雜散電流監(jiān)測防護(hù)系統(tǒng)講稿ppt課件

雜散電流監(jiān)測防護(hù)系統(tǒng),1引言,在城市地鐵和輕軌等軌道交通運輸系統(tǒng)中，一般采用直流牽引，走行軌回流，因此，不可避免會有電流從走行軌泄入大地，對地下或地面的金屬構(gòu)件如結(jié)構(gòu)鋼筋、地下管線等產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。腐蝕不僅造成大量的金屬損失，更為嚴(yán)重的是，可能造成結(jié)構(gòu)的破壞和其他系統(tǒng)的損害，由于腐蝕的隱蔽性和突發(fā)性，一旦發(fā)生事故，往往會造成災(zāi)難性的后果，因此，對雜散電流防護(hù)必須給予足夠的重視。,所做工作,北京和利時公司長期從事城市軌道雜散電流的研究、監(jiān)測工作，在雜散電流的危害、機(jī)理、監(jiān)測、防治等方面積累了大量經(jīng)驗。作為主要起草人，參與制定了城市軌道交通相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。雜散電流測試方法和裝置在城市軌道交通行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。,所做工作,1999年開始與北京地鐵公司在地鐵雜散電流防護(hù)方面進(jìn)行了科研，研發(fā)了雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用在北京地鐵13號線。2001年，開發(fā)研制了PM326-A排流控制器、PM321-A型地鐵雜散電流監(jiān)測裝置，通過了北京市科委的科技成果鑒定，并獲得了國家專利。目前已應(yīng)用在廣州、武漢、深圳、大連、北京等城市軌道交通工程。,2危害,在地鐵（或輕軌）等直流電氣化軌道運輸系統(tǒng)中以軌道作為回流導(dǎo)體，由于鋼軌不可能對地完全絕緣，而且回流軌存在電壓降，因而導(dǎo)致一部分負(fù)荷電流，從軌道流到軌枕和道床及地下鋼軌金屬設(shè)施中去，這部分電流，就是雜散電流（迷流）。,雜散電流示意圖,雜散電流所經(jīng)過的路徑可概括為兩個串聯(lián)的腐蝕電池，即電池：A鋼軌（陽極區(qū)）B道床C排流網(wǎng)（陰極區(qū)）電池：D排流網(wǎng)（陽極區(qū)）E道床F鋼軌（陰極區(qū)）,2-1雜散電流腐蝕金屬,雜散電流對地鐵或輕軌隧道結(jié)構(gòu)鋼筋及地下鋼鐵金屬設(shè)施，產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。雜散電流引起的腐蝕比自然腐蝕要劇烈得多。雜散電流引起的腐蝕與鋼鐵在電解質(zhì)中發(fā)生的自然腐蝕不同，雜散電流腐蝕是由于外部電源泄漏的電流作用而引起的結(jié)果，而自然腐蝕的電流是自發(fā)進(jìn)行的，且雜散電流在數(shù)值上要比自然腐蝕的電流大幾十倍，甚至上千倍。腐蝕強(qiáng)度大，危害大。范圍廣，隨機(jī)性強(qiáng)。腐蝕激烈，腐蝕集中于局部位置，當(dāng)有防腐層時，往往集中于防腐層的缺陷部位。根據(jù)法拉第電解定律，每1安培的雜散電流，每年可腐蝕鋼鐵金屬9.11kg。,排流網(wǎng)是雜散電流的良好通道，在回電點附近，雜散電流從排流網(wǎng)的結(jié)構(gòu)鋼中流出。排流網(wǎng)的結(jié)構(gòu)鋼因失去電子，而帶正電，鐵離子與水蒸氣中的硫酸根離子作用而變成硫酸鹽，因而被腐蝕。地鐵隧道或輕軌基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)，排流網(wǎng)總的鋼筋有雜散電流流出時，鋼筋的電位將發(fā)生正向偏移（陽極極化）。陽極電流（流出的雜散電流）和陽極電位變化的規(guī)律，陽極極化曲線如圖2所示。,陽極極化曲線,我國的CJJ49-92行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程第3.0.5條中規(guī)定：對于主體混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋極化電壓的正向偏移值不得大于0.5V，這一條作為防腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)。排流網(wǎng)結(jié)構(gòu)鋼筋的極化電位時可以測試出來的，如圖3所示。,參比電極的本體電位結(jié)構(gòu)鋼極化電位測量原理圖,在排流網(wǎng)與軌道之間的水泥基礎(chǔ)上裝設(shè)參比電極，則可測出V1與V2，V=V1-V2即為排流網(wǎng)結(jié)構(gòu)鋼筋與水泥基礎(chǔ)間的電位差（極化電位）。,2-2雜散電流破壞混凝土結(jié)構(gòu),雜散電流通過混凝土?xí)r對混凝土本身并不產(chǎn)生影響。但如果有鋼筋存在，則鋼筋起匯集電流的作用并把電流引導(dǎo)到排流點。在雜散電流由混凝土進(jìn)入鋼筋之處，鋼筋呈陰極。如果陰極析氫且氫氣不能從混凝土逸出，就會形成等靜壓力，使鋼筋與混凝土脫開。在電流離開鋼筋的部位，鋼筋呈陽極發(fā)生腐蝕并形成腐蝕產(chǎn)物Fe(OH)2、Fe2O3.2xH2O（紅銹）、Fe3O4（黑銹）等。腐蝕產(chǎn)物在陽極處的堆積會以機(jī)械作用排擠混凝土而使之開裂。根據(jù)研究，紅銹的體積可大到原來鋼筋體積的4倍，黑銹體積可大到原來的2倍。鐵銹的形成，使鋼筋體積膨脹，進(jìn)而對周圍混凝土產(chǎn)生壓力，使混凝土內(nèi)部形成拉應(yīng)力。由于混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，一般只有0.88MPa1.5MPa，使混凝土沿鋼筋方向開裂。,2-3雜散電流腐蝕埋地管線,地鐵系統(tǒng)附近的埋地管線主要有自來水管線、石油管線、蒸汽管線、煤氣管線、等公共事業(yè)管線以及各種電纜管等。埋地管線容易集積雜散電流，故易受腐蝕，在設(shè)計和建造地鐵時不考慮此問題會產(chǎn)生極其嚴(yán)重的后果。我國東北石油管道系統(tǒng)，穿越某直流電氣化鐵路，埋地三年就發(fā)生了腐蝕穿孔，腐蝕速度達(dá)到2.02.5mm/年；上海有一向虹橋機(jī)場輸油的石油管道，穿越上海地鐵1號線，已經(jīng)發(fā)生了腐蝕。,2-4雜散電流造成人身觸電,地鐵軌道為長軌，是由多節(jié)軌道焊接而成，因此軌道接縫電阻值較大，而使軌道與結(jié)構(gòu)鋼之間的電位差增加，如果軌道接縫處開焊，軌道接縫電阻更大，這使軌道與結(jié)構(gòu)鋼之間的電位差更高。如圖4所示，在站臺上，地鐵乘客手腳之間的電位差為V，當(dāng)這個電位差很高時，人就有死亡的危險。德國標(biāo)準(zhǔn)VDE0115規(guī)定：這個電位差不得超過92V。監(jiān)測軌道對結(jié)構(gòu)鋼筋的電位變化，就可以監(jiān)測軌道縱向電阻值的變化，也就可以監(jiān)測走行軌回流的情況。,2-5雜散電流燒毀排流設(shè)備,軌道與軌枕之間有絕緣相隔，如果由于某種原因，絕緣物損壞，軌道與排流網(wǎng)短路，這時將有非常大的雜散電流，通過排流網(wǎng)、排流柜，流回牽引變流所，排流柜中的核心元件排流二極管的容量有限，一般通流能力不超過200A，因此過大的雜散電流可能燒毀排流柜。如果排流柜設(shè)置熔斷器保護(hù)，會造成排流支路的中斷，在最需要排流的時候，排流柜起不到應(yīng)有的作用。,2-6雜散電流對通信的影響,雜散電流除腐蝕地下管線外，雜散電流使通信導(dǎo)線與附近大地形成電位差，會在接地的通信設(shè)備機(jī)架上形成高電位，影響通信，甚至危及設(shè)備和人員的安全。,3雜散電流危害防護(hù)的方法,地鐵（或輕軌）工程是大型的重點工程，必須貫徹“百年大計、質(zhì)量第一”的方針，所以做好地鐵雜散電流防護(hù)是保證地鐵工程質(zhì)量相當(dāng)重要的一環(huán)。對雜散電流防護(hù)的原則，應(yīng)該：“以防為主，以排為輔，加強(qiáng)監(jiān)測，防止外泄”。,3-1改進(jìn)軌道交通系統(tǒng),減小回流軌的電阻增加回流軌的截面積為回流提供一個連續(xù)的電氣通路減小變電所之間的距離增加泄漏路徑對地電阻增加軌道對地電阻正線軌道的分段處理車輛段的軌道的絕緣隔離,3-2改進(jìn)軌道交通系統(tǒng)附近的地下金屬結(jié)構(gòu),在軌道附近的新建結(jié)構(gòu)要仔細(xì)選擇位置避免電纜與管線和其它結(jié)構(gòu)接觸管線和電纜的金屬鎧裝要絕緣對結(jié)構(gòu)使用絕緣涂層使受腐蝕影響的結(jié)構(gòu)相互連接并與地鐵的回流電路相連,3-3其他措施,控制鋼軌電壓恒定，使漏泄電流減至最小。按照其所在處鋼軌對地電壓的高低把負(fù)饋電線的電壓恰當(dāng)?shù)丿B加到鋼軌上，使鋼軌電壓各處相同，從而消除鋼軌與大地間的電位差。通過向埋地電極施加支流偏壓來吸收鋼軌對地漏泄電流。在有道岔、鐵路橋梁、隧洞或路基狀況不良而容易產(chǎn)塵漏泄電流之處的附近埋設(shè)電極，在電極與鋼軌間設(shè)置支流電源。適當(dāng)調(diào)節(jié)電源的電壓和極性，可使該部位的漏泄電路基本上完全被電極吸收或由電極排出，從而大幅度地減少流經(jīng)埋地結(jié)構(gòu)物中的雜散電流，顯著減輕其腐蝕。,雜散電流分布的一般規(guī)律,1）當(dāng)列車運行在區(qū)間中間位置時軌道電壓為正的最大值，此時也對應(yīng)著雜散電流出現(xiàn)最大值。在回流點處軌道電壓為負(fù)的最大值，此處的排流網(wǎng)處于陽極區(qū)，是雜散電流腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域。2）軌道電壓隨列車牽引電流增加而增加，而且增幅較大，列車處的軌道電壓為最大值。盡管隨著列車牽引電流的增加，雜散電流也增加，但增加幅度不大。3）隨著軌道縱向電阻的增加，軌道電壓大幅增加，雜散電流在最初軌道縱向電阻值較小時增加不明顯，但隨著軌道縱向電阻值的增加，雜散電流增幅速度越來越快。,4）軌地過渡電阻對雜散電流的分布影響最大，過渡電阻越小，雜散電流越大。過渡電阻大于15km時，雜散電流可以忽略；過渡電阻大于3km時，雜散電流變化很?。贿^渡電阻3km時，雜散電流變化劇烈；過渡電阻1km后，雜散電流漏泄嚴(yán)重，必須采取有效措施進(jìn)行處理。5）排流網(wǎng)電阻對軌道電壓和雜散電流的影響很小，工程設(shè)計上做混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋的截面計算時，主要考慮土建專業(yè)對混凝土強(qiáng)度的要求。6）供電區(qū)間距離增大，軌道電壓和雜散電流均增加，增幅也較大，盡可能的縮短供電區(qū)間距離，對減小雜散電流有重要的意義。,結(jié)論,通過對雜散電流分布規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，對雜散電流分布影響較大的參數(shù)是列車牽引電流、軌地過渡電阻、軌道縱向電阻和供電區(qū)間距離，在城市軌道交通建設(shè)和運營時應(yīng)該采取有效措施，盡可能的增大軌地過渡電阻并減小列車牽引電流、軌道縱向電阻和供電區(qū)間距離。,CJJ4992地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程對于雜散電流的要求有下面幾條規(guī)定：1）地鐵軌道泄漏出來的雜散電流，能否引起隧洞結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕，以雜散電流引起結(jié)構(gòu)鋼筋極化電壓偏移值來確定，因此，規(guī)程第3.0.5條規(guī)定：隧洞結(jié)構(gòu)的外表面，受雜散電流腐蝕危害的控制指標(biāo)是由漏泄電流引起的結(jié)構(gòu)電壓偏離其自然電位數(shù)值。對于鋼筋混凝土質(zhì)地鐵主體結(jié)構(gòu)的鋼筋，上述極化電壓的正向偏移平均值不應(yīng)超過0.5V。,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對地鐵雜散電流的要求,2）軌道與結(jié)構(gòu)鋼筋間的過渡電阻值是考察軌道絕緣的重要參數(shù)。規(guī)程第4.2.1條規(guī)定：兼用作回流的地鐵走行軌與隧洞主體結(jié)構(gòu)（或大地）之間的過渡電阻值（按閉塞區(qū)間分段進(jìn)行測量并換算為1km長度的電阻值），對于新建線路不應(yīng)小于15km，對于運行線路不應(yīng)小于3km。,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對地鐵雜散電流的要求,3）地鐵軌道與站臺間（鋼軌與結(jié)構(gòu)鋼間）有時會出現(xiàn)異常電壓，為了保護(hù)乘客和鐵路員工的安全，VDE0115標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼軌與結(jié)構(gòu)鋼間的電位差（接觸電壓）不得超過92V。4）規(guī)程第6.2.3條規(guī)定：監(jiān)測點測量線的截面面積不應(yīng)小于2.5mm2，長度不宜超過10m，并應(yīng)具有工頻2kV以上的絕緣耐壓水平。,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對地鐵雜散電流的要求,5）規(guī)程第6.2.4條規(guī)定：在需要進(jìn)行遙測雜散電流參數(shù)的情況下，應(yīng)在車站上設(shè)置監(jiān)測室，敷設(shè)必要的遙測線路。6）規(guī)程第6.2.5條車站測量室內(nèi)應(yīng)具備符合現(xiàn)場測試要求的試驗場地，測量專用電源、接地極和專用儀表等。,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對地鐵雜散電流的要求,監(jiān)測內(nèi)容及原理,4-1結(jié)構(gòu)鋼極化電壓正向偏移平均值4-2鋼軌對結(jié)構(gòu)鋼的電壓值4-3軌道對結(jié)構(gòu)鋼的過渡電阻值4-4參比電極的自然本體電位4-5鋼軌縱向電阻,4-1結(jié)構(gòu)鋼極化電壓正向偏移平均值,地鐵軌道漏出來的雜散電流能否引起隧道洞結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕，以雜散電流引起結(jié)構(gòu)鋼筋的極化電位偏移值來確定。在CJJ49-92地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程中的3、0、5條規(guī)定；對于鋼筋混凝土地鐵主體結(jié)構(gòu)的鋼筋，極化電壓30分鐘內(nèi)的正向偏移平均值不得超過0.5V，這一條是作為設(shè)計地鐵監(jiān)測系統(tǒng)的依據(jù)。,4-2鋼軌對結(jié)構(gòu)鋼的電壓值,地鐵軌道與站臺間（鋼軌與結(jié)構(gòu)鋼）有時出現(xiàn)異常電壓，為了保護(hù)乘客和鐵路員工的安全，免遭鋼軌與結(jié)構(gòu)鋼間接觸電壓的傷害，根據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn)VDE0115第一部分（6/82）所規(guī)定：軌道與結(jié)構(gòu)鋼間的電位差（接觸電壓）不得超過92V。根據(jù)鋼軌對結(jié)構(gòu)鋼的電壓值，可了解鋼軌的運行狀態(tài)，判斷鋼軌有無裂隙。,4-3軌道對結(jié)構(gòu)鋼的過渡電阻值,軌道與結(jié)構(gòu)鋼之間的過渡電阻是考察軌道絕緣的一個很重要的參數(shù)。CJJ49-92地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程中的4、1、1條規(guī)定：地鐵走行軌與隧道主體結(jié)構(gòu)鋼之間的過渡電阻不應(yīng)小于15歐公里，監(jiān)測系統(tǒng)要能每天監(jiān)測這個數(shù)據(jù)，以保證地鐵安全運行。,4-4參比電極的自然本體電位,參比電極的本體電位需要及時修正，以提高結(jié)構(gòu)鋼極化電位的測量精度，因此每天列車停運時，需要測量結(jié)構(gòu)鋼對參比電極的自然本體電位。,4-5鋼軌縱向電阻,鋼軌縱向電阻的大小直接影響著回流的大小和雜散電流的分布，了解鋼軌縱向電阻的大小，對判斷鋼軌有無裂縫，雜散電流的大小和分布情況有重要的參考依據(jù)。,5雜散電流測量的基本原理,5-1結(jié)構(gòu)鋼筋極化電位和參比電極本體電位的測量,利用結(jié)構(gòu)鋼筋與參比電極的端子，傳感器可測出結(jié)構(gòu)鋼的極化電位。測量原理如下，架線停電時，機(jī)車停止運行，電位差V1為參比電極的自然本體電位。當(dāng)電機(jī)車運行時，電位差為V1V2。計算出結(jié)構(gòu)鋼的極化電位V1（V1V2）V2，即為結(jié)構(gòu)鋼的極化電位。根據(jù)規(guī)程，V2的半小時正向偏移平均值不得超過500mV。,5-2軌道與結(jié)構(gòu)鋼間的電位差,為了保證地鐵乘客與職工的人身安全，要監(jiān)測軌道與結(jié)構(gòu)鋼的接觸電壓。,5-3供電區(qū)間過渡電阻的測量,供電區(qū)間過渡電阻可以間接反應(yīng)雜散電流的供電區(qū)間分布情況。過渡電阻值是不能直接測量的，可通過排流柜傳送過來的排流電壓、排流電流值及電機(jī)車負(fù)荷端傳感器傳送過來的軌道與排流網(wǎng)的電位差V。原理圖如圖6所示。,過渡電阻測量原理,6現(xiàn)有的監(jiān)測方案,利用排流柜進(jìn)行監(jiān)測分散式雜散電流監(jiān)測集中式雜散電流監(jiān)測分布式雜散電流監(jiān)測,6-1利用排流柜進(jìn)行監(jiān)測,排流柜安裝在牽引變電所內(nèi)，所采集的數(shù)據(jù)是回流點處的數(shù)據(jù)。判據(jù)不合理：回流點鋼筋極化電位小于0.5V，并不能確保兩牽引變電所間所有結(jié)構(gòu)鋼筋極化電位均小于0.5V；同樣，若回電點極化電位大于0.5V(超過CJJ49-92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求)，也并不表示兩牽引變電所間的極化電位均超過0.5V。功能單一：只能反映回流點的雜散電流情況，不能反映全線路的雜散電流分布情況及危害程度,6-2分散式雜散電流監(jiān)測,天津地鐵一號線、南京地鐵一號線均采用了分散式雜散電流監(jiān)測模式，該系統(tǒng)由參考電極、信號盒、信號測量電纜、測試箱、綜合測試裝置和微機(jī)管理系統(tǒng)組成。,CJJ49-92第6.2.2條規(guī)定：監(jiān)測點測量導(dǎo)線的截面積不應(yīng)小于2.5mm2，長度不宜超過10m。因此，利用該方法監(jiān)測，軌道交通沿線必須敷設(shè)大量的電纜，這樣不僅荷載增加(對高架區(qū)段)，而且有礙美觀，造成不必要的浪費。更值得引起重視的是，其模擬量傳輸距離太長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)程規(guī)定的要求，有礙精確數(shù)據(jù)的采集，給雜散電流防護(hù)系統(tǒng)的日常維護(hù)帶來不便,6-3集中式雜散電流監(jiān)測,廣州地鐵、武漢輕軌、深圳地鐵、上海明珠線北延伸等均采用了集中式雜散電流監(jiān)測模式，該系統(tǒng)由參考電極、傳感器、信號轉(zhuǎn)接器、監(jiān)測裝置、微機(jī)管理系統(tǒng)組成。,集中式雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)智能化程度較高，所測數(shù)據(jù)精確度也較高。但擴(kuò)展性差，監(jiān)測范圍受通信距離的限制最遠(yuǎn)只能達(dá)到20公里，根據(jù)目前地鐵發(fā)展情況看，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到要求，并且在地鐵線延伸時，無法進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展。例如武漢輕軌延伸時，雜散電流一期的監(jiān)測系統(tǒng)在不改造情況下，不能進(jìn)一步在原有系統(tǒng)上擴(kuò)展。另外由于所有通信網(wǎng)絡(luò)專用，造價高昂。,6-4分布式雜散電流監(jiān)測,上海軌道交通9號線、北京地鐵1、2號線采用了分布式雜散電流監(jiān)測模式，該系統(tǒng)由傳感器、監(jiān)測裝置、微機(jī)管理系統(tǒng)組成。,7監(jiān)測點設(shè)置原則,地鐵雜散電流防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計原則以保證監(jiān)測點設(shè)置合理、數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確、通信實時可靠為原則進(jìn)行設(shè)計。監(jiān)測點/傳感器/參比電極設(shè)置原則：回流點附近，站臺兩側(cè)，重大建筑物附近。每個監(jiān)測點設(shè)置參比電極和傳感器。監(jiān)測裝置的布置原則：監(jiān)測裝置放置在供電區(qū)間的牽引變電所，可單獨組柜，或集成于CP屏、排流柜。,監(jiān)測系統(tǒng)上位機(jī)的布置原則：放置在主控室或納入電力監(jiān)控系統(tǒng)。排流柜的布置原則：排流柜放置在供電區(qū)間的牽引變電所。單向?qū)ㄑb置的布置原則:地上與地下鋼軌之間設(shè)置絕緣結(jié)處。過江隧道兩端設(shè)置絕緣結(jié)處。高架橋兩端設(shè)置絕緣結(jié)處。車輛段鋼軌與正線鋼軌設(shè)置絕緣結(jié)處。,DZJ-3型分布式雜散電流監(jiān)測防護(hù)系統(tǒng),8-1主要特點,分區(qū)監(jiān)測，系統(tǒng)擴(kuò)展性好，通信距離長，不需要信號轉(zhuǎn)接器所有設(shè)備均通過電磁抗干擾試驗監(jiān)測裝置采用工控機(jī)開發(fā)，功能強(qiáng)大，可集成于排流柜傳感器測量精度高、量程寬，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)以數(shù)字量上傳接口類型豐富，通信協(xié)議支持多種類型軟件功能豐富，具備數(shù)據(jù)分析和預(yù)測建議功能數(shù)據(jù)存儲量大，報表、打印、趨勢圖快捷直觀自動排流，過流時能自動調(diào)節(jié)排流量，不中斷排流單導(dǎo)具有消弧功能定期售后服務(wù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提供運營建議,監(jiān)測系統(tǒng)接入SCADA示意圖,監(jiān)測裝置接口,對SCADA：采用以太網(wǎng)，TCP/IP通信規(guī)約或RS-485，MODBUS通信規(guī)約對排流柜：RS-485接口，485通信規(guī)約對傳感器：RS-485接口，485/CAN總線。對單向?qū)ㄑb置：RS-485接口，485通信規(guī)約,傳感器接口,系統(tǒng)構(gòu)成,DZJ-3型雜散電流自動監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、監(jiān)測裝置、排流柜、監(jiān)控主機(jī)四部分組成，實現(xiàn)對地鐵運行期間有關(guān)雜散電流的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行自動監(jiān)測并實時上報，并存儲運行監(jiān)測數(shù)據(jù)。管理軟件具有專家分析功能，當(dāng)出現(xiàn)參數(shù)異常時，自動發(fā)出報警或預(yù)警信息，保障城市軌道交通的安全可靠運行。,主要設(shè)備,傳感器主要進(jìn)行各種模擬量的采集與處理。監(jiān)測裝置與SCADA接口，借用SCADA通信通道，把數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控主機(jī)。監(jiān)測裝置對區(qū)間內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和處理，在運行界面顯示，并控制排流?？刂浦行谋O(jiān)控主機(jī)對全線雜散電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，利用SCADA通信通道把數(shù)據(jù)集中。雜散電流自動監(jiān)測系統(tǒng)采用分級組網(wǎng)通信方式，可保證通信傳輸距離不受影響。,雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成原理北京地鐵1號線,8-2主要功能,測量功能：1)實時監(jiān)測鋼軌對道床、隧道結(jié)構(gòu)鋼的電壓。2)實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)鋼對參比電極的電位。3)參比電極的自然本體電位。4)實時監(jiān)測鋼軌縱向電阻。5)實時測量軌-地過渡電阻。,分析計算功能：1)鋼軌對結(jié)構(gòu)鋼電壓分布情況；2)區(qū)間鋼軌縱向電阻3)結(jié)構(gòu)鋼對參比電極的極化電位變化情況；4)供電區(qū)間過渡電阻；5)本體電位，定時校正。,報警功能：1)設(shè)備故障報警；2)通信故障報警；3)超限報警：參比電極本體電位超限；結(jié)構(gòu)鋼極化電位超限；鋼軌-結(jié)構(gòu)鋼電壓超限。,其他功能：1）年、月、日趨勢圖；2）數(shù)據(jù)存儲、查詢、報表；3）系統(tǒng)配置管理、操作人員權(quán)限管理；4）幫助系統(tǒng)。,8-3.1設(shè)備性能指標(biāo),DZC-3型傳感器主要功能：實時采集鋼軌對結(jié)構(gòu)鋼的電位（接觸電壓）；實時采集結(jié)構(gòu)鋼對參比電極的電位（極化電位）；計算接觸電壓的半小時最大值；計算極化電位的半小時平均值。與監(jiān)測裝置進(jìn)行通信，接收命令，上傳數(shù)據(jù)。,主要特點,測量精度高；采用高性能低漂移芯片、雙極性高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計變換電路，整體測量精度可達(dá)到0.5%。測量速度快；為適應(yīng)列車運行時被監(jiān)測信號快速變化的特點，采用高速轉(zhuǎn)換器件，最小測量間隔可達(dá)到微秒級?？垢蓴_能力強(qiáng)；硬件電路設(shè)置電源、輸入信號、輸出等多級抗干擾環(huán)節(jié)，并采用超大規(guī)模集成電路芯片，軟硬件結(jié)合提高裝置抗干擾能力。,工業(yè)級現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)；通信速率高，可達(dá)到5kbps以上，通信誤碼率不大于10-6，采用分級組網(wǎng)通信方式，通信距離遠(yuǎn)。安裝維護(hù)方便；采用快速接線，設(shè)有整定開關(guān)，安裝維護(hù)方便，可實現(xiàn)在線下載程序更新，便于系統(tǒng)升級。,主要技術(shù)參數(shù),測量范圍：參比電極結(jié)構(gòu)鋼筋：-2V+2VDC；牽引鋼軌結(jié)構(gòu)鋼筋：-200V200VDC；供電區(qū)間過渡電阻：0100km。測量精度：0.5%。,通信參數(shù)通信方式：現(xiàn)場總線；通信速率：5kbps；通信距離：點對點5km；通信誤碼率：10-6。,電源參數(shù)電源輸入：AC220V22V，50Hz；功率：20W。機(jī)械參數(shù)外部尺寸（長寬高）mm：44024080；重量：3kg；防護(hù)等級：IP54。,8.3.2DZJ-3型監(jiān)測裝置,DZJ-3型監(jiān)測裝置與傳感器通信。每個監(jiān)測裝置最多可連接64個傳感器，將采集到的數(shù)據(jù)本地保存，并通過SCADA通信通道上傳到雜散電流監(jiān)控主機(jī)。監(jiān)測裝置采用工控機(jī)開發(fā)，液晶顯示，配有鍵盤、鼠標(biāo)，采用WINDOWS操作系統(tǒng)，可實現(xiàn)全面的人機(jī)對話功能。,監(jiān)測裝置配置,顯示屏：6”LCD（32位真彩12801024）CPU：P4-2.0G以上；硬盤容量40G以上；光驅(qū)：48速CDRW；操作系統(tǒng)：Windows2000或XP中文工作平臺；鼠標(biāo)：光電鼠標(biāo)。,監(jiān)測裝置功能,實時數(shù)據(jù)顯示和歷史數(shù)據(jù)組合查詢；監(jiān)測參數(shù)的趨勢分析圖和生成報表；與排流柜通信，可實現(xiàn)排流控制；與SCADA通信，上傳數(shù)據(jù)和報警信息；軟件具有設(shè)備配置管理、操作人員權(quán)限管理和幫助系統(tǒng)等功能。,上位計算機(jī)系統(tǒng),監(jiān)測軟件采用高級語言編寫，通用Windows界面，友好直觀，操作方便。歷史數(shù)據(jù)可保存十年以上，可進(jìn)行召喚查詢和實時打印，自動生成報表。管理軟件功能強(qiáng)大，可以滿足通用性和特殊性要求。（3）在線UPS一臺；（4）PCL745B一塊；（5）監(jiān)測軟件一套。,上位機(jī)主要功能,1）自動采集參比電極自然本體電位，監(jiān)測點極化電位和接觸電壓，計算30分鐘極化電位平均值和接觸電壓極大值，計算供電區(qū)間過渡電阻，超限報警和自動排流，SOE，故障報警。2）系統(tǒng)管理與維護(hù)3）歷史數(shù)據(jù)查詢4）報表和曲線5）在線幫助,9排流柜,排流柜采用極性排流的原理，即只有當(dāng)埋地結(jié)構(gòu)鋼相對于鋼軌的電位為正時，才有電流通過，從而減少雜散電流的腐蝕。主回路的主體為一硅二極管，另配以保護(hù)和檢測電路，排流柜的控制由一單片機(jī)控制系統(tǒng)來控制，可以采集排流柜的工作電壓和工作電流以及主回路的故障狀態(tài)，通過RS485接口遠(yuǎn)傳到雜散電流自動監(jiān)測系統(tǒng)的上位機(jī)中，在控制室可實時觀察排流柜的工作情況本設(shè)備與監(jiān)測系統(tǒng)配套使用，也可獨立使用。,排流狀態(tài)：欠排流與過排流。欠排流狀態(tài)時，易產(chǎn)生腐蝕。過排流狀態(tài)時，在電機(jī)車負(fù)荷端，排流網(wǎng)與軌道的電位特性曲線上移，造成鋼軌電位升高，帶來安全問題。排流應(yīng)控制在一個合理的范圍。,固定限流電阻的排流柜，不是欠排流，就是過排流，起不到防止腐蝕，防護(hù)排流網(wǎng)和隧道結(jié)構(gòu)鋼的作用，因此我們研制了能夠自動排流的排流柜，限流電阻是可變的，能夠自動調(diào)節(jié)。微機(jī)控制系統(tǒng)由電流變送器、電壓變送器、保護(hù)電路、狀態(tài)監(jiān)視電路和開關(guān)量變送電路、控制調(diào)節(jié)電路等構(gòu)成，根據(jù)監(jiān)測裝置給出的排流策略計算出恰當(dāng)排流的調(diào)節(jié)量，進(jìn)行防護(hù)控制。避免過排流和欠排流狀態(tài)。,排流柜安裝在牽引變電所內(nèi)，電氣聯(lián)接在排流網(wǎng)端子和整流器負(fù)極母排。其核心部件是排流二極管，使雜散電流從排流網(wǎng)端子單方向回流。排流電流大小可自動調(diào)節(jié)。在小于每路最大排流電流值時，排流柜正常排流；當(dāng)雜散電流超過排流二極管的容量時，不切斷排流回路，通過智能控制裝置控制每條支路的排流量，并報警至SCADA系統(tǒng)。,特點,裝置設(shè)有特制限流裝置，保證長期安全運行。采用專業(yè)均流技術(shù)，器件均流可達(dá)90%以上；二極管散熱體為擠壓鋁型材，外表面經(jīng)發(fā)黑處理以增加其輻射散熱能力；為防止凝露對設(shè)備的損害，裝置內(nèi)部設(shè)置專用電加熱器，若產(chǎn)生凝露，可通過加熱去除；具有故障自動報警功能，方便維護(hù)。設(shè)有數(shù)顯表頭，可隨時了解每一支路運行狀況。提供RS485通信接口。,參數(shù),1、設(shè)備型號：KDPL2、系統(tǒng)電壓：1500V3、系統(tǒng)最高工作電壓：1800V4、額定電流：80A-200A5、二極管均流系數(shù)：0.97、防護(hù)等級：IP408、重量：600kg9、外形尺寸：800mm600mm2260mm(寬深高),控制原理,10單向?qū)ㄑb置,單向?qū)ㄑb置主要應(yīng)用在采用鋼軌作為牽引回流通路的地鐵(輕軌)系統(tǒng)中，并接于軌道設(shè)置的絕緣結(jié)處，用于連接絕緣接頭兩端的鋼軌，使鋼軌中電流只流向一個方向，而在另一個方向截止。目的是當(dāng)回流電流向地下泄漏形成雜散電流時可以縮小雜散電流影響的范圍，從而減小雜散電流對結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕。裝置配有自動消弧裝置，用于防止列車再生制動運行時，絕緣結(jié)處可能產(chǎn)生電弧而燒損鋼軌。同時限制單向?qū)ㄑb置附近鋼軌電位升高，以保證鋼軌附近工作人員的安全。,在地鐵(輕軌)軌道系統(tǒng)中，一些特殊地段，如車場、車輛段、隧道、高架橋等特殊地段的軌道上，由于軌道對地過渡電阻降低，電力牽引時，地鐵正線流過的牽引電流大，車場線路的鋼軌與正線鋼軌相連接，因此，在鋼軌網(wǎng)的陽極區(qū)，雜散電流可以從正線經(jīng)車場泄漏至大地，造成嚴(yán)重的雜散電流泄漏，為了限制雜散電流的腐蝕，需要設(shè)置絕緣接頭，目的是為了將地鐵軌道隔開，盡量減小雜散電流并縮小雜散電流影響的范圍，從而減小雜散電流對結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕。,當(dāng)列車在采用絕緣接頭的車場、車輛段、隧道、高架橋等特殊地段的軌道上運行時，要保證機(jī)車回流電流正常流向變電所；而列車在車場、車輛段、隧道、高架橋等特殊地段以外的鋼軌部位運行時，不允許列車的回流電流流過這些特殊地段，從而減小雜散電流對這些特殊地段結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕。由于在這些特殊地段，電流是單方向流動的，因此，在這些鋼軌部位的絕緣結(jié)處，必須并接一個二極管以保證這些特殊地段鋼軌中的電流只流向一個方向，而在另一個方向截止。,然而，當(dāng)列車快速通過絕緣結(jié)時，由于電流的突變，有可能使絕緣結(jié)兩端產(chǎn)生一個電位差，發(fā)生打火燒毀軌道的現(xiàn)象，對于列車行駛也是很不安全的，因此，需要采取措施解決這一問題。通過對絕緣結(jié)處進(jìn)行實際觀察，發(fā)現(xiàn)一般都是列車車輪離開絕緣結(jié)時，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧而燒損軌道。,地鐵列車電流的流動路徑是變電所接觸網(wǎng)列車受電弓列車列車車輪軌道變電所，列車車輪與軌道的接觸是機(jī)械接觸，在通過絕緣結(jié)時，由于絕緣結(jié)在電氣上是斷開的，而單向?qū)ㄑb置的反向是截止的，列車在通過過江隧道等特殊地段時，有時會發(fā)生車速大于正常行駛速度，此時列車處于再生制動狀態(tài)。當(dāng)列車后輪通過絕緣結(jié)時，有可能出現(xiàn)電流斷流和突然減少等現(xiàn)象，從而使軌道絕緣結(jié)兩端產(chǎn)生電勢差。如果電路中電壓大于1012V，且電流大于80100mA，分開的觸頭之間就會產(chǎn)生電弧。,地下、地上鋼軌之間加絕緣結(jié)，當(dāng)鋼軌之間隔離后，為保證有機(jī)車運行時鋼軌回流電流的正常流動，在有絕緣結(jié)的鋼軌部位兩端，并聯(lián)一個單向?qū)ㄑb置，使鋼軌中電流只流向一個方向，而在另一個方向截止。單向?qū)ㄑb置的安裝方式有兩種：,地下和地面/車輛段和正線隔離示意圖,單向?qū)ㄑb置的正極接地下段鋼軌，負(fù)極接地面段鋼軌，當(dāng)列車在地面正線運行時，不允許列車電流回流至地下段。車輛段和正線的隔離原理類似。,1,地面段,地下段,水下隧道內(nèi)鋼軌隔離防護(hù)示意圖,在江水之下的隧道沉管區(qū)段，單向?qū)ㄑb置的正極接隧道沉管區(qū)段地下鋼軌，負(fù)極接沉管區(qū)段以外鋼軌，當(dāng)列車在隧道沉管區(qū)段運行時，列車電流通過單向?qū)ㄑb置回流至牽引所，而當(dāng)列車在隧道沉管以外區(qū)段運行時，列車電流通過與鋼軌平行的回流電纜回流至牽引所。從而使沉管區(qū)段鋼軌泄漏的雜散電流減少，對該段的鋼軌與隧道鋼筋防有利。,正常取流時地下與地面鐵道線路間安裝單向?qū)ㄑb置示意,再生制動時地下與地面鐵道線路間安裝單向?qū)ㄑb置示意,過江隧道單向?qū)ò惭b示意,裝置內(nèi)設(shè)置有隔離開關(guān)，用于在單向?qū)ㄑb置出現(xiàn)故障時連接絕緣結(jié)兩端鋼軌，使列車能夠正常運行。柜內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集控制及遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)可實時檢測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并具有遠(yuǎn)端通信接口，可連接到控制信號盤的通訊網(wǎng)絡(luò)上，在監(jiān)測系統(tǒng)的主控機(jī)上實時觀測單向?qū)ㄑb置的運行情況，以便在發(fā)生故障時及時處理。,特點,采用高可靠性器件，過載能力強(qiáng)，可達(dá)150%；采用專業(yè)均流技術(shù)，器件均流可達(dá)90%以上；二極管散熱體為擠壓鋁型材，外表面經(jīng)發(fā)黑處理以增加其輻射散熱能力；為防止凝露對設(shè)備的損害，裝置內(nèi)部設(shè)置專用電加熱器，若產(chǎn)生凝露，可通過加熱去除；柜體防護(hù)等級為IP34，其可防止直徑大于2.5mm的固體異物或蟲害進(jìn)入以及可避免四面方向的水噴淋危害；具有故障自動報警功能，方便維護(hù)。采用專業(yè)成熟的自動消弧技術(shù)，可避免電弧燒損鋼軌。根據(jù)實際應(yīng)用，隔離開關(guān)可以是手動操作，也可以是電動操作,以方便遠(yuǎn)程控制。,參數(shù),1、設(shè)備型號：DXDT-22、系統(tǒng)電壓：1500V3、系統(tǒng)最高工作電壓：1800V4、額定電流：3000A額定短路電流：70kA(100ms)5、二極管均流系數(shù)：0.97、防護(hù)等級：IP348、重量：370kg9、外形尺寸：1200mm800mm2000mm(寬深高),11.1基本功能11.2基本結(jié)構(gòu)11.3知識的表示及模糊推理11.4知識的獲取途徑11.5系統(tǒng)開發(fā),11專家系統(tǒng),專家系統(tǒng)的主要功能是包括根據(jù)測量或監(jiān)測到的能夠衡量雜散電流安全水平的現(xiàn)場參數(shù)以及現(xiàn)場相關(guān)信息，分析得出雜散電流腐蝕的危害，并提出行之有效的防治措施。在此基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮培訓(xùn)、指導(dǎo)和咨詢功能。,11.1基本功能及結(jié)構(gòu),專家系統(tǒng)包括系統(tǒng)總控、綜合推理子系統(tǒng)、知識庫及其管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及其管理子系統(tǒng)、解釋接口等五部分構(gòu)成。,11.1基本功能及結(jié)構(gòu),其中，系統(tǒng)總控的功能包括提供系統(tǒng)總菜單及選單功能、控制各庫和各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行、控制系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集和輸入、啟動和控制綜合分析推理子系統(tǒng)的運行、控制系統(tǒng)與外部的通訊、協(xié)調(diào)系統(tǒng)各庫內(nèi)容的傳輸?shù)鹊取?11.1基本功能及結(jié)構(gòu),綜合分析推理子系統(tǒng)主要完成對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。其功能主要包括把各類經(jīng)整編后的監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關(guān)信息與各類評判指標(biāo)進(jìn)行比較，從而得出雜散