杂散电流监测系统含排流柜单向导通装置技术规格书.doc

杂散电流监测系统（含排流柜）、单向导通装置技术规格书
（一）杂散电流监测系统（含排流柜）
1. 合用范围
本技术规定合用于重庆轨道交通一号线朝沙段杂散电流监测系统，并作为投标方制定投标技术文献和供货设备的技术依据。
2. 环境条件
1）环境温度： -5°C～+44.5°C
2）污秽等级： 重污区
3）相对湿度： 日平均： 95%
月平均： 90%
有凝露发生
4）海拔高度： £1000m
5）雷电日： 60D/年
6）地震烈度： 7度
3. 供货规格型号
序号
名称
规格型号
备注
1
排流柜
FM302

2
参比电极
MHC

3
传感器
FM301A

4
信号转接器
FM301Z

5
监测装置
FM305

6
管理软件

4. 采用标准（但不限于此）
地铁杂散电流自动监测系统有关设备所涉及的产品标准、规范；工程标准、规范；验收标准、规范等完全满足所有中华人民共和国的条例及规范，涉及：
《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》 CJJ49-92
《低压电器外壳防护等级》 GB4942.2-85
《电工电子产品基本环境实验规程》 GB2423-81
《电磁兼容 实验和测量技术》 GB/T 17626
《煤矿通信、检查、控制用电工电子产品基本实验方法》 MT 210
《交流电气装置的接地》 DL/T621-1997
《地铁设计规范》 GB50157-2023
《地铁直流牵引供电系统》 GB10411-89
5. 系统构成
本工程杂散电流监测系统采用车站（变电所）监测和控制中心集中监测二级监测系统。
杂散电流监测装置通过变电所内通信网络与电力监控系统接口，并将解决和记录后的数据传至监控中心。
杂散电流监测系统由参比电极、整体道床测防端子、地下结构测防端子、测量线、传感器、通信电缆、信号转接器、监测装置组成。
6. 系统功能
杂散电流监测装置的输入端与从沿线各传感器引入的通信电缆连接，通过各监测点传感器实时采集监测分区内的结构钢筋的极化电位，参比电极自然本体电位，并对数据进行A/D转换，计算、存贮、记录并通过变电所内通信网络，将记录结果传送到变电所自动化系统，本监测系统具有以下几种功能：
6.1 通信功能
每个供电区间内的监测装置定期向传感器发出数据采集命令，数据按指定的格式上传到监测装置。
监测装置与SCADA通信天天上传的数据是：
(1) 监测点参比电极本体电位值。
(2) 监测点极化电位实时值、正向偏移电位平均值。
(3) 监测点30分钟极化电位正向偏移超标值、接触电压平均值。
6.2 测量功能
(1) 实时监测道床结构钢筋的极化电位。
(2) 实时监测隧道结构钢筋的极化电位。
(3) 机车停止运营时，参比电极的自然本体电位。
6.3 计算功能。
根据计算极化电位的数学模型计算出30分钟监测点的极化电位正向偏移平均值。
6.4 显示功能
(1) 就地显示道床结构钢筋的极化电位。
(2) 就地显示隧洞结构钢筋的极化电位。
(3) 机车停止运营时显示参比电极的自然本体电位。
6.5 报警功能
设备故障报警。
6.6 分析功能：
(1) 结构钢极化电位瞬时变化
(2) 结构钢极化电位小时平均值变化
(3) 参比电极本体电位变化趋势
(4) 趋势分析图：年、月、日
(5) 分析报表
6.7 其他功能：
(1) 上位机的查询功能
(2) 上位机的帮助系统
(3) 上位机的打印功能
(4) 上位机的设备配置管理
(5) 上位机的操作人员权限管理
(6) 上位机的系统信息
7. 系统监测内容
地铁杂散电流自动防护系统实时测量和计算以下2类参数：结构钢的极化电压瞬时值与30分钟平均值、参比电极的本体电位。
7.1 结构钢筋极化电压正向偏移平均值
对于钢筋混凝土地铁主体结构的钢筋，极化电压30分钟内的正向偏移平均值超过500毫伏，进行报警。
7.2 参比电极的本体电位
参比电极用于测量结构钢的极化电位。
8. 系统各部分技术指标
8.1 排流柜
(1) 采用标准
u 《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》 LJJ49—92
u 《地铁设计规范》 GB50157—2023
u 《低压电气标准》 IEC947—3
u 《低压直流成套开关设备标准》 JB／T-8456
u 《低压电器外壳防护等级》 GB4942．2—85
u 《电气保护继电器》 IEC60255
u 《电工电子产品基本环境实验规程》 GB2423—81
u 《交流电气装置的接地》 DL／T621-1997
u 《普通整流管》 GB4939—85
u 《整流二极管测试方法》 GB4023—83
u 《半导体变流器基本规定的规定》 GB3859.1-93
u 《半导体变流器》 IEC60146
u 《普通整流管》 GB/T4939-1985
u 《电磁兼容》 GB9245-1998
(2) 重要技术指标
排流柜重要技术指标如下：
u 规格：-2/200
u 回路数量：2路
u 额定工作电压：DC1500V
u 最高工作电压：DC1800V
u 二极管支路工作电流：200A
u 总母排允许通过的最小连续电流：800A
u 主回路：5KV 1分钟
u 辅助回路：2KV 1分钟
u 内部保护：快速熔断器；压敏电阻和RC回路。
u 进线方式： 下进线方式
u 出线方式： 下出线方式
(3) 排流柜应用原理和工作原理
1) 应用原理
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，排流柜由排流柜控制装置（单片机控制系统）来控制。排流柜可以采集工作电压和工作电流以及主回路的故障状态，可以远程投切排流支路，可以通过RS485接口以MODBUS协议远传到变电所综合自动化系统的上位机中，可以在面板上操作各排流支路的启停，可以在面板上显示工作电压、电流、回路状态。
2) 工作原理
排流柜的一路排流工作原理图如图所示：

直流接触器-Cz用于将控制排流支路的投切，R、C 回路用于克制主回路通断时产生的尖峰脉冲。运用硅二极管的单向导通性能阻止从负母线到排流网的逆向排流，快速熔断器Fu用于在出现短路过载时对排流柜及柜内元器件的保护。
电流传感器M用于检测排流回路中的电流，当实际电流高于或低于排流柜设定的额定电流时，通过排流控制器控制IGBT的导通角，以达成额定排流的目的。
电阻R1、R2和IGBT构成了排流支路的电阻调节电路，他保证了设备既处在可靠的安全的工作状态，又可以根据设备的排流能力，尽也许的将更多的杂散电流通过负母线回收。
(4) 结构规定
排流柜为户内安装的独立式金属柜，板材连接采用自固螺栓，便于维修。电缆为下进下出方式。
排流柜防护等级为IP20。柜体采用厚度不小于2mm优质钢板，表面静电喷涂。在柜体的前后下部开有进气孔，上下部开通。开门方式：前后开门。
排流柜内需考虑杂散电流监测装置的安装位置。
排流柜内设有照明灯，同时配备柜门连动开关，当柜门打开时，照明灯亮；柜门闭合，照明灯自动熄灭。
排流柜的面板装设有显示装置，可显示排流电压，排流电流，排流网的极化电位。
排流柜体尺寸(L×W×H)： 800mm×600mm×2200mm，重量不超过900kg；
柜体颜色待变电所设备柜颜色拟定后再确认。
(5) 实验
1) 型式实验项目：
耐压实验、动稳定实验、过电压保护的检查、保护和信号显示实验、外壳防护等级实验、外观检查。
所有型式实验项目都应符合有关标准，投标时需提供相应报告，报告的出示单位应具有国家规定的出具报告的资格。
2) 工厂实验项目：
耐压实验、过电压保护的检查、保护和信号显示实验、外观检查。
(6) 铭牌及标记
铭牌采用不锈钢材料制成，通过电喷解决，来进行防腐和保持永久清楚。其内容涉及：制造厂名称、型号和产品出厂编号、额定电压、额定电流、防护等级、标准号、出厂日期。
(7) 辅助回路供电
智能排流柜系统控制及照明所需供电电源：AC 220V±10%,700W。
8.2 参比电极
参比电极安装（埋设）在整体道床、地下结构侧墙，用于测试杂散电流引起隧道、整体道床内结构钢筋电位，从而反映结构钢筋的腐蚀情况。
u 参比电极类型 Mo/MoO3参比电极
u 电位稳定性 ≤±20mV
u 电极极化性 在极化电流密度＜5uA/cm2下电位波动＜30mV
u 电极使用年限 不小于2023
u 电极外壳 陶瓷外壳，抗压强度≥10Mpa
u 电极参考尺寸 Φ54×156mm
8.3 传感器
传感器重要完毕参比电极与道床及隧道侧壁结构钢筋电压信号的监测，每1秒钟对两个信号进行采样256次，30分钟作为一个时间单元，传感器进行以下工作：
结构钢极化电压的测量，要进行30分钟的平均值计算，每采样的参比电极与结构钢的电位差，减去参比电极的本体电位，按相应的数学模型，进行30分钟的平均值计算，最终结果为结构钢的极化电压值。完毕模拟信号数字化后进行远程运送隔30分钟，把信号电压，送入信号转接器内。
当接触轨停电后，传感器能自动接受监测装置发出的参比电极本体电位的校正信号，进行参比电极本体电位的自动校正。该传感器能自动辨认参比电极的好坏，当参比电极发生故障时，能自动发出参比电极故障信息。传感器安装后不影响行车安全。
(1) 技术指标如下：
1) 供电电压： AC 220V±10% ，功率<20W
2) 模拟输入信号：
A. 参比电极——道床结构钢筋 -2V——+2V.DC
B. 参比电极——隧道侧壁结构钢筋 -2V——+2V.DC
C. 钢轨—结构钢：-100~+100V
3) 测量精度： ≤±0.5%
4) 信号通信方式： CAN总线
5) 传输速率： 5000bit／S
6) 最大传输距离： 2km
7) 环境温度： -20℃——+65℃
8) 相对湿度： ≤90%
9) 具有很好的防潮防尘功能，防护等级为IP54。
(2) 功能特点
1) 测量精度高；采用高性能低漂移芯片、双极性高分辨率A/D转换器设计变换电路，整体测量精度达成0.5%。
2) 测量速度快；为适应列车运营时被监测信号快速变化的特点，采用高速转换器件，最小测量间隔可达成微秒级。
3) 抗干扰能力强；硬件电路设立电源、输入信号、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力。
4) 工业级现场总线网络；通信速率高，可达成5kbps以上，通信误码率不大于10-6，采用分级组网通信方式，通信距离远。
5) 安装维护方便；采用快速接线，设有整定开关。
6) 故障自诊断；设立有指示灯，可根据点亮或闪烁情况对传感器自身及通信状况进行判别，便于查找故障。
8.4 监测装置
(1) 重要用途
监测装置内置于排流柜内部，输入端与信号转接器通信电缆连接，输出端与SCADA进行通信。每个监测装置和本供电区间的信号转接器、传感器组成监测网络，收集传感器的监测数据，并完毕相应参数的计算。并可向上位计算机上传数据，并可以保存一个月的历史数据。装置设计有键盘整定功能，可实现全面的人机对话功能。
重要显示信息涉及：
1) 结构钢的极化电压瞬时值；
2) 结构钢的极化电压30分钟最大值；
3) 结构钢对参比电极的自然本体电位；
(2) 重要特点
1) 采用液晶显示，与键盘配合可方便显示和整定、查看。
2) 硬件电路采用通过特殊设计的高性能、高抗扰直流电源，设立有监视定期器，增强抗干扰功能；CPU采用高性能单片机，并选用FLASH器件，以减少器件数量，提高装置可靠性。
3) 程序设计采用了模块化结构，软件的模块化可以发挥软件开发和复制率高、灵活、一致性好和可靠性高的优点。
4) SCADA接口采用以太网电接口。
(3) 重要技术参数
1) 输入通道：满足同时采集16个监测点数据。
2) 触发方式：人工触发，信号触发或按一定期间段自动触发。
3) 采样频率：不小于每个监测点10次/秒。
4) 测量误差：0.5%
5) 数据存储：该装置可存储一个月采样数据。
6) 传输速率：9600bps
7) 通信方式：RS-485。
8) 辅助电源：220V±10%AC
9) 防护等级：IP40
8.5 管理软件
管理软件采用WINDOWS操作平台，汉字化界面菜单，软件与办公软件(0ffice2023或更高版本)兼容，数据可以直接导出至EXCEL文献，软件可以在线升级。历史数据可保存十年，可进行召唤查询和实时打印，自动生成报表。微机管理分操作人员管理，供电区间配置管理等多种设立，以实现通用性和满足特殊性规定。
9. 铭牌、标志、包装、运送、保存
每台传感器和监测装置必须在明显位置安装铭牌。铭牌上的各项标志内容必须永久保持清楚。铭牌内容如下：
u 制造厂名称
u 设备型号和名称
u 出厂序号和出厂日期
u 测量范围
u 通讯方式（如有）
u 防护等级
u 电源
u 外形尺寸
u 重量
（2）包装、运送、储存
A. 产品用塑料包装后装入包装箱内。
B. 设备本体、附件及随机文献(产品合格证和安装使用说明书)均包装入一个箱内。
C. 吊装单向导通装置时，必须同时吊钩柜体上部的四个吊环，谨慎小心，轻起轻落，以防损坏。
D. 产品运送用吊车或叉车，用吊车运送时须用钢丝兜住设备底部，以保证运送安全。
E. 装置运送过程中，不允许有强烈振动，不得倒置，应防雨、雪、尘。
F. 产品启封后假如不立即安装，须存放在安全的场合，假如长期存放应定期检查。
10. 实验
10.1 型式实验项目：
1) 耐压实验
2) 动稳定实验：此项目实验可以厂家提供的单只管子的实验报告为准。
3) 过电压保护的检查
4) 辅助装置检查
5) 保护和信号显示实验：保护信号装置发出信号的对的性。
6) 外壳防护等级实验
7) 外观检查
8) 所有型式实验项目都应符合有关标准，有关报告的出示单应具有国家规定的出具报告的资格。
10.2 工厂实验项目：
耐压实验、辅助装置检查、过电压保护的检查、保护和信号显示实验、外观检查。
11. 与变电所自动化的外部接口
11.1 接口
与SCADA接口采用以太网电接口。
11.1 供应商责任
1) 按变电所综合自动化提供的通信规约编制接口通信软件。
2) 提供各种事故、预告、测量数据内容及数量（涉及：性质、发生时间等）。
3) 接口端子排图。
4) 供应商应配合变电所综合自动化的工厂软件接口实验。
5) 负责接口安装、实验、调试。
6) 参与自动化供货商规定的相关系统调试。
7) 自动化供货商需要的其它资料和配合项目。

（二）单向导通装置
1. 合用范围
合用于重庆轨道交通一号线朝沙段马家岩车场正线与车场之间、停车列检库的单向导通装置。
2. 单向导通装置环境条件
1）环境温度： -5°C～+44.5°C
2）污秽等级： 重污区
3）相对湿度：
日平均： 95%
月平均： 90%
有凝露发生
4）海拔高度： £1000m
5）雷电日： 60D/年
6）地震烈度： 7度
3. 供货规格型号
单向导通装置:FM303。
4. 单向导通装置重要技术参数
额定电流
2800~3150A
正向平均电流（二极管支路）
2800A
绝缘电压
DC2023V ;
额定短路电流
50kA（30ms）
工频耐压
主回路5kV (1min); 辅助回路2 kV(1min)
防护等级
IP45
电缆接线端子
进线:（6´1´240 mm2）
出线:（6´1´240 mm2 )
参考外形尺寸（宽´深´高）（mm）
≤1400´1000´2023
其中：主体部分 1200´800´1950
防雨帽尺寸1400´1000´70
装置寿命
30年

5. 单向导通装置技术及性能规定
(4) 单向导通装置的主结线方式：

(5) 保护设立：装置中设有短路保护、阻容和压敏电阻过电压保护。并且装置具有在二极管支路出现短路和断路故障时发出信号的功能。
(6) 短路保护：单向导通装置由6个二极管支路并联组成，另带两个二极管随机备件，在每个支路均串联有参数与二极管相匹配的快速熔断器。当出现短路故障时，熔断器一方面熔断，保护二极管使其不受损坏。
(7) 过电压保护：装置中每一个二极管支路均并联有RC回路，其作用是为了克制在电力机车启动时也许产生的涌流。为了防止过电压，在每个二极管支路上并联了一个压敏电阻。当电压升高超过其阀值时，压敏电阻将二极管自动旁路，防止损坏二极管。当电压恢复到正常值后，压敏电阻恢复到正常状态。
(8) 信号显示：单向导通装置中的短路和断路故障通过保护信号装置发出信号由电流传送到附近的变电所信号盘。
(9) 短路故障信号：单向导通装置由多个并联的二极管支路组成，在每个支路均串有分流器用于检测各支路流过电流的情况。在正常情况下，流过各支路的电流基本上是相同的。当二极管回路短路，即二极管损坏缺失单向导通件后，由于逆向电流的存在，通过度流器测得的数据传送到保护信号装置，经其判断后发出短路信号。
(10) 断路故障信号为快速熔断器熔断及快速熔断器未熔断，而二极管故障导致断路，情况下发出断路信号。
(11) 单向导通装置的设计容量为额定容量的1.5倍，当装置中一或二个二极管支路发生断路故障时，单向导通装置可正常运营。
(12) 隔离开关技术规定
1）重要技术参数
额定电压：
DC1500V
最高工作电压：
DC2023V
工频耐受电压：
5kV（1min）
冲击耐受电压：
30kV
额定电流：
2800-3150A
短时耐受电流：
50kA(2s)
冲击耐受电流：
100kA(200ms)
2）操作机构：
a) 本开关为手动操作机构。
b) 操作机构带有辅助开关，辅助开关有三常开三常闭接点，以用来向远方传输开关位置状态并用于联锁。
c) 用手力机构操作时，当操作手柄长度为1000mm时，操作力不得大于300N。
(13) 放电间隙装置技术条件
1）概述
该装置并联在二极管支路两端，由放电间隙、旁路开关组成。当机车进行再生制动，绝缘结两端电压升到一定值时，放电间隙放电，提供一个电流通路，避免人身伤害事故的发生。
2）重要技术参数
a) 间隙绝缘等级： AC1000V
b) 间隙放电电压： <DC1000V
c) 间隙承受放电电流能力： 2800-3150A（0.25s）
d) 间隙承受放电电流次数： >100次
e) 旁路开关的合闸线圈通过200A时能可靠合闸，当保持线圈通过50A以下电流时能可靠分闸。
6. 单向导通装置设备结构规定
装置的外壳由不小于2mm厚的不锈钢板制成，并且具有一定的机械强度，适合户外安装，外壳防护等级为IP45，应考虑自然散热及满足额定电流负荷规定，接线端子应满足电流负荷规定及有适当的防腐蚀保护，单向导通装置安装在轨旁适当位置，由厂家提供安装方式及具体外壳色标，供设计确认后拟定。
7. 单向导通装置实验
实验有型式实验、出厂实验、验收实验，单向导通装置实验应按IEC60146相应规定进行，隔离开关实验按IEC60947相应规定进行，承包商必须提供型式实验报告，每台单向导通装置均应做出厂实验。
7.1 型式实验项目：
(1) 温升及额定电流实验：在室温40oC及额定电流下，二极管壳温不高于90℃，PN结温度不高于150℃。
(2) 耐压实验：
1) 主回路AC5kV（1min）；
2) 辅助回路AC2kV（1min）；
(3) 动稳定实验：此项目实验可以厂家提供的单只管子的实验报告为准。
(4) 均流实验
(5) 过电压保护的检查
(6) 辅助装置检查
(7) 保护和信号显示实验：检测快速熔断器、RC回路和压敏电阻的可靠性及保护信号装置发出信号的对的性。
(8) 外壳防护等级实验
(9) 外观检查。
(10) 所有型式实验项目都应符合有关标准，有关报告的出示单应具有国家规定的出具报告的资格。
7.2 工厂实验项目：
(1) 耐压实验：
1) 主回路AC5kV（1min）
2) 辅助回路AC2kV（1min）
(2) 均流实验
(3) 辅助装置检查
(4) 过电压保护的检查
(5) 保护和信号显示实验：检测快速熔断器、RC回路和压敏电阻的可靠性及保护信号装置发出信号的对的性。
(6) 裕度实验：在一只二极管损坏的情况下，装置应能正常工作。
(7) 外观检查。
7.3 柜内重要设备及元器件实验:
需提供满足相关国家标准及本项目规定的柜内二极管、隔离开关、放电间隙等实验报告。
7.4 现场交接实验
1) 外观检查
2) 绝缘实验
3) 二极管检查
4) 熔丝检查
8. 单向导通装置铭牌和标志、包装、运送、储存
8.1 铭牌、标志
铭牌内容如下。
u 制造厂名称
u 设备型号和名称
u 出厂序号和出厂日期
u 测量范围
u 通讯方式（如有）
u 防护等级
u 电源
u 外形尺寸
u 重量
8.2 包装、运送、储存
1) 产品用塑料包装后装入包装箱内。
2) 设备本体、附件及随机文献(产品合格证和安装使用说明书)均包装入一个箱内。
3) 吊装单向导通装置时，必须同时吊钩柜体上部的四个吊环，谨慎小心，轻起轻落，以防损坏。
4) 产品运送用吊车或叉车，用吊车运送时须用钢丝兜住设备底部，以保证运送安全。
5) 装置运送过程中，不允许有强烈振动，不得倒置，应防雨、雪、尘。
6) 产品启封后假如不立即安装，须存放在安全的场合，假如长期存放应定期检查。