CN113030658B

CN113030658B - 一种杂散电流综合监测系统

Info

Publication number: CN113030658B
Application number: CN202110234378.8A
Authority: CN
Inventors: 韩志杰; 黄珂; 黎兴源; 王益; 张开元; 詹思睿
Original assignee: Zhuhai Nanzi Electric System Engineering Co ltd
Current assignee: Zhuhai Nanzi Electric System Engineering Co ltd
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2023-09-15
Anticipated expiration: 2041-03-03
Also published as: CN113030658A

Abstract

本发明公开了一种杂散电流综合监测系统，包括轨地绝缘监测屏、站级监测装置、测量传感器；轨地绝缘监测屏实现轨地过渡电阻测量信号的输出和采集、数据运算分析；轨地绝缘测量传感器安装在走行轨沿线各测试点处，测量每个测量分区的极化电位、钢轨对地电位及其泄漏电流，并将测量数据传送给站级监测装置；站级监测装置通过轨地绝缘测量传感器实时采集测量分区内的极化电位、钢轨对地电位和钢轨电流，并将本站的测量数据传送到轨地绝缘监测屏，供轨地监测屏对各测量区间的数据进行分析计算。本发明能够综合分析测量区段的极化电位、钢轨电位、轨地过渡电阻的测试结果及变化趋势，判断监测区段钢轨对地绝缘的状况，给地铁的运营维护提供有效的依据。

Description

一种杂散电流综合监测系统

技术领域

本发明涉及城市轨道交通技术领域，具体为一种杂散电流综合监测系统。

背景技术

目前我国交通建设正处于一个高速发展的阶段，城市现代化进程不断加快，城市人口基数与机动车数量急剧增加，大部分城市面临着交通拥堵等一系列问题。大力发展城市轨道交通是城市公共交通发展的方针和解决城市交通拥堵的最佳选择。

我国首条地铁线路北京地铁一号线于1969年建成，虽然我国城市轨道交通发展的起步较晚，但经过半个世纪的发展，截止2020年12月31日，我国已有44座城市开通轨道交通，线路运营里程7715.31公里，运营车站达5189座，我国城市轨道交通的建设正处于高速发展的时期，有着广阔的市场空间。

我国城市轨道交通主要采用直流牵引供电，其电压等级通常为DC750V、DC1500V，在直流牵引系统中采用正极接接触网或者接触轨，以走行轨作为回流通道(少部分线路采用第四轨方案)。由于钢轨与道床之间并非是完全绝缘的，导致原本通过走行轨的部分电流泄漏到了大地之中，再经埋地金属、管道、电缆等流回牵引变电所，这部分泄漏到大地中去的电流被称为杂散电流，其大量泄漏会严重腐蚀埋地金属、管道、电缆等设备，同时引起轨电位异常升高威胁到乘客和电气设备的安全。在地铁建成投入运营的初期，走行轨与道床之间的绝缘程度高，轨地过渡电阻值较大，但随着地铁运营时间的推移、受到不可避免的污染、潮湿等破坏因素的影响，导致走行轨与道床之间的绝缘程度较低，轨地过渡电阻值降低，这样一来杂散电流的泄漏随之增加，对地铁周围土壤中的通信电缆、水管、煤气管道、结构钢筋以及埋地金属等造成了腐蚀。杂散电流的增加也会导致钢轨电位的异常升高给乘客带来安全隐患。所以杂散电流的监测与轨地过渡电阻的监测对地铁安全稳定运行有着至关重要的意义。

传统杂散电流的监测多是采用集中式监测系统，由参考电极、道床收集网测试端子、隧道收集网测试端子、传感器、数据传输电缆、杂散电流监测装置、微机管理系统等构成，系统为在线监测方式。在每个测试点，将参比电极端子和测试端子接至智能传感器，如图1所示，将该车站区段内的上行/下行智能传感器通过CAN通信电缆分别连接到位于各车站的监测装置。杂散电流监测数据通过监测装置经综合监控系统通信通道转发到设置与车辆段供电车间的杂散电流微机管理系统，通过微机管理系统对所测量的数据进行处理、显示、统计、告警和打印等作业。

传统杂散电流监测系统主要的检测元件为参比电极，主要的监测目标是埋地金属结构极化电位偏移值。然而，在实际应用中，参比电极电位的稳定性容易受到干扰，且极化电位本质是属于电化学的范畴，并不是直接的电气量。因而，基于参比电极的杂散电流监测系统在实际应用中存监测范围有限，测量误差大，准确性不高等缺点。

目前多是通过人工方法抽样检测钢轨对排流网过渡电阻，为满足测试条件需要拆除测试区间内走行轨上下行的均流线，而上下行均流线与走行轨连接多采用焊接的方式，不易拆除且测试完成后需复原以保证不影响机车第二天正常运行，实用性较差，且该种测试方法抽样存在随机性；人工接线和读数存在较大误差；人力消耗大，检测周期长，难以适应目前地铁运行线路不断增加，相关专业人员紧缺以及现代化、智慧化地铁运营管理的需求。另外，人工测试误差较大，测量的结果的准确性难以得到保障，对运营人员的指导意义大打折扣。

部分地铁虽然配备了自动测量钢轨对地过渡电阻的功能，但是因其测量准确度低，测量数据单一，对运营维护的参考意义较小，实际运营中几乎成了摆设，并没起到真正的作用。其测试原理及方法如下：

a、确定轨条电流与其产生电压间的关系和其电导率，需测量轨条电阻。测量原理电路图如图2。

直流电流I测量时应周期性地闭合和断开其开关电路，以检验断开时其他因素的影响。读数偏差问题宜通过多次测量来解决。宜研究测量电路的极性变换导致的偏差较大的测试结果。这种测试方法只有在没有牵引电流时才有效。如无法避免牵引电流，宜在同一电流时进行测量，以消除电流对测量结果的影响。走行轨的测量点与电流注入点间距离宜大千1m。纵向电压降UA和UB可在轨道各相邻段间进行测量。轨条电阻的计算方法如下：

R_rail10m：10m长单根钢轨的纵向电阻值；

U_on,off：单根钢轨上的纵向电压降(在无注流、有注流状态下)；

I：注入电流。

具体测量步骤如下：

(1)根据测量需求，配置相关工具、设备(电流表、电压表、电源)及连接电缆等。

(2)选取测量区段，并保证测量区段内两行之间、每行两根钢轨之间无均流电缆。

(3)针对选定测量区段，做好测量计划，并提前制定好测量记录表。

(4)检查测量设备并按照要求接好线路，测量完毕后记录测量结果。

b、进行走行轨与排流网间的过渡电阻测量时，应确保测量不受钢轨与地线连接或电压限制装置启动的影响，原理电路图如图3。

走行轨与排流网间的过渡电阻计算公式如下：

其中：ΔU＝U_on-U_off；

R_G：长度为L的每行钢轨对地绝缘电阻值；

U1：电流注入点处的钢轨对收集网的测量电压值；

U2、U3：测量钢轨端部的钢轨对收集网的测量电压值；

I：注入电流；

I_RA、I_RB：流出“选定测量范围钢轨”端部的电流值，通过10米钢轨的电压除以10米钢轨的电阻求得。

L：“选定测量范围钢轨”长度；

具体操作方法及步骤：

(2)检查并确保测试区段内钢轨与整体道床结构间(或梁面)没有会影响测量结果的短路装置；对于高架段(或新建地下段)并检查整体道床结构钢筋纵向电气连续，保证伸缩缝处两测防端子间的电缆连接良好。

(3)针对选定的测量区段，做好测量计划，并提前制定好测量记录表。

现有技术的缺点：测量数据单一，误差较大，测试结论的论据不够充分，难以根据测试结果做出相应的决策；测试数据没有相互关联、验证，测量的结果的准确性难以得到保障，测试结论不足以让人信服，指导建议的针对性较差，对运营人员的指导意义大打折扣。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种杂散电流综合检测系统，结合机车行车密度，综合分析测量区段的极化电位、钢轨电位、轨地过渡电阻的测试结果及变化趋势等，综合判断监测区段钢轨对地绝缘的状况，给地铁的运营维护提供有效的依据。技术方案如下：

一种杂散电流综合监测系统，包括轨地绝缘监测屏、站级监测装置、轨地绝缘测量传感器、参比电极；

(1)所述轨地绝缘监测屏包括监测计算机、智能保护测控装置和主回路电路；

所述主回路电路包括依次串联在回流轨与地网之间的双极常开直流接触器KM1、RC阻容保护单元、大功率电流信号调制装置DXH、分流器FL及双极常开直流接触器KM2；所述RC阻容保护单元两端还并联有压敏电阻RV及IGBT；所述大功率电流信号调制装置DXH与走行轨连接，用于进行钢轨对地过渡电阻测量时向钢轨与地之间注入实验电流，且其具有通信接口，通过通信接口与智能保护测控装置通信；

所述智能保护测控装置用于检测电流注入点处钢轨对地的轨地电压，钢轨与地之间注入的试验电流，还用于控制大功率信号调制装置DXH、直流接触器及IGBT实现试验操作；并具有过电压保护、过电流保护、电压闭锁及定值管理功能；

所述监测计算机与智能保护测控装置、站级监测装置通信；并在测试完成后，读取所有测量数据，计算各测量小段的轨地过渡电阻并描绘轨地过渡电阻曲线与泄漏电流曲线，通过曲线自动定位轨地绝缘薄弱的区段；

(2)所述轨地绝缘测量传感器安装在走行轨沿线各测试点处，测量每个测量分区的极化电位及安装点处的钢轨对地电位，用于测算泄漏电流；并将测量数据传送给站级监测装置；

(3)所述站级监测装置通过通信总线与轨地绝缘测量传感器实现通信，实时采集测量分区内的极化电位、钢轨对地电位和钢轨电流，对数据进行A/D转换、存储和统计，并将本站的测量数据传送到轨地绝缘监测屏，供轨地监测屏对各测量区间的数据进行分析计算；

(4)参比电极连接到每一个轨地绝缘测量传感器上。

进一步的，还包括车位传感器，轨地绝缘测量传感器与车位传感器通信，进行车位检测与计数。

更进一步的，还包括同步采样单元，同步采样单元包括：电压前端滤波电路、电压采样电路和电压上升捕捉电路；

所述电压前端滤波电路将外部输入的轨地电压VRAIL滤波后输出轨地电压DY，轨地电压DY作为与基准电压比较的外部输入电压输入到电压上升捕捉电路，并作为采样电压输入到电压采样电路；

所述电压采样电路将滤波后的轨地电压DY的幅值转变为0-3.3V之间的电压AI1，并将其送入CPU进行采样变为数字量；

电压上升捕捉电路比较轨地电压DY和基准电压的大小，当轨地电压高于基准电压时，输出低电平，反之为高电平，该电平接入CPU的引脚，当CPU检测到该引脚的电平为低电平时，延时一段时间，将此时的电压信号作为同步数据进行记录。

更进一步的，所述电压前端滤波电路中，三个分压电阻R28、R29、R30对外部输入轨地电压VRAIL分压，保护二极管T1和第一级滤波电容C17并联于分压电阻R29两端，再经由电阻R33与电容C20，以及电阻R34与电容C21组成2级RC滤波电路滤除外部干扰后，输出轨地电压DY。

更进一步的，所述电压采样电路包括运算放大器U7A和运算放大器U7B；轨地电压DY通过电阻R13输入到运算放大器U7A的同相输入端，算放大器U7A的输出端通过电阻R32连接到其自身的反相输入端，同时通过电阻R36连接到运算放大器U7B的反相输入端；运算放大器U7B的同相输入端通过电阻R38和R40接地，电阻R39一端连接到电阻R38和R40之间，另一端连接+2.5V电源；运算放大器U7B的输出端通过电阻R37连接到其自身的反相输入端，同时输出电压AI1，且AI1＝(R39/R40)*2.5V+DY。

所述电压上升捕捉电路包括运算放大器U10A和运算放大器U10B；轨地电压DY输入到运算放大器U10A的同相输入端，运算放大器U10A的输入端连接到其自身的反相输入端，同时通过电阻R7连接到运算放大器U10B反相输入端，由拨码开关设置的基准电压输入到运算放大器U10B的同相输入端，运算放大器U10B的输入端通过电阻R14连接到其自身的同相输入端，同时根据外部输入轨地电压与基准电压的高低，输出高电平或低电平。

本发明的有益效果是：

1)本发明测试系统测试方法简单，监测数据多样，自动化程度高，可完成测试区间的数据测量、收集及对比分析，测试效率相比于以往的方式大大提高、测试结果更加准确、测试结论更明确、指导意义增强；

2)本发明测试系统测试采用高精度采样模块，数据准确，测试区间划分明确，除了计算各区段的过渡电阻外，还对个测试区段的轨地过渡电阻、泄漏电流、极化电位、钢轨电位进行了纵向(同一范围不同时间段的数据曲线)和横向的曲线(同一时间段不同测试范围)曲线分析，便于准确定位轨地绝缘薄弱的区段，同时也有利于研究线路中轨地绝缘的变化规律；

3)本发明测试系统集成化程度高，自动监测极化电位、钢轨电位、钢轨对地过渡电阻，钢轨泄漏电流等；系统自动测试并记录，测试效率高；多维度进行测量，极化电位与钢轨电位间接反映杂散电流的泄漏情况，钢轨过渡电阻与钢轨对地泄漏电流直接反映钢轨对地的绝缘状态，大量数据的综合分析，确保数据准确有效，大大节约了测试成本。此外多次测量后，测试系统可自动形成丰富的数据库，对研究轨地绝缘的影响因素及变化规律提供科学有效数学模型，有利于提高地铁运营的智慧化程度并降低其维护成本。

附图说明

图1为传统杂散电流检测系统示意图。

图2为钢轨纵向电阻测试原理图。

图3为钢轨对地绝缘电阻测试原理图。

图4为本发明轨地绝缘监测屏主回路电路图。

图5为本发明轨地过渡电阻监测系统结构图

图6为轨地过渡电阻测试流程图。

图7为测量信号分布图。

图8为同步采样单元工作流程图。

图9为同步采样单元的电路原理图：(a)电压前端滤波电路；(b)电压采样电路；(c)电压上升捕捉电路。

图10为网络示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图6所示，本发明的杂散电流综合监测系统主要由轨地绝缘监测屏、站级监测装置、测量传感器、参比电极、车位传感器等组成，是具有极化电位实时监测、钢轨电位的持续监测、钢轨对地过渡电阻的自动测量、统计及分析等功能的自动化监测系统。

1、轨地绝缘监测屏

轨地绝缘监测屏由监测计算机、大功率信号调制装置、智能保护测控装置、直流接触器及IGBT等组成，实现轨地过渡电阻测量信号的输出、信号采集、数据运算、统计分析等功能。

轨地绝缘监测屏主回路电路图如图4所示。KM为双极常开直流接触器，IGBT为绝缘栅双极型晶体管，RC为阻容保护单元，RV为压敏电阻，DXH为大功率电流信号调制装置，FL为分流器，用于检测主回路电流。主回路电路包括依次串联在回流轨与地网之间的双极常开直流接触器KM1、RC阻容保护单元、大功率电流信号调制装置DXH、分流器FL及双极常开直流接触器KM2；所述RC阻容保护单元两端还并联有压敏电阻RV及IGBT；所述大功率电流信号调制装置DXH与走行轨连接，用于进行钢轨对地过渡电阻测量时向钢轨与地之间注入实验电流，且其具有通信接口，通过通信接口与智能保护测控装置通信。

为确保不影响车辆正常运行及测试数据的准确性，启动测试流程时，先进行测试可行性判断。先检测对应区间的所有传感器测量的轨地电压(电压绝对值＜5V，可设定)和当前时间(时间段02：00—03:30，时间段可设定)，同时满足则可进行测试，否则不能进行注流实验,即接触器KM不能合闸，同时弹出警告提示框。DXH为大功率电流信号调制装置，可根据实际需求调节输出电流的大小，FL为分流器，用于检测主回路电流。

KM为双极常开直流接触器，IGBT为绝缘栅双极型晶体管，在主电路中都作为开关使用。该装置是安装于变电所，与接触轨固定连接的设备，为确保设备本身及行车安全，在正常运营时段及钢轨带电状态下要确保设备主电路电流信号源处于断开状态。主回路电路中用机械开关KM与电子开关IGBT作为双重保险，防止因设备投入或退出时故障引发影响运营及人员安全等问题，确保设备使用的过程中安全、可靠！

(1)监测计算机

所述监测计算机与智能保护测控装置、站级监测装置通信；并在测试完成后，读取所有测量数据，计算各测量小段的轨地过渡电阻并描绘轨地过渡电阻曲线与泄漏电流曲线，通过曲线自动定位轨地绝缘薄弱的区段。

1)采用工业控制计算机配置监测系统软件及数据库软件，采用友好的中文图形人机界面。

2)监测计算机与智能保护测控装置、站级监测装置采用以太网通信方式，预留与杂散电流微机管理系统或地铁综合监控系统的远程通信接口。

3)采用智能算法通过软件实现干扰数据过滤及数据纠正功能。

4)监测计算机可输出完整的检测报告，报告内容包括但不限于检测时间、检测单位、检测人员、检测项目、标准范围、检测结果等。

5)系统可设定以“车站-车站”为测量分区或以“牵引所-牵引所”为测量分区，所有测量结果存储于地铁全生命周期的数据库，可查询全线或每个测量分区的轨地过渡电阻测量结果及其趋势图。

6)系统具有检测数据备份、导入导出功能，数据存储期限可满足地铁线路全生命周期分析需要。

7)应用软件应具有在线或离线升级功能。

(2)大功率电流信号调制装置

1)装置具有通信接口与智能保护测控装置实现通信功能。

2)装置可自动杂散电流综合监测系统输出≤60V、≤200A试验电流，试验电流号纹波小于0.1Ap-p。

3)装置应具有完善的软硬件抗干扰措施；装置具有过电压保护、过电流保护功能，重新上电后装置可自恢复。

4)装置应具有手动及远程控制信号功能，具有输出电压、电流显示功能。

(3)智能保护测控装置

1)装置具有轨地电压、试验电流测量功能，遥信状态采集功能。

所述智能保护测控装置用于检测电流注入点处钢轨对地的轨地电压，钢轨与地之间注入的试验电流，还用于控制大功率信号调制装置DXH、直流接触器及IGBT实现试验操作；并具有过电压保护、过电流保护、电压闭锁及定值管理功能。

进行钢轨对地过渡电阻测量时，需在钢轨与地之间注入实验电流，智能保护测控装置测的轨地电压是电流注入点处钢轨对地的电压，实验电流即钢轨与地之间注入的试验电流(由大功率信号调制装置DXH提供)。

2)装置可控制大功率信号调制装置、直流接触器及IGBT实现试验操作功能。

3)装置具有过电压保护、过电流保护及电压闭锁功能，具有定值管理功能。

4)装置可杂散电流综合监测系统试验信号，与测量传感器共同实现测量数据同期功能。

5)装置在直流电源消失时，时钟、信号、定值、故障数据均不丢失。

6)装置具有远程控制及信号远传功能。

7)装置具有全汉化液晶显示屏及操作键盘，信息显示人性化，操作方便。

(4)其他

1)测控屏保护等级IP4X，外形尺寸不大于600mm×800mm×2360mm，柜体表面应采取可靠的防腐措施，外形尺寸及表面具体色标在设计联络时确定。

2)直流接触器额定电流不小于200A，仅在地铁停运时充许试验操作。

3)装置内应设有温控及散热措施，设有辅助照明。

2、站级监测装置

站级监测装置通过通信总线与轨地绝缘测量传感器实现通信，实时采集监测分区内的钢轨对地电位、钢轨电流，对数据进行A/D转换、存储、统计及远传。本装置设置触摸式液晶屏人机界面，同时显示各监测点的监测值，也可显示定点的监测值和统计值。站级监测装置可与杂散电流监测装置合并设置。

(1)该装置的技术要求如下：

输入通道：满足同时采样48个传感器监测数据；

测量误差：≤±0.5％；

数据存储：该装置可存储1年统计数据；

传输速率：≮5000bit/s；

通信方式：与传感器：CAN总线；

与轨地绝缘测控屏：以太网；

与变电所综合自动化系统：RS485或以太网，MODBUS通信规约；

辅助电源：AC/DC220V±10％；

防护等级：IP4X。

3、轨地绝缘测量传感器

轨地绝缘测量传感器主要完成每个测量分区的钢轨对地电位及其泄漏电流测量，安装在沿线各测试点处。测量每个测量分区的极化电位及安装点处的钢轨对地电位，用于测算泄漏电流；并将测量数据传送给站级监测装置。传感器采用嵌入式微处理器，具有测量、通信等功能。传感器取样模拟信号后，经数据转换变成数字信号，由通讯接口输出。

传感器的主要技术指标与功能：

测量范围：钢轨对地电位-200V～+200V；

钢轨电流-100A～+100A、-3000A～+3000A自适应；

耐受能力：钢轨对地电位采集输入2000V/250ms；

钢轨电流采集输入80kA/250ms；

车位检测：与车位传感器通信，进行车位检测与计数；

测量精度：±0.5％；

传输距离：与监测装置通信距离5公里；

与测试端子10m；

运算：装置通过解调测量信号运算得到测量结果并实现数据同期；

存储：装置失电时会自动保存测量数值；

报警：装置异常时，面板告警灯亮；

通讯方式：采用CAN总线连接；

防护等级：IP65；

工作电源：AC220V/DC24V；

设备尺寸(长×宽×高)190mm×91.5mm×290mm；

安装地点：隧道壁装。

测试原理及测量信号分布图如图7所示。

系统以“车站-车站”或“牵引所-牵引所”为检测分区，每个分区不大于4km。按分区在车站轨行区设置“测量传感器”采集测量信号。

绝缘检测传感器信号：由现场总线→站级智能监测装置→综合监测柜。由检测计算机运算得到杂散电流和轨地过渡电阻监测结果，输出监测报告、曲线，并进行数据存储、统计以及全周期趋势分析。

测量传感器具有车辆计数、极化电位、轨地电压、轨条电流的测量功能。

其中，车辆计数统计、极化电位测量、钢轨电位测量均为实时监测(即全天24小时连续不间断监测)，钢轨对地过渡电阻监测，在设定时段(需要在钢轨与地之间注入大电流，为不影响正常运营，需在非运营时段进行测量)进行，均可进行软件配置后自动运行，无需人工干预。

传感器测量数据的准确性，对整个系统的分析计算起到非常关键的作用。地铁环境电磁干扰强，背景噪声较大且变化无规律，而测量信号又相对较小，为确保每次采样数据是同一时刻注入电流产生的结果，需做到采样数据的同步性。这种办法可以极大的减小环境干扰采样数据的影响。对于测量结果，同时也可以采用多次测量取平均值的方法减小环境干扰带来的影响。

本实施例通过同步采样单元来实现采样的同步性，同步采样单元的工作过程如图8所示。

比较轨地电压的幅值，通过拨码开关设置电压基准值，当轨地电压高于该基准值时，电压比较电路的输出为低电平，反之为高电平，该电平直接接入CPU的引脚，当CPU检测到该引脚的电平为低电平时，延时100ms，将此时的电压信号作为同步数据进行记录。

同步采样单元包括：电压前端滤波电路、电压采样电路和电压上升捕捉电路。所述电压前端滤波电路将外部输入的轨地电压VRAIL滤波后输出轨地电压DY，轨地电压DY作为与基准电压比较的外部输入电压输入到电压上升捕捉电路，并作为采样电压输入到电压采样电路；所述电压采样电路将滤波后的轨地电压DY的幅值转变为0-3.3V之间的电压AI1，并将其送入CPU进行采样变为数字量；电压上升捕捉电路比较轨地电压DY和基准电压的大小，当轨地电压高于基准电压时，输出低电平，反之为高电平，该电平接入CPU的引脚，当CPU检测到该引脚的电平为低电平时，延时一段时间，将此时的电压信号作为同步数据进行记录。

如图9(a)所示的电压前端滤波电路，VRAIL电压为外部输入轨地电压，通过R28、R29、R30三个电阻进行分压，T1作为保护二极管防止轨地电压过高烧坏内部电路，C17作为第一级滤波电容，后经R33与C20以及R34与C21组成的2级RC滤波电路，将外部干扰滤除，此时的电压为DY，此电压作为与基准值比较的外部输入电压以及采样电压输入后续电路。

具体的，所述电压前端滤波电路中，三个分压电阻R28、R29、R30对外部输入轨地电压VRAIL分压，保护二极管T1和第一级滤波电容C17并联于分压电阻R29两端，再经由电阻R33与电容C20，以及电阻R34与电容C21组成2级RC滤波电路滤除外部干扰后，输出轨地电压DY。

如图9(b)所示的电压采样电路，经滤波后的轨地电压DY经过运算放大器U7A所构成的射随器与外部隔离后，经过由电阻R36、R37、R39、R38、R40以及运算放大器U7B所组成的加法器，将轨地电压的幅值变为0-3.3V之间的电压，然后送入CPU进行采样变为数字量。

具体的，所述电压采样电路包括运算放大器U7A和运算放大器U7B；轨地电压DY通过电阻R13输入到运算放大器U7A的同相输入端，算放大器U7A的输出端通过电阻R32连接到其自身的反相输入端，同时通过电阻R36连接到运算放大器U7B的反相输入端；运算放大器U7B的同相输入端通过电阻R38和R40接地，电阻R39一端连接到电阻R38和R40之间，另一端连接+2.5V电源；运算放大器U7B的输出端通过电阻R37连接到其自身的反相输入端，同时输出电压AI1，且AI1＝(R39/R40)*2.5V+DY。

如图9(c)所示的电压采样电路，经滤波后的轨地电压DY经过运算放大器U10A构成的跟随器与外部隔离后，再经过运算放大器U10B组成的比较器，若U10B引脚6的电压(UGD)高于U10B引脚5(USET)的电压，即外部输入轨地电压高于基准电压，则运算放大器U10B引脚7电压TOCPU为低电平，反之，TOCPU电压为高电平。

具体的，所述电压上升捕捉电路包括运算放大器U10A和运算放大器U10B；轨地电压DY输入到运算放大器U10A的同相输入端，运算放大器U10A的输入端连接到其自身的反相输入端，同时通过电阻R7连接到运算放大器U10B反相输入端，由拨码开关设置的基准电压输入到运算放大器U10B的同相输入端，运算放大器U10B的输入端通过电阻R14连接到其自身的同相输入端，同时根据外部输入轨地电压与基准电压的高低，输出高电平或低电平

轨地过渡电阻测量原理如下：

1)测量区间一的距离L1(以测试区间左侧检测传感器到右侧传感器之间距离计算)。

2)测量区间一泄漏电流I＝Ig1-Ig2(该区段的泄漏电流＝流入该区段的电流Ig1-流出该区段的电流Ig2)。

3)测量区间平均轨地电压U＝(Ug1+Ug2+Ug3+Ug4)/4(该区段的平均电压＝该测量区间4个传感器处的轨地电压之和取平均值)

4)测量区间一轨地过渡电导(I/U)*(1/L)

5)测量区间一轨地过渡电阻(U/I)*L

测量传感器将测量数据传送给监测装置，监测装置通过4G网络(或者网线、光纤均可)将本站的测量数据传送给绝缘监测屏，监测屏对个测量区间的数据进行分析计算。其通信网络示意图如图10所示。

轨地过渡电阻测试过程：

第一步：在监测计算机上配置好测试相关参数(比如注入电压、注入电流)，并选择测试区域(默认选择注流点相邻两个区域，也可勾选相关区域)；

第二步：点击后台程序上的“一键测试”按钮，以启动一键测试。

第三步：启动测试流程，进行测试可行性判断。先检测对应区间的所有传感器测量的轨地电压(电压绝对值＜5V，可设定)和当前时间(时间段02：00—03:30，时间段可设定)，同时满足则可进行测试，否则弹出警告提示框。

第四步：开始测试，后台程序发送控制命令，遥控保护测控装置进行测量。

测试完成后大电流信号调制装置退出测试系统，计算机读取本次测量的所有数据，计算各测量小段的轨地过渡电阻并描绘轨地过渡电阻曲线与泄漏电流曲线，软件通过曲线自动定位轨地绝缘薄弱的区段。因轨地过渡电阻会随着运行环境等因素的变化而变化，所以每隔一段时间需要重复测量各区段的过渡电阻及绝缘情况，待下一次测量完成后，计算机读取当次测量的相关数据，除了计算当次的测量数据及曲线外，还会根据测量里程与测试时间将测试数据自动归类，形成该测试小段的历史数据库，并形成不同时间段该测试小段及整个测试范围过渡电阻的变化情况，便于专业人员对该区域轨地绝缘工况及相关设施设备的管理与维护。

本发明杂散电流综合检测系统能够监测参比电极与结构钢筋的极化电位，通过停运及正常运行的极化电位变化量与基准值比较，自动判定监测点杂散电流的泄漏情况。

具有轨地过渡电阻自动监测功能，实现钢轨对地过渡电阻的自动测量，具有测量准确，操作简单，可靠性高，易于维护等特点。可以已设置专门的时间段进行自动测量，不仅可以得到本次及本区段的测试结果，还可以通过大量的数据的对比分析，绘制测试区段的轨地过渡电阻及泄漏电流纵向(同一范围不同时间段的数据曲线)和横向的曲线(同一时间段不同测试范围)，分析过渡电阻及泄漏电流的变化趋势，及时发现轨道绝缘薄弱的区段，为运营维护提供有效的指导意见。

杂散电流综合检测系统持续监测钢轨电位，根据监测的平均值与系统记录的基准值相比较，如果平均钢轨电位发生变化，就意味着钢轨对地电导有改变，杂散电流增大。

杂散电流综合检测系统预留与钢轨电位限制装置、排流柜的通讯接口，可以读取钢轨电位限制装置、排流柜的状态，也可以根据实际需求建立软、硬件闭锁关系，结合工作日、周末、排流柜状态、轨电位装置状态、行车密度等多种工况下的监测数据，自动分类、对比分析。

Claims

1.一种杂散电流综合监测系统，其特征在于，包括轨地绝缘监测屏、站级监测装置、轨地绝缘测量传感器、参比电极；

所述智能保护测控装置用于检测电流注入点处钢轨对地的轨地电压，钢轨与地之间注入的试验电流，还用于控制大功率信号调制装置DXH、直流接触器及IGBT实现试验操作；

并具有过电压保护、过电流保护、电压闭锁及定值管理功能；

(4)参比电极连接到每一个轨地绝缘测量传感器上；

还包括同步采样单元，同步采样单元包括：电压前端滤波电路、电压采样电路和电压上升捕捉电路；

2.根据权利要求1所述的杂散电流综合监测系统，其特征在于，还包括车位传感器，轨地绝缘测量传感器与车位传感器通信，进行车位检测与计数。

3.根据权利要求1所述的杂散电流综合监测系统，其特征在于，所述电压前端滤波电路中，三个分压电阻R28、R29、R30对外部输入轨地电压VRAIL分压，保护二极管T1和第一级滤波电容C17并联于分压电阻R29两端，再经由电阻R33与电容C20，以及电阻R34与电容C21组成2级RC滤波电路滤除外部干扰后，输出轨地电压DY。

4.根据权利要求1所述的杂散电流综合监测系统，其特征在于，所述电压采样电路包括运算放大器U7A和运算放大器U7B；轨地电压DY通过电阻R13输入到运算放大器U7A的同相输入端，算放大器U7A的输出端通过电阻R32连接到其自身的反相输入端，同时通过电阻R36连接到运算放大器U7B的反相输入端；运算放大器U7B的同相输入端通过电阻R38和R40接地，电阻R39一端连接到电阻R38和R40之间，另一端连接+2.5V电源；运算放大器U7B的输出端通过电阻R37连接到其自身的反相输入端，同时输出电压AI1，且AI1＝(R39/R40)*2.5V+DY。

5.根据权利要求1所述的杂散电流综合监测系统，其特征在于，所述电压上升捕捉电路包括运算放大器U10A和运算放大器U10B；轨地电压DY输入到运算放大器U10A的同相输入端，运算放大器U10A的输入端连接到其自身的反相输入端，同时通过电阻R7连接到运算放大器U10B反相输入端，由拨码开关设置的基准电压输入到运算放大器U10B的同相输入端，运算放大器U10B的输入端通过电阻R14连接到其自身的同相输入端，同时根据外部输入轨地电压与基准电压的高低，输出高电平或低电平。