一种钢轨纵向电阻和过渡电阻测量系统的制作方法

1.本发明属于轨道交通牵引供电系统技术领域，特别涉及一种钢轨纵向电阻和过渡电阻测量系统。


背景技术：

2.我国城市轨道交通主要采用直流牵引供电制式，接触网电压等级一般为dc1500v或者dc750v，采用直流牵引供电制式有利于实现正线牵引网的贯通供电，不会产生负序、高频电磁干扰等问题，并且能够满足列车频繁进出站、频繁制动启停的需要。但地铁牵引供电系统采用直流牵引供电制式，会导致杂散电流泄漏问题。
3.牵引变电所输出的电能经接触网传输给列车，然后再通过走行轨返回牵引变电所，牵引回流使走行轨产生对地电位。由于走行轨对地难以做到理想绝缘，回流电流会向大地泄漏，通过地铁土建结构钢筋和埋设在轨道附近的金属管道等回到牵引变电所，形成电流回路。从走行轨泄漏到大地的电流称之为杂散电流。杂散电流流入结构钢筋或埋地金属管道的地方为阴极区，在阴极区的金属构件一般不受影响；杂散电流从结构钢筋或埋地金属管道流出的地方为阳极区，阳极区的金属构件会被腐蚀。钢轨过渡电阻值是衡量杂散电流泄漏水平的重要指标，杂散电流的大小与钢轨过渡电阻值反相关。
4.根据cjj/t 49-2020《地铁杂散电流腐蚀防护技术标准》，地铁线路的钢轨过渡电阻值不应小于15ω
·
km，检测钢轨过渡电阻是否符合要求，对于工程建设、地铁结构安全，具有重要意义。国家标准gb/t28026.2-2018《杂散电流防护》和cjj/t 49-2020《地铁杂散电流腐蚀防护技术标准》中均给出了钢轨纵向电阻与过渡电阻测量原理与推荐测量方法，即利用外加电源向一段区间内的钢轨注入电流，然后测量该区间内的钢轨平均电位与泄漏电流值，计算得到钢轨过渡电阻。基于以上两个标准，文献cn 106199201 a 《城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统及其方法》，将可编程电流源嵌入系统主机，通过补偿算法计算钢轨过渡电阻。文献cn 106771636 a《钢轨过渡电阻检测系统及方法》采用物联网技术，将服务器与数据采集设备和通信设备连接，采集信号之后计算钢轨过渡电阻、评估钢轨的绝缘安装水平。以上两种方法均分开测量一行（上行或者下行）钢轨的过渡电阻，而实际中上下行钢轨之间有均回流线连接，是一个整体。文献cn 108169569 a《一种钢轨对排流网过渡电阻监测系统及其控制方法》，考虑上下行钢轨，在线路上布置大量测量点，利用微机管理系统，控制各个模块的操作，以中间一段钢轨的纵向电阻计算结果，代替整段钢轨的纵向电阻，进行钢轨过渡电阻的检测。因此，上述技术普遍存在测量精度低、测量效率有限的缺点。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种钢轨纵向电阻和过渡电阻测量系统，可实现自动测量、构造简单，系统元件数目少，集成度高，操作方便，省时省力。
6.本发明采用的技术方案是：一种钢轨纵向电阻和过渡电阻测量系统，包括测量电源模块msk、电阻测量模块mrrk和数据处理模块dpk，
所述测量电源模块msk包括恒直流电源、母线ck、第一控制开关sp
1k
、第二控制开关sp
2k
和第三控制开关sp
3k
，所述恒直流电源的正极接入牵引变电所tssk的直流负母线lnk，所述恒直流电源的负极接入母线ck，所述母线ck分别通过第一控制开关sp
1k
与排流柜排流端子tgk连接、通过第二控制开关sp
2k
与变电所接地母排gk连接、通过第三控制开关sp
3k
与均流线ljlk连接；所述电阻测量模块mrrk包括8个电压测量传感器c
1k
~c
8k
，每2个电压测量传感器为一组，四组电压测量传感器分别布置在上下行钢轨的4根钢轨上，且位于牵引变电所tssk所在车站tszk的两侧的回流线lhlk和均流线ljlk之间，每组电压测量传感器的其中一个电压测量传感器紧挨所述回流线lhlk；所述数据处理模块dpk与所述恒直流电源、电压测量传感器c
1k
~c
8k
连接，所述数据处理模块dpk用于控制恒直流电源、采集电压测量传感器c
1k
~c
8k
测量数据、计算钢轨纵向电阻和过渡电阻。
7.进一步的，每组的两个电压测量传感器相隔10m布置。
8.进一步的，测量钢轨纵向电阻时，测量电源模块msk的第一控制开关sp
1k
、第二控制开关sp
2k
处于分闸状态，和第三控制开关sp
3k
处于合闸状态；测量钢轨过渡电阻时，第一控制开关sp
1k
、第二控制开关sp
2k
处于合闸状态，和第三控制开关sp
3k
处于分闸状态。
9.进一步的，测量钢轨纵向电阻的步骤为：s11：所述恒直流电源不工作，所述数据处理模块dpk获取所述电压测量传感器c
1k
~c
8k
的测量数据，计算每组电压测量传感器的测量数据的电压差，分别为u
off.1,2
、u
off.3,4
、u
off.5,6
、u
off.7,8
；s12：所述数据处理模块dpk控制所述恒直流电源工作，向钢轨注入电流，所述数据处理模块dpk再次获取所述电压测量传感器c
1k
~c
8k
的测量数据，计算每组电压测量传感器的测量数据的电压差，分别为u
on.1,2
、u on.3,4
、u on.5,6
、u on.7,8
；s13：所述数据处理模块dpk计算单根钢轨纵向电阻为：其中，i
sk
为所述恒直流电源输出的电流值。
10.进一步的，测量钢轨过渡电阻的步骤为：车站tszk与车站tsz
k+1
之间的钢轨为钢轨过渡电阻测量区间，测量电源模块msk、电阻测量模块mrrk和数据处理模块dpk安装于车站tszk，车站tsz
k+1
内安装有测量电源模块ms
k+1
、电阻测量模块mrr
k+1
和数据处理模块dp
k+1
，所述测量电源模块ms
k+1
、电阻测量模块mrr
k+1
和数据处理模块dp
k+1
的结构和连接方式与所述测量电源模块msk、电阻测量模块mrrk和数据处理模块dpk相同，数据处理模块dpk和数据处理模块dp
k+1
连接；s21：数据处理模块dpk和数据处理模块dp
k+1
分别接收电阻测量模块mrrk和电阻测量模块mrr
k+1
的测量数据；数据处理模块dpk将测量数据传输至数据处理模块dp
k+1
；s22：测量电源模块ms
k+1
的恒直流电源工作，向钢轨注入电流，恒直流电源的输出电流值为i
sk+1
，数据处理模块dpk和数据处理模块dp
k+1
再次分别接收电阻测量模块mrrk和电阻测量模块mrr
k+1
的测量数据，数据处理模块dpk将测量数据传输至数据处理模块dp
k+1
；s23.1：数据处理模块dp
k+1
计算车站tszk的上行钢轨的边界电流i
uk
和下行钢轨的
边界电流i
dk
，，其中，u
off.1,2k
、u
off.3,4k
是恒直流电源未工作时，车站tszk的2根上行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，u
off.5,6k
、u
off.7,8k
是恒直流电源未工作时，车站tszk的2根下行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，u
on.1,2k
、u
on.3,4k
是恒直流电源工作时，车站tszk的2根上行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，u
on.5,6k
、u
on.7,8k
是恒直流电源工作时，车站tszk的2根下行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，r
10mk
是车站tsz
k+1
的单根钢轨纵向电阻；s23.2：数据处理模块dp
k+1
计算车站tsz
k+1
的上行钢轨的边界电流i
uk+1
和下行钢轨的边界电流i
dk+1
，，其中，u
off.1,2k+1
、u
off.3,4k+1
是恒直流电源未工作时，车站tsz
k+1
的2根上行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，u
off.5,6k+1
、u
off.7,8k+1
是恒直流电源未工作时，车站tsz
k+1
的2根下行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，u
on.1,2k+1
、u
on.3,4k+1
是恒直流电源工作时，车站tsz
k+1
的2根上行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，u
on.5,6k+1
、u
on.7,8k+1
是恒直流电源工作时，车站tsz
k+1
的2根下行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差；s23.3：数据处理模块dp
k+1
计算钢轨过渡电阻测量区间内的单位长度的钢轨过渡电阻rg，其中，l为钢轨过渡电阻测量区间的长度，u
off.1gk
、u off.3gk
、u
off.5gk
、u
off.7gk
为恒直流电源未工作时，靠近车站tszk的回流线的4个电压测量传感器的测量数据，uon.1gk
、u
on.3gk
、u
on.5gk
、u
on.7gk
为恒直流电源工作时，靠近车站tszk的回流线的4个电压测量传感器的测量数据，u
off.1gk+1
、u
off.3gk+1
、u
off.5gk+1
、u
off.7gk+1
为恒直流电源未工作时，靠近车站tsz
k+1
的回流线的4个电压测量传感器的测量数据，u
on.1gk+1
、u
on.3gk+1
、u
on.5gk+1
、u
on.7gk+1
为恒直流电源工作时，靠近车站tsz
k+1
的回流线的4个电压测量传感器的测量数据。
11.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：1.本发明的钢轨纵向电阻与过渡电阻测量元件一次性安装在各个牵引变电所所在的车站范围内，利用车站两侧的均流线和回流线为测量系统提供电流回路。钢轨纵向电阻测量与钢轨过渡电阻测量共用一套设备，集成度高，可节省投资，系统便于维护。
12.2.本发明通过在控制中心内远动操作设备以实现测量功能，无需深入到隧道区间内作业，能够保障作业人员的安全。室内操作方便，能够提升钢轨过渡电阻的监测频率，着重将车站纳入测量范围，强化杂散电流防护，保障地铁运维质量。
13.3.本发明将测量区间两端的钢轨纵向电阻分别测量，并且在测量钢轨过渡电阻时，测量电源的负极接入变电所的接地母排，两种措施保证钢轨过渡电阻的测量准确性，测量范围可涵盖正线全线，灵活选择测量区间，测量范围可调。
14.4.本发明系统构造简单，通过切换电源开关，完成钢轨纵向电阻与过渡电阻测量。在综合测量上下行钢轨纵向电阻与过渡电阻的同时，有效减少了测量点的数量，施工量小，降低成本，性能优越，易于推广实施。
附图说明
15.图1为本发明实施例的结构示意图；图2为本发明实施例3的钢轨过渡电阻测量流程图。
具体实施方式
16.为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
17.实施例1本发明的实施例提供了一种钢轨纵向电阻和过渡电阻测量系统，如图1所示，其包括测量电源模块msk、电阻测量模块mrrk和数据处理模块dpk。
18.车站tszk一侧设置有回流线lhlk，车站tszk另一侧设置有均流线ljlk。牵引变电所tssk位于车站tszk内，牵引变电所tssk内设有直流负母线lnk、排流柜排流端子tgk和变电所接地母排gk，直流负母线lnk通过回流线lhlk与上下行钢轨连接。均流线ljlk与上下行钢轨连接。
19.所述测量电源模块msk包括恒直流电源、母线ck、第一控制开关sp
1k
、第二控制开关sp
2k
和第三控制开关sp
3k
。所述恒直流电源的正极接入牵引变电所tssk的直流负母线lnk，所述恒直流电源的负极接入母线ck，所述母线ck分别通过第一控制开关sp
1k
与排流柜排流端子tgk连接、通过第二控制开关sp
2k
与变电所接地母排gk连接、通过第三控制开关sp
3k
与均流线ljlk连接。恒直流电源具有分级输出功能，每个级别对应不同大小的输出电流。
20.所述电阻测量模块mrrk包括8个电压测量传感器c
1k
~c
8k
，每2个所述电压测量传感器为一组，具体划分为电压测量传感器c
1k
与电压测量传感器c
2k
、电压测量传感器c
3k
与电压测量传感器c
4k
、电压测量传感器c
5k
与电压测量传感器c
6k
、电压测量传感器c
7k
与电压测量传感器c
8k
四组。四组所述电压测量传感器分别布置在上下行钢轨的4根钢轨上，且位于车站tszk的两侧的回流线lhlk和均流线ljlk之间。每组的两个所述电压测量传感器相隔10m布置，例如电压测量传感器c
1k
与电压测量传感器c
2k
相隔10m布置。每组所述电压测量传感器的其中一个所述电压测量传感器紧挨所述回流线lhlk；具体为电压测量传感器c
1k
、电压测量传感器c
3k
、电压测量传感器c
5k
和电压测量传感器c
7k
紧挨所述回流线lhlk。
21.所述数据处理模块dpk与所述恒直流电源、电压测量传感器c
1k
~c
8k
连接。所述数据处理模块dpk具有数据采集、数据处理、数据存储、数据显示功能。所述数据处理模块dpk用于控制恒直流电源、采集电压测量传感器测量数据、计算钢轨纵向电阻和过渡电阻。数据处理模块间可以通过光纤连接，实现数据处理模块间的通信，例如安装于不同车站的数据处理模块dpk和数据处理模块dp
k+1
通过光纤连接。为了便于工作，数据处理模块还可与测量电源模块中的三个控制开关连接，控制三个控制开关的合分闸状态。
22.实施例2采用实施例1的钢轨纵向电阻和过渡电阻测量系统测量钢轨纵向电阻，包括以下步骤：s10：测量电源模块msk的第一控制开关sp
1k
、第二控制开关sp
2k
处于分闸状态，和第三控制开关sp
3k
处于合闸状态。恒直流电源负极接入车站tszk一侧的均流线ljlk。
23.s11：数据处理模块dpk控制恒直流电源不工作，所述数据处理模块获取所述电压测量传感器c
1k
~c
8k
的测量数据，并计算每组所述电压测量传感器的测量数据的电压差，作为自然本体电压，分别为u
off.1,2
、u
off.3,4
、u
off.5,6
、u
off.7,8
，单位为v。
24.s12：所述数据处理模块dpk控制所述恒直流电源工作，向钢轨注入电流，所述数据处理模块dpk再次获取所述电压测量传感器c
1k
~c
8k
的测量数据，并计算每组所述电压测量传感器的测量数据的电压差，分别为u
on.1,2
、u on.3,4
、u on.5,6
、u on.7,8
，单位为v。
25.s13：所述数据处理模块dpk计算10m长度单根钢轨纵向电阻为：其中，i
sk
为所述恒直流电源输出的电流值。
26.实施例3钢轨纵向电阻和过渡电阻测量系统测量钢轨过渡电阻，如图2所示，包括以下步骤：s1：如图1所示，车站tszk与车站tsz
k+1
之间的钢轨为钢轨过渡电阻测量区间，按照实施例1的方式将测量电源模块msk、电阻测量模块mrrk和数据处理模块dpk安装于车站tszk。所述测量电源模块ms
k+1
、电阻测量模块mrr
k+1
和数据处理模块dp
k+1
的结构与所述测量电源模块msk、电阻测量模块mrrk和数据处理模块dpk相同，采用相同的方式将测量电源模块ms
k+1
、电阻测量模块mrr
k+1
和数据处理模块dp
k+1
安装于车站tsz
k+1
。数据处理模块dpk和数据处理模块dp
k+1
通过光纤连接。
27.s2：测量电源模块ms
k+1
的第一控制开关sp
1k+1
、第二控制开关sp
2k+1
处于分闸状态，
和第三控制开关sp
3k+1
处于合闸状态。测量电源模块ms
k+1
的恒直流电源负极接入车站tsz
k+1
一侧的均流线ljlk。
28.s3：采用实施例2的方法测量车站tsz
k+1
的10m长度单根钢轨纵向电阻r
10mk+1
。
29.s4：测量电源模块ms
k+1
的第一控制开关sp
1k+1
、第二控制开关sp
2k+1
处于合闸状态，和第三控制开关sp
3k+1
处于分闸状态。测量电源模块ms
k+1
的恒直流电源负极接入接入牵引变电所tss
k+1
内的排流柜排流端子tg
k+1
和变电所接地母排g
k+1
。
30.数据处理模块dpk和数据处理模块dp
k+1
分别接收电阻测量模块mrrk和电阻测量模块mrr
k+1
的测量数据；数据处理模块dpk将测量数据传输至数据处理模块dp
k+1
；测量电源模块ms
k+1
的恒直流电源工作，向钢轨注入电流，恒直流电源的输出电流值为i
sk+1
，数据处理模块dpk和数据处理模块dp
k+1
再次分别接收电阻测量模块mrrk和电阻测量模块mrr
k+1
的测量数据，数据处理模块dpk将测量数据传输至数据处理模块dp
k+1
。
31.s5：数据处理模块dp
k+1
计算车站tszk的上行钢轨的边界电流i
uk
和下行钢轨的边界电流i
dk
，，其中，u
off.1,2k
、u
off.3,4k
是恒直流电源未工作时，车站tszk的2根上行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，单位为v，u
off.5,6k
、u
off.7,8k
是恒直流电源未工作时，车站tszk的2根下行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，单位为v，u
on.1,2k
、u
on.3,4k
是恒直流电源工作时，车站tszk的2根上行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，单位为v，u
on.5,6k
、u
on.7,8k
是恒直流电源工作时，车站tszk的2根下行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，单位为v。
32.数据处理模块dp
k+1
计算车站tsz
k+1
的上行钢轨的边界电流i
uk+1
和下行钢轨的边界电流i
dk+1
，，其中，u
off.1,2k+1
、u
off.3,4k+1
是恒直流电源未工作时，车站tsz
k+1
的2根上行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，单位为v，u
off.5,6k+1
、u
off.7,8k+1
是恒直流电源未工作时，车站tsz
k+1
的2根下行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，单位为v，u
on.1,2k+1
、u
on.3,4k+1
是恒直流电源工作时，车站tsz
k+1
的2根上行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，单位为v，u
on.5,6k+1
、u
on.7,8k+1
是恒直流电源工作时，车站tsz
k+1
的2根下行钢轨上的每组电压测量传感器的测量数据的电压差，单位为v。
33.数据处理模块dp
k+1
计算钢轨过渡电阻测量区间内的单位长度的钢轨过渡电阻rg，单位为ω
·
km。
34.其中，l为钢轨过渡电阻测量区间的长度，u
off.1gk
、u off.3gk
、u
off.5gk
、u
off.7gk
为恒直流电源未工作时，靠近车站tszk的回流线的4个电压测量传感器的测量数据，单位为v，u
on.1gk
、u
on.3gk
、u
on.5gk
、u
on.7gk
为恒直流电源工作时，靠近车站tszk的回流线的4个电压测量传感器的测量数据，单位为v，u
off.1gk+1
、u
off.3gk+1
、u
off.5gk+1
、u
off.7gk+1
为恒直流电源未工作时，靠近车站tsz
k+1
的回流线的4个电压测量传感器的测量数据，单位为v，u
on.1gk+1
、u
on.3gk+1
、u
on.5gk+1
、u
on.7gk+1
为恒直流电源工作时，靠近车站tsz
k+1
的回流线的4个电压测量传感器的测量数据，单位为v。
35.根据上述测量方法，利用matlb/simulink仿真测试，表1给出了排流网截面为3000mm2，不同测量区间长度下、不同钢轨过渡电阻值的测量结果，表2给出了测量误差。
36.表1 钢轨过渡电阻测量结果表表2 钢轨过渡电阻测量误差表表1和表2表明，本发明提出的地铁钢轨过渡电阻测量系统能够准确测量地铁钢轨过渡电阻。
37.以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用
本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。