CN106828202A - 一种用于城市轨道段、场线钢轨绝缘节处的回流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于城市轨道段、场线钢轨绝缘节处的回流装置，包括车辆段或停车场的出入线钢轨AR与正线钢轨MR连接的回流装置IBD；回流装置IBD在无列车通过时处于关断状态，检测到列车通过时，发出控制信号Z1＝1触发全控型电力电子器件V1和V2同时导通。当正线支援车辆段或停车场供电时，控制信号Z2＝1，使钢轨导通装置IBD导通，确保牵引回流的通路。本发明能阻断杂散电流从车辆段或停车场回流至正线钢轨的通路，减少杂散电流对车辆段或停车场内设施的危害，同时兼备绝缘节绝缘性能评估和钢轨过渡电阻测量的功能。

Description

一种用于城市轨道段、场线钢轨绝缘节处的回流装置

技术领域

本发明涉及轨道交通牵引供电***，具体涉及一种用于城市轨道段、场线钢轨绝缘节处的回流装置。

背景技术

城市轨道直流供电***中普遍采用直流750V或是直流1500V供电制式，列车通过受电弓(或受电靴)在接触网(或接触轨)和钢轨之间取流，机车牵引电流通过钢轨回流至牵引变电所负极。地铁线路通常设置车辆段和停车场(简称段、场)，分别作列车停车、检修和维护的用途。

为了减少杂散电流，城市轨道正线钢轨采取对地绝缘安装。《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》CJJ49规定：兼用做回流的地铁走行轨与隧洞主体结构(或大地)之间的过渡电阻值(按闭塞区间分段进行测量并换算为1km长度的电阻值)，对于新建线路不小于15Ω*km，对于运行线路不小于3Ω*km。车辆段和停车场主要用于列车的维护、检修等，为防止车辆段、停车场内钢轨电位过高对工作人员造成人身安全危害，通常将列检库、洗车库内的轨道与接地网相连或通过独立接地极将轨道接地。

运营期间，为防止正线牵引电流经车辆段、停车场内的钢轨流入大地形成杂散电流，通常在车辆段和停车场的出入线咽喉处设置钢轨绝缘节与正线钢轨隔离，并在列检库、洗车库前也设置钢轨绝缘关节隔离钢轨。现已存在的技术是在这两处绝缘节的位置处并联安装单向导通装置，单向导通装置由多组并联二极管组成，只允许停车场、车辆段内的牵引回流单方向流向正线钢轨。

为防止列车车轮踏过钢轨绝缘节时打火，通常在单向导通装置里安装由反并联晶闸管等组成的熄弧装置，当检测到正线钢轨的电位超过车辆段、停车场钢轨电位一定数值时，触发晶闸管导通。正因为此，当没有列车跨过钢轨绝缘节时，正线泄漏至大地的杂散电流可通过单向导通装置收集回正线钢轨。杂散电流在这条路径流通的过程中给停车场、车辆段的设备和人员安全都带来了极大的隐患。

如果取消此处的单向导通装置，由于钢轨绝缘节的存在可以阻断杂散电流流回正线钢轨的路径，从而避免车辆段、停车场内的杂散电流隐患。但是在这种情况下，列车通过钢轨绝缘节时，绝缘节两侧的钢轨分别带有不同的电压，可能出现列车跨越绝缘节时出现车轮和钢轨打火的情况。而当城市轨道正线支援车辆段、停车场供电时，为保证牵引回流的正常流动，又必须电气导通绝缘节两端的钢轨。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于城市轨道段、场线钢轨绝缘节处的回流装置，能阻断城市轨道钢轨正线产生的杂散电流通过停车场、车辆段内钢轨收集后流回正线的通路，减少杂散电流对车辆段、停车场内设施的危害从而保证设备和人员的安全。同时，该装备集成了钢轨绝缘节绝缘性能评估功能和车辆段、停车场碎石道床处钢轨对地的过渡电阻的测量功能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于城市轨道段、场线钢轨绝缘节处的回流装置，

城市轨道供电***中，车辆段或停车场与正线之间设置接触网电分段DF；正线钢轨MR和车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间设置钢轨绝缘节JJ1；在正线钢轨MR和车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间设置回流装置IBD，所述回流装置IBD的结构为：

钢轨绝缘节JJ1与正线钢轨MR之间设置位置传感器J1，钢轨绝缘节JJ1与车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间设置位置传感器J2；

在钢轨绝缘节JJ1两端反向并联全控型电力电子器件V1和V2以及电源DY、开关S、电流传感器C1组成的串联支路；

由控制信号Z1、Z2、Z3合成的复合控制信号W分别控制全控型电力电子器件V1和V2；

所述控制信号Z1为位置传感器J1、J2输出列车占据信号X、Y至控制装置的输出信号；位置传感器J1检测到安装位置有列车占据时输出X＝1，没有列车占据时输出X＝0；位置传感器J2检测到安装位置有列车占据时输出Y＝1，没有列车占据时输出Y＝0；

所述控制信号Z2为接触网电分段DF开关的状态信号，关断时为0，导通时为1；

所述控制信号Z3为开关S的状态信号，关断时为0，导通时为1。

进一步的，

在钢轨绝缘节JJ1与车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间依次设置有电压传感器C2、C3；

在位置传感器J2与车辆段AR之间设置有硫酸铜参考电极RE，在所述硫酸铜参考电极RE与钢轨AR之间设置电压传感器C4；

电流传感器C1和电压传感器C2、C3、C4，经过转换器连接到处理器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一、本发明可有效遏制城市轨道钢轨正线产生的杂散电流入侵车辆段、停车场，同时本装置兼备钢轨绝缘节绝缘性能评估和测量碎石道床处钢轨对地的过渡电阻的功能；二、本发明结构简单，控制方式可靠，功能实用。

附图说明

图1是用于钢轨绝缘节绝缘性能评估的设备安装图。

图2是用于出入线碎石道床处钢轨对地的过渡电阻测量的设备安装图。

图3是实施例在地铁车辆段、停车场内的结构示意图。

图4是控制信号Z1对应的检测对象示意图。

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。

车辆段或停车场与正线之间设置接触网电分段DF。正线钢轨MR和车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间设置钢轨绝缘节JJ1。本发明装置包括：正线钢轨MR和车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间设置回流装置IBD。

IBD包括在钢轨绝缘节JJ1前后安装第一位置列车检测设备(位置传感器)J1和第二位置列车检测设备(位置传感器)J2。在钢轨绝缘节JJ1两端反向并联的全控型电力电子器件V1和V2以及电源DY、开关S、电流传感器C1组成的串联支路。

钢轨绝缘节绝缘性能评估功能和出入线碎石道床上钢轨过渡电阻测试功能包括：一台大功率直流电源DY，电源负极接正线钢轨一侧，正极经控制开关S和电流传感器C1连接至车辆段或停车场的出入线钢轨AR一侧；在IBD通过电缆连接车辆段或停车场的出入线钢轨AR位置的前后分别设置固定长度(例如10m)纵向钢轨电压的高精度电压传感器C2和C3。在距离钢轨绝缘节JJ1水平距离50m之外、距离AR钢轨垂直距离30m之外埋设硫酸铜参考电极RE。设置电压传感器C4检测AR钢轨对硫酸铜参考电极电位。电流传感器C1和电压传感器C2、C3和C4经转换器(converter)连接处理器，通过显示器动态显示当前的测试信息。

当V1、V2同时关断状态时，IBD处于关断状态；当V1、V2同时导通时，IBD处于导通状态。

回流装置IBD在无列车通过时处于关断状态，能有效遏制正线产生的杂散电流入侵车辆段或停车场。当有列车通过此处时，为避免列车跨越钢轨绝缘节处产生的打火问题，通过列车位置感应器J1、J2及时控制IBD闭合，以电气连接正线钢轨和出入线钢轨。同时本装置可以在无列车运行时，控制IBD关断，实施钢轨绝缘节绝缘性能评估和出入线碎石道床处钢轨对地的过渡电阻测试。

本发明的控制手段为：

正常时，接触网电分段DF关断，其状态信号Z2＝0。当列车通过绝缘节JJ1时，通过位置感应器J1和J2的相互配合输出控制信号Z1＝1，控制钢轨导通装置IBD处于闭合状态，保证列车安全地通过绝缘节JJ1。

当使用该装置的测量功能时，闭合控制开关S时，输出控制信号Z3＝1时，IBD始终处于关断状态。电流传感器C1和电压传感器C2、C3、C4同时输出信号至CPU进行运算处理，通过显示屏可动态显示当前时刻的所有测量信息。

当停车场或车辆段内的牵引所故障失电，库内接触网又需要正常供电而闭合接触网电分段开关DF时，为保证停车场或车辆段内的列车可以正常的牵引回流，输出控制信号Z2＝1，控制IBD闭合，直至停车场或车辆段内的牵引所故障恢复，接触网电分段开关DF断开。

图1为钢轨绝缘节绝缘性能评估的设备安装图。其包括一台大功率直流电源DY，电源负极接正线钢轨一侧，正极经控制开关S和电流传感器C1连接至车辆段或停车场的出入线钢轨AR一侧。在IBD通过电缆连接车辆段或停车场的出入线钢轨AR位置的前后分别设置固定长度(例如10m)纵向钢轨电压的高精度电压传感器C2和C3。C2和C3分别测量10m长度钢轨上的纵向压降U1和U2。

当使用该装置的测量功能时，闭合控制开关S闭合时输出控制信号Z3＝1时IBD始终处于关断状态。电流传感器C1和电压传感器C2、C3经转换器(converter)连接处理器，实现绝缘节JJ1的绝缘性能的在线评估评估。钢轨绝缘节绝缘性能指数用F_J表示，根据EN50122-2(2010)，当F_J大于标准中规定的95％可以证明绝缘节的绝缘性能良好。F_J的计算公式如下：

式中：U_1,off，U_2,off为记录的1min，10m钢轨电压噪声的平均值；U_1,on，U_2,on为钢轨加入电流后的电压1min平均值。

图2为用于出入线碎石道床处钢轨对地的过渡电阻测量的设备安装图。其包括一台大功率直流电源DY，电源负极接正线钢轨一侧，正极经控制开关S和电流传感器C1连接至车辆段或停车场的出入线钢轨AR一侧。在距离钢轨绝缘节JJ1水平距离50m之外、距离AR钢轨垂直距离30m之外埋设硫酸铜参考电极RE。C4检测AR钢轨对硫酸铜参考电极RE的电位。当使用该装置的测量功能时，闭合控制开关S时输出控制信号Z3＝1时IBD始终处于关断状态。电流传感器C1的测量信号I和电压传感器C4的测量信号U_RE经转换器(converter)连接处理器，实现车辆段AR钢轨过渡电阻R_RE的在线测量，R_RE的计算公式如下：

式中：U_RE为钢轨对参考电极的电压；I为测试注入电流，单位A；L为被测车辆段、停车场的出入线钢轨AR的长度(最大不能超过2km)，单位km。

图3为实施例在地铁车辆段或停车场内的结构示意图。车辆段或停车场与正线之间设置接触网电分段DF。正线钢轨MR和车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间设置钢轨绝缘节JJ1。在正线钢轨MR和车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间设置回流装置IBD。

IBD的结构为：钢轨绝缘节JJ1与正线钢轨MR之间设置位置传感器J1，钢轨绝缘节JJ1与车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间设置位置传感器J2；在钢轨绝缘节JJ1两端反向并联全控型电力电子器件V1和V2以及电源DY、开关S、电流传感器C1组成的串联支路；由控制信号Z1、Z2、Z3合成的复合控制信号W分别控制全控型电力电子器件V1和V2。

具体控制过程为：

正常时，接触网联络开关DF关断，Z2＝0；控制开关S处于断开状态，Z3＝0。当列车回车辆段或停车场时，位置传感器J1的首先感应到来车信号，位置传感器J1、J2输出信号(X＝1，Y＝0，X+Y>0)至钢轨导通装置IBD的控制装置DR立即输出控制信号Z1＝1，触发全控型电力电子器件V1和V2同时导通；

当列车从正线钢轨MR驶入出入线钢轨AR时，任意位置传感器J1、J2检测到列车占据信号，X+Y≥1，Z1＝1，表示有列车正通过钢轨绝缘节JJ1，控制回流装置IBD中全控型电力电子器件V1和V2导通。当位置传感器J1、J2都未检测到列车占据信号时，X+Y＝0，Z1＝0，表示没有列车通过钢轨绝缘节JJ1，控制回流装置IBD中全控型电力电子器件V1和V2关断。

当列车从出入线AR驶入正线钢轨MR时，也是如此。

当车辆段或停车场内的牵引所故障失电，正线支援车辆段或停车场供电时，闭合接触网电分段DF，Z2＝1。为保证车辆段或停车场内的列车可以正常的牵引回流，控制回流装置IBD中全控型电力电子器件V1和V2同时导通。

图4是控制信号Z1对应的检测对象示意图。其包括第一位置列车检测设备J1的列车占据信号X、第二位置列车检测设备J2的列车占据信号Y。当X+Y≥1时，Z1＝1；当X+Y＝0时，Z1＝0。

Claims (2)

1.一种用于城市轨道段、场线钢轨绝缘节处的回流装置，其特征在于，

城市轨道供电***中，车辆段或停车场与正线之间设置接触网电分段DF；正线钢轨MR和车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间设置钢轨绝缘节JJ1；在正线钢轨MR和车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间设置回流装置IBD，所述回流装置IBD的结构为：

钢轨绝缘节JJ1与正线钢轨MR之间设置位置传感器J1，钢轨绝缘节JJ1与车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间设置位置传感器J2；

在钢轨绝缘节JJ1两端反向并联全控型电力电子器件V1和V2以及电源DY、开关S、电流传感器C1组成的串联支路；

由控制信号Z1、Z2、Z3合成的复合控制信号W分别控制全控型电力电子器件V1和V2；

所述控制信号Z1为位置传感器J1、J2输出列车占据信号X、Y至控制装置的输出信号；位置传感器J1检测到安装位置有列车占据时输出X＝1，没有列车占据时输出X＝0；位置传感器J2检测到安装位置有列车占据时输出Y＝1，没有列车占据时输出Y＝0；

所述控制信号Z2为接触网电分段DF开关的状态信号，关断时为0，导通时为1；

所述控制信号Z3为开关S的状态信号，关断时为0，导通时为1。

2.如权利要求1所述的一种用于城市轨道段、场线钢轨绝缘节处的回流装置，其特征在于，

在钢轨绝缘节JJ1与车辆段或停车场的出入线钢轨AR之间依次设置有电压传感器C2、C3；

在位置传感器J2与车辆段AR之间设置有硫酸铜参考电极RE，在所述硫酸铜参考电极RE与钢轨AR之间设置电压传感器C4；

电流传感器C1和电压传感器C2、C3、C4，经过转换器连接到处理器。