有钢轨电位限制装置闭合，智能控制模块中止监测，将相关信息显示在屏幕上，并上传微机管理系统；若没有钢轨电位限制装置闭合，智能控制模块向微机管理系统上传“正在监测”信号，微机管理系统收到此信号后，使其它轨道区段的智能控制模块闭锁，不响应监测指令；
步骤3：在控制供电模块输出电流之前，供电模块测量电流噪声，高精度测量模块测量电压噪声，上传至智能控制模块；智能控制模块根据电流噪声、电压噪声的变化幅度，判断监测区段是否存在故障或电气干扰，若存在，智能控制模块中止监测，并将相关信息显示和上传；
步骤4：若不存在故障和电气干扰，噪声测量完毕后，智能控制模块控制供电模块向钢轨和排流网之间输出恒定电流，供电模块测量电流，高精度测量模块测量电压，上传至智能控制模块；智能控制模块利用实时电流、电压计算钢轨对排流网过渡电阻，并将电流、电压和实时计算结果显示、保存和上传；
智能控制模块利用实时电流、电压计算钢轨对排流网过渡电阻，具体计算方法为：
单根钢轨纵向10m电阻Rl_10m，单位mΩ
公式中，Uk为监测区段中部的钢轨纵向10m压降，Ukoff为对应的钢轨纵向10m压降噪声，k＝1～4代表一行的高精度测量模块测量钢轨纵向10m压降的4路通道，k＝5～8代表另一行的高精度测量模块测量钢轨纵向10m压降的4路通道，I为供电模块注入到监测区段的总电流，由供电模块测得；
监测区段钢轨对排流网过渡电阻Rg，单位Ω
公式中，UPi为监测区段中部的钢轨对排流网压降，UPioff为对应的钢轨对排流网压降噪声；UAPi为监测区段一端的钢轨对排流网压降，UAPioff为对应的钢轨对排流网压降噪声；UBPi为监测区段另一端的钢轨对排流网压降，UBPioff为对应的钢轨对排流网压降噪声；i＝1～2代表一行的高精度测量模块测量钢轨对排流网压降的2路通道，i＝3～4代表另一行的高精度测量模块测量钢轨对排流网压降的2路通道；UAj为监测区段一端的钢轨纵向10m压降，UAjoff为对应的钢轨纵向10m压降噪声；UBj为监测区段另一端的钢轨纵向10m压降，UBjoff为对应的钢轨纵向10m压降噪声；j＝1～2代表一行的高精度测量模块测量钢轨纵向10m压降的2路通道，j＝3～4代表另一行的高精度测量模块测量钢轨纵向10m压降的2路通道；
1km钢轨对排流网过渡电阻Rg_1km，单位Ω/km
Rg_1km＝Rg×L
公式中，L为监测区段的长度，事先测量好并存储在智能控制模块中；
步骤5：电流、电压测量完毕后，智能控制模块控制供电模块关断，将“监测结束”信号上传至微机管理系统，微机管理系统接收信号后，使其它智能控制模块解除闭锁。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：供电模块集成在现有排流柜中，不增加柜体，新增接线少，节约了空间和成本；高精度测量模块就地测量电流、电压数据，再通过通信线缆将数据上传智能控制模块，保证了电流、电压数据的精确性；通过接收通断信号，确保监测区段内OVPD均为断开状态，通过测量电流噪声、电压噪声，确保监测区段不存在故障和电气干扰，保证了监测结果的可靠性；将微机管理系统与各个智能控制模块通过以太网连接，实现了全线钢轨对排流网过渡电阻的分区段、全覆盖、远程监测。
附图说明
图1是本发明拓扑结构图。
图2是本发明通信示意图。
图3是本发明供电模块安装示意图。
图4是本发明高精度测量模块数据测量示意图。
图5是本发明监测数据示意图。
图6是本发明控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种钢轨对排流网过渡电阻监测系统，包括智能控制模块、高精度测量模块和供电模块；智能控制模块和微机管理系统通过以太网接口连接；智能控制模块与供电模块、排流柜的排流支路通过通信线缆连接，控制供电模块和排流支路的通断；智能控制模块和高精度测量模块、OVPD通过通信线缆连接；智能控制模块预先对高精度测量模块和OVPD进行了地址编码，记录安装位置、监测区段长度信息，记录监测区段的长度，建立数据库，以存储和管理各类信息和监测数据。
如图2所示，以牵引所为中点的轨道区段构成一个监测区段，监测区段的长度不小于1km，不大于4km；供电模块安装在排流柜中，为监测区段提供恒定电流，同时集成有高精度闭环霍尔电流传感器，测量供电模块输出电流并上传智能控制模块；监测区段中部和两端的上、下行钢轨旁，安装有高精度测量模块，用于测量上、下行钢轨的电压数据；监测区段内的供电模块、高精度测量模块和OVPD均通过通信线缆连接至智能控制模块，与智能控制模块进行数据通信；智能控制模块通过以太网连接微机管理系统，接收微机管理系统下达的指令，或向微机管理系统上传错误信息和监测结果。
监测指令可由微机管理系统向智能控制模块下达，或通过智能控制模块上的监测开关下达；智能控制模块在接到监测指令后，向微机管理系统发送“正在监测”信息；微机管理系统收到信息后，会使其它智能控制模块闭锁，不响应监测指令；可通过微机管理系统或智能控制模块上的监测开关结束监测，也可预设监测时间，自动开始和结束监测。
在接到监测指令后，智能控制模块通过通信线缆接收监测区段内牵引所和各车站OVPD发来的状态信息，若监测区段内存在OVPD闭合的情况，智能控制模块不进行任何监测操作，在屏幕上显示错误信息并发送至微机管理系统；在监测时，智能控制模块控制排流支路保持关断状态，直至监测结束。
如图3所示，供电模块集成在牵引所排流柜内，其正极与牵引所直流负母排连接，负极与排流柜内排流网端子连接；供电模块具有恒流功能，可以为监测区段提供恒定电流；供电模块的正极引出线上安装有高精度闭环霍尔电流传感器，用于监测供电模块注入的总电流；供电模块的开关信号为K1，排流支路的开关信号为K2，0表示关断，1表示导通；K1、K2通过通信线缆连接至智能控制模块。
如图4所示，高精度测量模块安装在钢轨旁，有6路测量通道；通道1～2的误差不大于0.1V，用于监测上、下行钢轨对排流网压降；通道3～6的误差不大于0.1mV，用于监测上、下行钢轨纵向10m压降；安装在牵引所附近的高精度测量模块，通道3～4和通道5～6分别排布在回流线两侧；安装在监测区段两端的高精度测量模块，不接通道3～4，或不接通道5～6。
如图5所示，测量监测区段一端的钢轨纵向10m压降UA1～UA4(mV)，和钢轨对排流网压降UPA1～UPA4(V)；测量监测区段另一端的钢轨纵向10m压降UB1～UB4(mV)，和钢轨对排流网压降UPB1～UPB4(V)；测量监测区段中部的钢轨纵向10m压降U1～U8(mV)，钢轨对排流网压降UP1～UP4(V)；测量供电模块注入到监测区段的总电流I；监测区段的长度为L(km)。
如图6所示，智能控制模块接收到监测指令后，若监测区段OVPD和排流支路处于关断状态，先测量未通电情况下的监测区段一端的钢轨纵向10m压降噪声UA1off～UA4off(mV)，和钢轨对排流网压降噪声UPA1off～UPA4off(V)，监测区段另一端的钢轨纵向10m压降噪声UB1off～UB4off(mV)，和钢轨对排流网压降噪声UPB1off～UPB4off(V)，监测区段中部的钢轨纵向10m压降噪声U1off～U8off(mV)，钢轨对排流网压降噪声UP1off～UP4off(V)，以及电流噪声Ioff，并存储至数据库中。在测量过程中，智能控制模块通过噪声波动幅度(最大值与最小值之差)的大小，判断监测区段是否存在故障或电气干扰；若满足以下条件：电流噪声波动幅度大于0.2A，一个或多个钢轨纵向10m压降噪声的波动幅度大于0.1mV，一个或多个钢轨对排流网压降噪声的波动幅度大于0.1V，则表明监测区段存在故障或电气干扰，此时智能控制模块在屏幕上显示错误信息并发送至微机管理系统，同时中止监测操作；噪声的测量时间可根据现场实际情况设置；若监测区段不存在电气干扰，在完成噪声测量和记录后，智能控制模块分别计算整个测量时间内各噪声的平均值，作为各监测量的噪声。
成功获取噪声后，智能控制模块控制供电模块向监测区段注入恒定的直流电流，等待一定时间，电流稳定后，高精度测量模块测量监测数据，智能控制模块接收监测数据，并实时计算钢轨对排流网过渡电阻，计算方法为：
单根钢轨纵向10m电阻
监测区段钢轨对排流网过渡电阻
1km钢轨对排流网过渡电阻
Rg_1km＝Rg×L(Ω/km)。
智能控制模块将监测数据和实时计算结果存储在数据库中，显示在屏幕上，并上传至微机管理系统；监测结束后，智能控制模块控制供电模块关断，对钢轨对排流网过渡电阻实时监测结果求取平均值，作为最终监测结果保存、显示和上传，同时向微机管理系统上传“监测结束”信息，微机管理系统使其它智能控制模块解除闭锁。