杂散电流监测防护系统讲稿.ppt

杂散电流监测防护系统杂散电流监测防护系统1 引言引言 在城市地铁和轻轨等轨道交通运输系统中，一般采用在城市地铁和轻轨等轨道交通运输系统中，一般采用直流牵引，走行轨回流，因此，不可避免会有电流从直流牵引，走行轨回流，因此，不可避免会有电流从走行轨泄入大地，对地下或地面的金属构件如结构钢走行轨泄入大地，对地下或地面的金属构件如结构钢筋、地下管线等产生严重的腐蚀。筋、地下管线等产生严重的腐蚀。腐蚀不仅造成大量的金属损失，更为严重的是，可能腐蚀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性和突发性，一旦发生事故，往往会造成灾难性的后果，因此，对杂散电流防护必须给予足够的重视。果，因此，对杂散电流防护必须给予足够的重视。所做工作北京和利时公司长北京和利时公司长期从期从事城市轨道杂事城市轨道杂散电流的研究、监散电流的研究、监测工作，在杂散电流的危害、机理、监测、防治等方面测工作，在杂散电流的危害、机理、监测、防治等方面积累了大量经积累了大量经验。验。作为主要起草人，参与制定作为主要起草人，参与制定了城市轨道交通相了城市轨道交通相关关的行的行业业标准。标准。杂散电流测试方法和装置杂散电流测试方法和装置在城市轨道交通行在城市轨道交通行业得到广泛业得到广泛应用。应用。所做工作1999年开始年开始与北京地铁公与北京地铁公司在地铁杂散电流防护方面进司在地铁杂散电流防护方面进行了科研行了科研，研，研发了杂散电流监测系统，应用发了杂散电流监测系统，应用在北京地在北京地铁铁13号号线。线。2001年，年，开发研制开发研制了了PM326-A排流控制器、排流控制器、PM321-A型型地铁杂散电流地铁杂散电流监测装置，监测装置，通过通过了北京市了北京市科委的科技科委的科技成果鉴定，并获得了国家专成果鉴定，并获得了国家专利。利。目前已应用在广州、武汉、深圳目前已应用在广州、武汉、深圳、大、大连连、北、北京等城市轨京等城市轨道交通工程。道交通工程。2 危害危害在地铁（或轻轨）等直流电气化轨道运输系统中以轨道作为回流导体，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，从轨道流到轨枕和道床及地下钢轨金属设施中去，这部分电流，就是杂散电流（迷流）。杂散电流示意图杂散电流所经过的路径可概括为两个串联的腐蚀电池，即杂散电流所经过的路径可概括为两个串联的腐蚀电池，即电池电池：A钢轨（阳极区）钢轨（阳极区）B道床道床C排流网（阴极区）排流网（阴极区）电池电池：D排流网（阳极区）排流网（阳极区）E道床道床F钢轨（阴极区）钢轨（阴极区）2-1杂散电流腐蚀金属杂散电流腐蚀金属 杂散电流对地铁或轻轨隧道结构钢筋及地下钢铁金属设施，产生严重的腐蚀。杂散电流引起的腐蚀比自然腐蚀要剧烈得多。杂散电流引起的腐蚀与钢铁在电解质中发生的自然腐蚀不同，杂散电流腐蚀是由于外部电源泄漏的电流作用而引起的结果，而自然腐蚀的电流是自发进行的，且杂散电流在数值上要比自然腐蚀的电流大几十倍，甚至上千倍。腐蚀强度大，危害大。范围广，随机性强。腐蚀激烈，腐蚀集中于局部位置，当有防腐层时，往往集中于防腐层的缺陷部位。根据法拉第电解定律，每1安培的杂散电流，每年可腐蚀钢铁金属9.11kg。排流网是杂散电流的良好通道，在回电点附近，杂散电流从排流网的结构钢中流出。排流网的结构钢因失去电子，而带正电，铁离子与水蒸气中的硫酸根离子作用而变成硫酸盐，因而被腐蚀。地铁隧道或轻轨基础为混凝土结构，排流网总的钢筋有杂散电流流出时，钢筋的电位将发生正向偏移（阳极极化）。阳极电流（流出的杂散电流）和阳极电位变化的规律，阳极极化曲线如图2所示。阳极极化曲线阳极极化曲线我国的CJJ49-92行业标准：地铁杂散电流腐蚀防护技术规程第3.0.5条中规定：对于主体混凝土结构的钢筋极化电压的正向偏移值不得大于0.5V，这一条作为防腐蚀的标准。排流网结构钢筋的极化电位时可以测试出来的，如图3所示。参比电极的本体电位参比电极的本体电位结构钢极化电位测量原理图结构钢极化电位测量原理图在排流网与轨道之间的水泥基础上装设参比电极，则可测出V1与V2，V=V1-V2即为排流网结构钢筋与水泥基础间的电位差（极化电位）。2-2杂散电流破坏混凝土结构杂散电流破坏混凝土结构杂散电流通过混凝土时对混凝土本身并不产生影响。但如果有钢筋存在，则钢筋起汇集电流的作用并把电流引导到排流点。在杂散电流由混凝土进入钢筋之处，钢筋呈阴极。如果阴极析氢且氢气不能从混凝土逸出，就会形成等静压力，使钢筋与混凝土脱开。在电流离开钢筋的部位，钢筋呈阳极发生腐蚀并形成腐蚀产物Fe(OH)2、Fe2O3.2xH2O（红锈）、Fe3O4（黑锈）等。腐蚀产物在阳极处的堆积会以机械作用排挤混凝土而使之开裂。根据研究，红锈的体积可大到原来钢筋体积的4倍，黑锈体积可大到原来的2倍。铁锈的形成，使钢筋体积膨胀，进而对周围混凝土产生压力，使混凝土内部形成拉应力。由于混凝土的抗拉强度很低，一般只有0.88MPa1.5MPa，使混凝土沿钢筋方向开裂。2-3杂散电流腐蚀埋地管线杂散电流腐蚀埋地管线 地铁系统附近的埋地管线主要有自来水管线、石油管线、蒸汽管线、煤气管线、等公共事业管线以及各种电缆管等。埋地管线容易集积杂散电流，故易受腐蚀，在设计和建造地铁时不考虑此问题会产生极其严重的后果。我国东北石油管道系统，穿越某直流电气化铁路，埋地三年就发生了腐蚀穿孔，腐蚀速度达到2.02.5mm/年；上海有一向虹桥机场输油的石油管道，穿越上海地铁1号线，已经发生了腐蚀。2-4杂散电流造成人身触电杂散电流造成人身触电 地铁轨道为长轨，是由多节轨道焊接而成，因此轨道接缝电阻值较大，而使轨道与结构钢之间的电位差增加，如果轨道接缝处开焊，轨道接缝电阻更大，这使轨道与结构钢之间的电位差更高。如图4所示，在站台上，地铁乘客手脚之间的电位差为V，当这个电位差很高时，人就有死亡的危险。德国标准VDE0115规定：这个电位差不得超过92V。监测轨道对结构钢筋的电位变化，就可以监测轨道纵向电阻值的变化，也就可以监测走行轨回流的情况。2-5杂散电流烧毁排流设备杂散电流烧毁排流设备 轨道与轨枕之间有绝缘相隔，如果由于某种原因，绝缘物损坏，轨道与排流网短路，这时将有非常大的杂散电流，通过排流网、排流柜，流回牵引变流所，排流柜中的核心元件排流二极管的容量有限，一般通流能力不超过200A，因此过大的杂散电流可能烧毁排流柜。如果排流柜设置熔断器保护，会造成排流支路的中断，在最需要排流的时候，排流柜起不到应有的作用。2-6杂散电流对通信的影响杂散电流对通信的影响 杂散电流除腐蚀地下管线外，杂散电流使通信导线与附近大地形成电位差，会在接地的通信设备机架上形成高电位，影响通信，甚至危及设备和人员的安全。3杂散电流危害防护的方法杂散电流危害防护的方法 地铁（或轻轨）工程是大型的重点工程，必须贯彻“百年大计、质量第一”的方针，所以做好地铁杂散电流防护是保证地铁工程质量相当重要的一环。对杂散电流防护的原则，应该：“以防为主，以排为辅，加强监测，防止外泄”。3-1改进轨道交通系统改进轨道交通系统减小回流轨的电阻增加回流轨的截面积为回流提供一个连续的电气通路 减小变电所之间的距离 增加泄漏路径对地电阻增加轨道对地电阻 正线轨道的分段处理 车辆段的轨道的绝缘隔离 3-2改进轨道交通系统附近的改进轨道交通系统附近的地下金属结构地下金属结构在轨道附近的新建结构要仔细选择位置 避免电缆与管线和其它结构接触 管线和电缆的金属铠装要绝缘 对结构使用绝缘涂层 使受腐蚀影响的结构相互连接并与地铁的回流电路相连3-3 其他措施其他措施控制钢轨电压恒定，使漏泄电流减至最小。按照其所控制钢轨电压恒定，使漏泄电流减至最小。按照其所在处钢轨对地电压的高低把负馈电线的电压恰当地叠在处钢轨对地电压的高低把负馈电线的电压恰当地叠加到钢轨上，使钢轨电压各处相同，从而消除钢轨与加到钢轨上，使钢轨电压各处相同，从而消除钢轨与大地间的电位差。大地间的电位差。通过向埋地电极施加支流偏压来吸收钢轨对地漏泄电通过向埋地电极施加支流偏压来吸收钢轨对地漏泄电流。在有道岔、铁路桥梁、隧洞或路基状况不良而容流。在有道岔、铁路桥梁、隧洞或路基状况不良而容易产尘漏泄电流之处的附近埋设电极，在电极与钢轨易产尘漏泄电流之处的附近埋设电极，在电极与钢轨间设置支流电源。适当调节电源的电压和极性，可使间设置支流电源。适当调节电源的电压和极性，可使该部位的漏泄电路基本上完全被电极吸收或由电极排该部位的漏泄电路基本上完全被电极吸收或由电极排出，从而大幅度地减少流经埋地结构物中的杂散电流，出，从而大幅度地减少流经埋地结构物中的杂散电流，显著减轻其腐蚀。显著减轻其腐蚀。杂散电流分布的一般规律杂散电流分布的一般规律1）当列车运行在区间中间位置时轨道电压为正的最大值，此时也对应着杂散电流出现最大值。在回流点处轨道电压为负的最大值，此处的排流网处于阳极区，是杂散电流腐蚀最严重的区域。2）轨道电压随列车牵引电流增加而增加，而且增幅较大，列车处的轨道电压为最大值。尽管随着列车牵引电流的增加，杂散电流也增加，但增加幅度不大。3）随着轨道纵向电阻的增加，轨道电压大幅增加，杂散电流在最初轨道纵向电阻值较小时增加不明显，但随着轨道纵向电阻值的增加，杂散电流增幅速度越来越快。4）轨地过渡电阻对杂散电流的分布影响最大，过渡电阻越小，杂散电流越大。过渡电阻大于15km时，杂散电流可以忽略；过渡电阻大于3km时，杂散电流变化很小；过渡电阻3km时，杂散电流变化剧烈；过渡电阻1km后，杂散电流漏泄严重，必须采取有效措施进行处理。5）排流网电阻对轨道电压和杂散电流的影响很小，工程设计上做混凝土结构钢筋的截面计算时，主要考虑土建专业对混凝土强度的要求。6）供电区间距离增大，轨道电压和杂散电流均增加，增幅也较大，尽可能的缩短供电区间距离，对减小杂散电流有重要的意义。结论结论通过对杂散电流分布规律的研究发现，对杂散电流分布影响较大的参数是列车牵引电流、轨地过渡电阻、轨道纵向电阻和供电区间距离，在城市轨道交通建设和运营时应该采取有效措施，尽可能的增大轨地过渡电阻并减小列车牵引电流、轨道纵向电阻和供电区间距离。CJJ4992地铁杂散电流腐蚀防护技术规程对于杂散电流的要求有下面几条规定：1）地铁轨道泄漏出来的杂散电流，能否引起隧洞结构钢筋的腐蚀，以杂散电流引起结构钢筋极化电压偏移值来确定，因此，规程第3.0.5条规定：隧洞结构的外表面，受杂散电流腐蚀危害的控制指标是由漏泄电流引起的结构电压偏离其自然电位数值。对于钢筋混凝土质地铁主体结构的钢筋，上述极化电压的正向偏移平均值不应超过0.5V。行业标准对地铁杂散电流的要求行业标准对地铁杂散电流的要求 2）轨道与结构钢筋间的过渡电阻值是考察轨道绝缘的重要参数。规程第4.2.1条规定：兼用作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），对于新建线路不应小于15km，对于运行线路不应小于3km。行业标准对地铁杂散电流的要求行业标准对地铁杂散电流的要求3）地铁轨道与站台间（钢轨与结构钢间）有时会出现异常电压，为了保护乘客和铁路员工的安全，VDE0115标准规定，钢轨与结构钢间的电位差（接触电压）不得超过92V。4）规程第6.2.3条规定：监测点测量线的截面面积不应小于2.5mm2，长度不宜超过10m，并应具有工频2kV以上的绝缘耐压水平。行业标准对地铁杂散电流的要求行业标准对地铁杂散电流的要求 5）规程第6.2.4条规定：在需要进行遥测杂散电流参数的情况下，应在车站上设置监测室，敷设必要的遥测线路。6）规程第6.2.5条车站测量室内应具备符合现场测试要求的试验场地，测量专用电源、接地极和专用仪表等。行业标准对地铁杂散电流的要求行业标准对地铁杂散电流的要求4监测内容及原理监测内容及原理4-1结构钢极化电压正向偏移平均值结构钢极化电压正向偏移平均值4-2钢轨对结构钢的电压值钢轨对结构钢的电压值4-3轨道对结构钢的过渡电阻值轨道对结构钢的过渡电阻值4-4参比电极的自然本体电位参比电极的自然本体电位4-5钢轨纵向电阻钢轨纵向电阻4-1 结构钢极化电压正向偏移平均值结构钢极化电压正向偏移平均值地地铁铁轨轨道道漏漏出出来来的的杂杂散散电电流流能能否否引引起起隧隧道道洞洞结结构构钢钢筋筋的的腐腐蚀蚀，以以杂杂散散电电流流引引起起结结构构钢钢筋筋的的极极化化电电位位偏移值来确定。偏移值来确定。在在CJJ49-92地地铁铁杂杂散散电电流流腐腐蚀蚀防防护护技技术术规规程程中中的的3、0、5条条规规定定；对对于于钢钢筋筋混混凝凝土土地地铁铁主主体体结结构构的的钢钢筋筋，极极化化电电压压30分分钟钟内内的的正正向向偏偏移移平平均均值值不不得得超超过过0.5V，这一条是作为设计地铁监测系统的依据。，这一条是作为设计地铁监测系统的依据。4-2钢轨对结构钢的电压值钢轨对结构钢的电压值地地铁铁轨轨道道与与站站台台间间（钢钢轨轨与与结结构构钢钢）有有时时出出现现异异常常电电压压，为为了了保保护护乘乘客客和和铁铁路路员员工工的的安安全全，免免遭遭钢钢轨轨与与结结构构钢钢间间接接触触电电压压的的伤伤害害，根根据据德德国国标标准准VDE0115第第一一部部分分（6/82）所所规规定定：轨轨道道与与结结构构钢钢间间的的电电位位差差（接接触电压）不得超过触电压）不得超过92V。根据钢轨对结构钢的电压值，可了解钢轨的运行状态，根据钢轨对结构钢的电压值，可了解钢轨的运行状态，判断钢轨有无裂隙。判断钢轨有无裂隙。4-3轨道对结构钢的过渡电阻值轨道对结构钢的过渡电阻值轨道与结构钢之间的过渡电阻是考察轨道绝缘的一个轨道与结构钢之间的过渡电阻是考察轨道绝缘的一个很重要的参数。很重要的参数。CJJ49-92地铁杂散电流腐蚀防护技术规程地铁杂散电流腐蚀防护技术规程中的中的4、1、1条规定：地铁走行轨与隧道主体结构钢之间的过条规定：地铁走行轨与隧道主体结构钢之间的过渡电阻不应小于渡电阻不应小于15欧欧 公里，监测系统要能每天监测公里，监测系统要能每天监测这个数据，以保证地铁安全运行。这个数据，以保证地铁安全运行。4-4参比电极的自然本体电位参比电极的自然本体电位参比电极的本体电位需要及时修正，以提高结构钢极参比电极的本体电位需要及时修正，以提高结构钢极化电位的测量精度，因此每天列车停运时，需要测量化电位的测量精度，因此每天列车停运时，需要测量结构钢对参比电极的自然本体电位。结构钢对参比电极的自然本体电位。4-5钢轨纵向电阻钢轨纵向电阻钢轨纵向电阻的大小直接影响着回流的大小和杂散电流的分布，了解钢轨纵向电阻的大小，对判断钢轨有无裂缝，杂散电流的大小和分布情况有重要的参考依据。5杂散电流测量的基本原理 5-1结构钢筋极化电位和参比电极本体电位的测量结构钢筋极化电位和参比电极本体电位的测量利用结构钢筋与参比电极的端子，传感器可测出结构钢的极化电位。测量原理如下，架线停电时，机车停止运行，电位差V1为参比电极的自然本体电位。当电机车运行时，电位差为V1V2。计算出结构钢的极化电位V1（V1V2）V2，即为结构钢的极化电位。根据规程，V2的半小时正向偏移平均值不得超过500mV。5-2轨道与结构钢间的电位差轨道与结构钢间的电位差为了保证地铁乘客与职工的人身安全，要监测轨道与结构钢的接触电压。5-3供电区间过渡电阻的测量供电区间过渡电阻的测量供电区间过渡电阻可以间接反应杂散电流的供电区间分布情况。过渡电阻值是不能直接测量的，可通过排流柜传送过来的排流电压、排流电流值及电机车负荷端传感器传送过来的轨道与排流网的电位差V。原理图如图6所示。过渡电阻测量原理过渡电阻测量原理6 现有的监测方案现有的监测方案 利用排流柜进行监测利用排流柜进行监测分散式杂散电流监测分散式杂散电流监测集中式杂散电流监测集中式杂散电流监测分布式杂散电流监测分布式杂散电流监测6-1 利用排流柜进行监测利用排流柜进行监测排流柜安装在牵引变电所内，所采集的数据是回流点处的数据。判据不合理：回流点钢筋极化电位小于0.5V，并不能确保两牵引变电所间所有结构钢筋极化电位均小于0.5V；同样，若回电点极化电位大于0.5V(超过CJJ49-92标准规定要求)，也并不表示两牵引变电所间的极化电位均超过0.5V。功能单一：只能反映回流点的杂散电流情况，不能反映全线路的杂散电流分布情况及危害程度6-2分散式杂散电流监测分散式杂散电流监测天津地铁一号线、南京地铁一号线均采用了分散式杂散电流监测模式，该系统由参考电极、信号盒、信号测量电缆、测试箱、综合测试装置和微机管理系统组成。CJJ49-92CJJ49-92第第6.2.26.2.2条规定：监测点测量导线的截面条规定：监测点测量导线的截面积不应小于积不应小于2.5mm22.5mm2，长度不宜超过，长度不宜超过10m10m。因此，利用该方法监测，轨道交通沿线必须敷设因此，利用该方法监测，轨道交通沿线必须敷设大量的电缆，这样不仅荷载增加大量的电缆，这样不仅荷载增加 (对高架区段对高架区段 )，而且有碍美观，造成不必要的浪费。，而且有碍美观，造成不必要的浪费。更值得引起重视的是，其模拟量传输距离太长，更值得引起重视的是，其模拟量传输距离太长，远远超过规程规定的要求，有碍精确数据的采集，远远超过规程规定的要求，有碍精确数据的采集，给杂散电流防护系统的日常维护带来不便给杂散电流防护系统的日常维护带来不便6-3集中式杂散电流监测集中式杂散电流监测广州地铁、武汉轻轨、深圳地铁、上海明珠线北延伸等均采用了集中式杂散电流监测模式，该系统由参考电极、传感器、信号转接器、监测装置、微机管理系统组成。集中式杂散电流监测系统智能化程度较高，所测集中式杂散电流监测系统智能化程度较高，所测数据精确度也较高。数据精确度也较高。但扩展性差，监测范围受通信距离的限制最远只但扩展性差，监测范围受通信距离的限制最远只能达到能达到2020公里，根据目前地铁发展情况看，远远公里，根据目前地铁发展情况看，远远不能达到要求，并且在地铁线延伸时，无法进行不能达到要求，并且在地铁线延伸时，无法进行系统的扩展。系统的扩展。例如武汉轻轨延伸时，杂散电流一期的监测系统例如武汉轻轨延伸时，杂散电流一期的监测系统在不改造情况下，不能进一步在原有系统上扩展。在不改造情况下，不能进一步在原有系统上扩展。另外由于所有通信网络专用，造价高昂。另外由于所有通信网络专用，造价高昂。6-4分布式杂散电流监测分布式杂散电流监测 上海轨道交通9号线、北京地铁1、2号线采用了分布式杂散电流监测模式，该系统由传感器、监测装置、微机管理系统组成。7监测点设置原则监测点设置原则 地铁杂散电流防护系统的设计原则以保证监地铁杂散电流防护系统的设计原则以保证监测点设置合理、数据测量准确、通信实时可靠为测点设置合理、数据测量准确、通信实时可靠为原则进行设计。原则进行设计。监测点监测点/传感器传感器/参比电极设置原则：参比电极设置原则：回流点附近，站台两侧，重大建筑物附近。回流点附近，站台两侧，重大建筑物附近。每个监测点设置参比电极和传感器。每个监测点设置参比电极和传感器。监测装置的布置原则：监测装置的布置原则：监测装置放置在供电区间的牵引变电所，可监测装置放置在供电区间的牵引变电所，可单独组柜，或集成于单独组柜，或集成于CPCP屏、排流柜。屏、排流柜。监测系统上位机的布置原则：监测系统上位机的布置原则：放置在主控室或纳入电力监控系统。排流柜的布置原则：排流柜的布置原则：排流柜放置在供电区间的牵引变电所。单向导通装置的布置原则单向导通装置的布置原则:地上与地下钢轨之间设置绝缘结处。过江隧道两端设置绝缘结处。高架桥两端设置绝缘结处。车辆段钢轨与正线钢轨设置绝缘结处。8DZJ-3型分布式型分布式杂散电流监测防护系统杂散电流监测防护系统8-1主要特点主要特点1.分区监测，系统扩展性好，通信距离长，不需要信号转接器分区监测，系统扩展性好，通信距离长，不需要信号转接器2.所有设备均通过电磁抗干扰试验所有设备均通过电磁抗干扰试验3.监测装置采用工控机开发，功能强大，可集成于排流柜监测装置采用工控机开发，功能强大，可集成于排流柜4.传感器测量精度高、量程宽，所有监测数据以数字量上传传感器测量精度高、量程宽，所有监测数据以数字量上传5.接口类型丰富，通信协议支持多种类型接口类型丰富，通信协议支持多种类型6.软件功能丰富，具备数据分析和预测建议功能软件功能丰富，具备数据分析和预测建议功能7.数据存储量大，报表、打印、趋势图快捷直观数据存储量大，报表、打印、趋势图快捷直观8.自动排流，过流时能自动调节排流量，不中断排流自动排流，过流时能自动调节排流量，不中断排流9.单导具有消弧功能单导具有消弧功能10.定期售后服务，对数据进行分析处理，提供运营建议定期售后服务，对数据进行分析处理，提供运营建议监测系统接入监测系统接入SCADA示意图示意图监测装置接口监测装置接口对对SCADA：采用以太网，：采用以太网，TCP/IP通信规约通信规约或或RS-485，MODBUS通信规约通信规约对排流柜：对排流柜：RS-485接口，接口，485通信规约通信规约对传感器：对传感器：RS-485接口，接口，485/CAN总线。总线。对单向导通装置：对单向导通装置：RS-485接口，接口，485通信规约通信规约传感器接口传感器接口系统构成系统构成DZJ-3型杂散电流自动监测系统由传感器、监测装置、排流柜、监控主机四部分组成，实现对地铁运行期间有关杂散电流的相关参数进行自动监测并实时上报，并存储运行监测数据。管理软件具有专家分析功能，当出现参数异常时，自动发出报警或预警信息，保障城市轨道交通的安全可靠运行。主要设备传感器主要进行各种模拟量的采集与处理。监测装置与SCADA接口，借用SCADA通信通道，把数据上传监控主机。监测装置对区间内的监测数据进行存储、分析和处理，在运行界面显示，并控制排流。控制中心监控主机对全线杂散电流数据进行分析和处理，利用SCADA通信通道把数据集中。杂散电流自动监测系统采用分级组网通信方式，可保证通信传输距离不受影响。杂散电流监测系统构成原理杂散电流监测系统构成原理北京地铁北京地铁1号线号线8-28-2主要功能主要功能 测量功能：测量功能：1)1)实时监测钢轨对道床、隧道结构钢的电压。实时监测钢轨对道床、隧道结构钢的电压。2)2)实时监测结构钢对参比电极的电位。实时监测结构钢对参比电极的电位。3)3)参比电极的自然本体电位。参比电极的自然本体电位。4)4)实时监测钢轨纵向电阻。实时监测钢轨纵向电阻。5)5)实时测量轨实时测量轨-地过渡电阻。地过渡电阻。分析计算功能：分析计算功能：1)1)钢轨对结构钢电压分布情况；钢轨对结构钢电压分布情况；2)2)区间钢轨纵向电阻区间钢轨纵向电阻 3)3)结构钢对参比电极的极化电位变化情况；结构钢对参比电极的极化电位变化情况；4)4)供电区间过渡电阻；供电区间过渡电阻；5)5)本体电位，定时校正。本体电位，定时校正。报警功能：报警功能：1)1)设备故障报警；设备故障报警；2)2)通信故障报警；通信故障报警；3)3)超限报警：超限报警：参比电极本体电位超限；参比电极本体电位超限；结构钢极化电位超限；结构钢极化电位超限；钢轨钢轨-结构钢电压超限。结构钢电压超限。其他功能：其他功能：1 1）年、月、日趋势图；）年、月、日趋势图；2 2）数据存储、查询、报表；）数据存储、查询、报表；3 3）系统配置管理、操作人员权限管理；）系统配置管理、操作人员权限管理；4 4）帮助系统。）帮助系统。8-3.1 设备性能指标设备性能指标 DZC-3型传感器型传感器主要功能：实时采集钢轨对结构钢的电位（接触电压）；实时采集结构钢对参比电极的电位（极化电位）；计算接触电压的半小时最大值；计算极化电位的半小时平均值。与监测装置进行通信，接收命令，上传数据。主要特点主要特点测量精度高；采用高性能低漂移芯片、双极性测量精度高；采用高性能低漂移芯片、双极性高分辨率高分辨率A/D转换器设计变换电路，整体测量转换器设计变换电路，整体测量精度可达到精度可达到0.5%。测量速度快；为适应列车运行时被监测信号快测量速度快；为适应列车运行时被监测信号快速变化的特点，采用高速转换器件，最小测速变化的特点，采用高速转换器件，最小测量间隔可达到微秒级。量间隔可达到微秒级。抗干扰能力强；硬件电路设置电源、输入信号、抗干扰能力强；硬件电路设置电源、输入信号、输出等多级抗干扰环节，并采用超大规模集输出等多级抗干扰环节，并采用超大规模集成电路芯片，软硬件结合提高装置抗干扰能成电路芯片，软硬件结合提高装置抗干扰能力。力。工业级现场总线网络；通信速率高，可达到工业级现场总线网络；通信速率高，可达到5kbps以上，通信误码率不大于以上，通信误码率不大于10-6，采用，采用分级组网通信方式，通信距离远。分级组网通信方式，通信距离远。安装维护方便；采用快速接线，设有整定开安装维护方便；采用快速接线，设有整定开关，安装维护方便，关，安装维护方便，可实现在线下载程序更新，便于系统升级。可实现在线下载程序更新，便于系统升级。主要主要技术参数技术参数测量范围：测量范围：参比电极结构钢筋：参比电极结构钢筋：-2V+2VDC；牵引钢轨结构钢筋：牵引钢轨结构钢筋：-200V200VDC；供电区间过渡电阻：供电区间过渡电阻：0100km。测量精度：测量精度：0.5%0.5%。通信参数通信参数通信方式：现场总线；通信方式：现场总线；通信速率：通信速率：5kbps；通信距离：点对点通信距离：点对点5km；通信误码率：通信误码率：10-6。电源参数电源参数电源输入：电源输入：AC220V22V，50Hz；功功率：率：20W。机械参数机械参数外部尺寸（长外部尺寸（长宽宽高）高）mm：44024080；重重量：量：3kg；防护等级：防护等级：IP54。8.3.2 DZJ-3型监测装置型监测装置DZJ-3型监测装置与传感器通信。每个监测装置型监测装置与传感器通信。每个监测装置最多可连接最多可连接64个传感器，将采集到的数据本地保个传感器，将采集到的数据本地保存，并通过存，并通过SCADA通信通道上传到杂散电流监控通信通道上传到杂散电流监控主机。主机。监测装置采用工控机开发，液晶显示，配有键盘、监测装置采用工控机开发，液晶显示，配有键盘、鼠标，采用鼠标，采用WINDOWS操作系统，可实现全面的操作系统，可实现全面的人机对话功能。人机对话功能。监测装置配置监测装置配置显示屏：显示屏：6”LCD（32位真彩位真彩12801024）CPU：P4-2.0G以上；以上；硬盘容量硬盘容量40G以上；以上；光驱：光驱：48速速CDRW；操作系统：操作系统：Windows2000或或XP中文工作平台；中文工作平台；鼠标：光电鼠标。鼠标：光电鼠标。监测装置功能实时数据显示和历史数据组合查询；实时数据显示和历史数据组合查询；监测参数的趋势分析图和生成报表；监测参数的趋势分析图和生成报表；与排流柜通信，可实现排流控制；与排流柜通信，可实现排流控制；与与SCADA通信，上传数据和报警信息；通信，上传数据和报警信息；软件具有设备配置管理、操作人员权限管理和帮助软件具有设备配置管理、操作人员权限管理和帮助系统等功能。系统等功能。上位计算机系统上位计算机系统 监测软件采用高级语言编写，通用监测软件采用高级语言编写，通用Windows界面，界面，友好直观，操作方便。历史数据可保存十年以上，友好直观，操作方便。历史数据可保存十年以上，可进行召唤查询和实时打印，自动生成报表。管可进行召唤查询和实时打印，自动生成报表。管理软件功能强大，可以满足通用性和特殊性要求。理软件功能强大，可以满足通用性和特殊性要求。（3）在线）在线UPS一台；一台；（4）PCL745B一块；一块；（5）监测软件一套。）监测软件一套。上位机主要功能上位机主要功能1）自动采集参比电极自然本体电位，监测点极化电位和接触电压，计算30分钟极化电位平均值和接触电压极大值，计算供电区间过渡电阻，超限报警和自动排流，SOE，故障报警。2）系统管理与维护3）历史数据查询4）报表和曲线5）在线帮助9 排流柜排流柜排流柜采用极性排流的原理，即只有当埋地结构钢相排流柜采用极性排流的原理，即只有当埋地结构钢相对于钢轨的电位为正时，才有电流通过，从而减少杂对于钢轨的电位为正时，才有电流通过，从而减少杂散电流的腐蚀。散电流的腐蚀。主回路的主体为一硅二极管，另配以保护和检测电路，主回路的主体为一硅二极管，另配以保护和检测电路，排流柜的控制由一单片机控制系统来控制，可以采集排流柜的控制由一单片机控制系统来控制，可以采集排流柜的工作电压和工作电流以及主回路的故障状态，排流柜的工作电压和工作电流以及主回路的故障状态，通过通过RS485接口远传到杂散电流自动监测系统的上位接口远传到杂散电流自动监测系统的上位机中，在控制室可实时观察排流柜的工作情况机中，在控制室可实时观察排流柜的工作情况本本设备设备与监测系统配套使用，也可独立使用。与监测系统配套使用，也可独立使用。排流状态：欠排流与过排流。排流状态：欠排流与过排流。欠排流状态时，易产生腐蚀。欠排流状态时，易产生腐蚀。过排流状态时，在电机车负荷端，排流网与过排流状态时，在电机车负荷端，排流网与轨道的电位特性曲线上移，造成钢轨电位轨道的电位特性曲线上移，造成钢轨电位升高，带来安全问题。升高，带来安全问题。排流应控制在一个合理的范围。排流应控制在一个合理的范围。固定限流电阻的排流柜，不是欠排流，就是过排固定限流电阻的排流柜，不是欠排流，就是过排流，起不到防止腐蚀，防护排流网和隧道结构钢流，起不到防止腐蚀，防护排流网和隧道结构钢的作用，因此我们研制了能够自动排流的排流柜，的作用，因此我们研制了能够自动排流的排流柜，限流电阻是可变的，能够自动调节。限流电阻是可变的，能够自动调节。微机控制系统由电流变送器、电压变送器、保护微机控制系统由电流变送器、电压变送器、保护电路、状态监视电路和开关量变送电路、控制调电路、状态监视电路和开关量变送电路、控制调节电路等构成，根据监测装置给出的排流策略计节电路等构成，根据监测装置给出的排流策略计算出恰当排流的调节量，进行防护控制。避免过算出恰当排流的调节量，进行防护控制。避免过排流和欠排流状态。排流和欠排流状态。排流柜安装在牵引变电所内，电气联接在排流网排流柜安装在牵引变电所内，电气联接在排流网端子和整流器负极母排。其核心部件是排流二极端子和整流器负极母排。其核心部件是排流二极管，使杂散电流从排流网端子单方向回流。管，使杂散电流从排流网端子单方向回流。排流电流大小可自动调节。在小于每路最大排流排流电流大小可自动调节。在小于每路最大排流电流值时，排流柜正常排流；当杂散电流超过排电流值时，排流柜正常排流；当杂散电流超过排流二极管的容量时，不切断排流回路，通过智能流二极管的容量时，不切断排流回路，通过智能控制装置控制每条支路的排流量，并报警至控制装置控制每条支路的排流量，并报警至SCADA系统。系统。特点特点 装置设有特制限流装置，保证长期安全运行。装置设有特制限流装置，保证长期安全运行。采用专业均流技术，器件均流可达采用专业均流技术，器件均流可达90%以上；以上；二极管散热体为挤压铝型材，外表面经发黑处理二极管散热体为挤压铝型材，外表面经发黑处理以增加其辐射散热能力；以增加其辐射散热能力；为防止凝露对设备的损害，装置内部设置专用电为防止凝露对设备的损害，装置内部设置专用电加热器，若产生凝露，可通过加热去除；加热器，若产生凝露，可通过加热去除；具有故障自动报警功能，方便维护。具有故障自动报警功能，方便维护。设有数显表头，可随时了解每一支路运行状况。设有数显表头，可随时了解每一支路运行状况。提供提供RS485通信接口。通信接口。参数参数 1、设备型号：、设备型号：KDPL2、系统电压：、系统电压：1500V3、系统最高工作电压：、系统最高工作电压：1800V4、额定电流：、额定电流：80A-200A5、二极管均流系数：、二极管均流系数：0.97、防护等级：、防护等级：IP408、重量：、重量：600kg9、外形尺寸：、外形尺寸：800mm600mm2260mm(宽宽深深高高)控制原理控制原理10 单向导通装置单向导通装置 单向导通装置主要应用在采用钢轨作为牵引回流单向导通装置主要应用在采用钢轨作为牵引回流通路的地铁通路的地铁(轻轨轻轨)系统中，并接于轨道设置的绝缘系统中，并接于轨道设置的绝缘结处，用于连接绝缘接头两端的钢轨，使钢轨中结处，用于连接绝缘接头两端的钢轨，使钢轨中电流只流向一个方向，而在另一个方向截止。电流只流向一个方向，而在另一个方向截止。目的是当回流电流向地下泄漏形成杂散电流时可目的是当回流电流向地下泄漏形成杂散电流时可以缩小杂散电流影响的范围，从而减小杂散电流以缩小杂散电流影响的范围，从而减小杂散电流对结构钢筋的腐蚀。对结构钢筋的腐蚀。装置配有自动消弧装置，用于防止列车再生制动装置配有自动消弧装置，用于防止列车再生制动运行时，绝缘结处可能产生电弧而烧损钢轨。同运行时，绝缘结处可能产生电弧而烧损钢轨。同时限制单向导通装置附近钢轨电位升高，以保证时限制单向导通装置附近钢轨电位升高，以保证钢轨附近工作人员的安全。钢轨附近工作人员的安全。在地铁(轻轨)轨道系统中，一些特殊地段，如车场、车辆段、隧道、高架桥等特殊地段的轨道上，由于轨道对地过渡电阻降低，电力牵引时，地铁正线流过的牵引电流大，车场线路的钢轨与正线钢轨相连接，因此，在钢轨网的阳极区，杂散电流可以从正线经车场泄漏至大地，造成严重的杂散电流泄漏，为了限制杂散电流的腐蚀，需要设置绝缘接头，目的是为了将地铁轨道隔开，尽量减小杂散电流并缩小杂散电流影响的范围，从而减小杂散电流对结构钢筋的腐蚀。当列车在采用绝缘接头的车场、车辆段、隧道、高架桥等特殊地段的轨道上运行时，要保证机车回流电流正常流向变电所；而列车在车场、车辆段、隧道、高架桥等特殊地段以外的钢轨部位运行时，不允许列车的回流电流流过这些特殊地段，从而减小杂散电流对这些特殊地段结构钢筋的腐蚀。由于在这些特殊地段，电流是单方向流动的，因此，在这些钢轨部位的绝缘结处，必须并接一个二极管以保证这些特殊地段钢轨中的电流只流向一个方向，而在另一个方向截止。然而，当列车快速通过绝缘结时，由于电流的突变，有可能使绝缘结两端产生一个电位差，发生打火烧毁轨道的现象，对于列车行驶也是很不安全的，因此，需要采取措施解决这一问题。通过对绝缘结处进行实际观察，发现一般都是列车车轮离开绝缘结时，产生强烈的电弧而烧损轨道。地铁列车电流的流动路径是变电所接触网列车受电弓列车列车车轮轨道变电所，列车车轮与轨道的接触是机械接触，在通过绝缘结时，由于绝缘结在电气上是断开的，而单向导通装置的反向是截止的，列车在通过过江隧道等特殊地段时，有时会发生车速大于正常行驶速度，此时列车处于再生制动状态。当列车后轮通过绝缘结时，有可能出现电流断流和突然减少等现象，从而使轨道绝缘结两端产生电势差。如果电路中电压大于1012V，且电流大于80100mA，分开的触头之间就会产生电弧。地下、地上钢轨之间加绝缘结，当钢轨之间隔离后，为保证有机车运行时钢轨回流电流的正常流动，在有绝缘结的钢轨部位两端，并联一个单向导通装置，使钢轨中电流只流向一个方向，而在另一个方向截止。单向导通装置的安装方式有两种：地下和地面地下和地面/车辆段和正线隔离示意图车辆段和正线隔离示意图单向导通装置的正极接地下段钢轨，负极接地面段钢轨，单向导通装置的正极接地下段钢轨，负极接地面段钢轨，当列车在地面正线运行时，不允许列车电流回流至地下段。当列车在地面正线运行时，不允许列车电流回流至地下段。车辆段和正线的隔离原理类似。车辆段和正线的隔离原理类似。1地面段地下段水下隧道内钢轨隔离防护示意图水下隧道内钢轨隔离防护示意图在江水之下的隧道沉管区段，单向导通装置的正极接隧道在江水之下的隧道沉管区段，单向导通装置