本發(fā)明涉及軌道交通牽引供電系統(tǒng)，具體涉及一種用于城市軌道段、場線鋼軌絕緣節(jié)處的回流裝置。

背景技術(shù)：

城市軌道直流供電系統(tǒng)中普遍采用直流750V或是直流1500V供電制式，列車通過受電弓(或受電靴)在接觸網(wǎng)(或接觸軌)和鋼軌之間取流，機車牽引電流通過鋼軌回流至牽引變電所負極。地鐵線路通常設置車輛段和停車場(簡稱段、場)，分別作列車停車、檢修和維護的用途。

為了減少雜散電流，城市軌道正線鋼軌采取對地絕緣安裝?！兜罔F雜散電流腐蝕防護技術(shù)規(guī)程》CJJ49規(guī)定：兼用做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)間分段進行測量并換算為1km長度的電阻值)，對于新建線路不小于15Ω*km，對于運行線路不小于3Ω*km。車輛段和停車場主要用于列車的維護、檢修等，為防止車輛段、停車場內(nèi)鋼軌電位過高對工作人員造成人身安全危害，通常將列檢庫、洗車庫內(nèi)的軌道與接地網(wǎng)相連或通過獨立接地極將軌道接地。

運營期間，為防止正線牽引電流經(jīng)車輛段、停車場內(nèi)的鋼軌流入大地形成雜散電流，通常在車輛段和停車場的出入線咽喉處設置鋼軌絕緣節(jié)與正線鋼軌隔離，并在列檢庫、洗車庫前也設置鋼軌絕緣關(guān)節(jié)隔離鋼軌?，F(xiàn)已存在的技術(shù)是在這兩處絕緣節(jié)的位置處并聯(lián)安裝單向?qū)ㄑb置，單向?qū)ㄑb置由多組并聯(lián)二極管組成，只允許停車場、車輛段內(nèi)的牽引回流單方向流向正線鋼軌。

為防止列車車輪踏過鋼軌絕緣節(jié)時打火，通常在單向?qū)ㄑb置里安裝由反并聯(lián)晶閘管等組成的熄弧裝置，當檢測到正線鋼軌的電位超過車輛段、停車場鋼軌電位一定數(shù)值時，觸發(fā)晶閘管導通。正因為此，當沒有列車跨過鋼軌絕緣節(jié)時，正線泄漏至大地的雜散電流可通過單向?qū)ㄑb置收集回正線鋼軌。雜散電流在這條路徑流通的過程中給停車場、車輛段的設備和人員安全都帶來了極大的隱患。

如果取消此處的單向?qū)ㄑb置，由于鋼軌絕緣節(jié)的存在可以阻斷雜散電流流回正線鋼軌的路徑，從而避免車輛段、停車場內(nèi)的雜散電流隱患。但是在這種情況下，列車通過鋼軌絕緣節(jié)時，絕緣節(jié)兩側(cè)的鋼軌分別帶有不同的電壓，可能出現(xiàn)列車跨越絕緣節(jié)時出現(xiàn)車輪和鋼軌打火的情況。而當城市軌道正線支援車輛段、停車場供電時，為保證牽引回流的正常流動，又必須電氣導通絕緣節(jié)兩端的鋼軌。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于城市軌道段、場線鋼軌絕緣節(jié)處的回流裝置，能阻斷城市軌道鋼軌正線產(chǎn)生的雜散電流通過停車場、車輛段內(nèi)鋼軌收集后流回正線的通路，減少雜散電流對車輛段、停車場內(nèi)設施的危害從而保證設備和人員的安全。同時，該裝備集成了鋼軌絕緣節(jié)絕緣性能評估功能和車輛段、停車場碎石道床處鋼軌對地的過渡電阻的測量功能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于城市軌道段、場線鋼軌絕緣節(jié)處的回流裝置，

城市軌道供電系統(tǒng)中，車輛段或停車場與正線之間設置接觸網(wǎng)電分段DF；正線鋼軌MR和車輛段或停車場的出入線鋼軌AR之間設置鋼軌絕緣節(jié)JJ1；在正線鋼軌MR和車輛段或停車場的出入線鋼軌AR之間設置回流裝置IBD，所述回流裝置IBD的結(jié)構(gòu)為：

鋼軌絕緣節(jié)JJ1與正線鋼軌MR之間設置位置傳感器J1，鋼軌絕緣節(jié)JJ1與車輛段或停車場的出入線鋼軌AR之間設置位置傳感器J2；

在鋼軌絕緣節(jié)JJ1兩端反向并聯(lián)全控型電力電子器件V1和V2以及電源DY、開關(guān)S、電流傳感器C1組成的串聯(lián)支路；

由控制信號Z1、Z2、Z3合成的復合控制信號W分別控制全控型電力電子器件V1和V2；

所述控制信號Z1為位置傳感器J1、J2輸出列車占據(jù)信號X、Y至控制裝置的輸出信號；位置傳感器J1檢測到安裝位置有列車占據(jù)時輸出X＝1，沒有列車占據(jù)時輸出X＝0；位置傳感器J2檢測到安裝位置有列車占據(jù)時輸出Y＝1，沒有列車占據(jù)時輸出Y＝0；

所述控制信號Z2為接觸網(wǎng)電分段DF開關(guān)的狀態(tài)信號，關(guān)斷時為0，導通時為1；

所述控制信號Z3為開關(guān)S的狀態(tài)信號，關(guān)斷時為0，導通時為1。

進一步的，

在鋼軌絕緣節(jié)JJ1與車輛段或停車場的出入線鋼軌AR之間依次設置有電壓傳感器C2、C3；

在位置傳感器J2與車輛段AR之間設置有硫酸銅參考電極RE，在所述硫酸銅參考電極RE與鋼軌AR之間設置電壓傳感器C4；

電流傳感器C1和電壓傳感器C2、C3、C4，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器連接到處理器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：一、本發(fā)明可有效遏制城市軌道鋼軌正線產(chǎn)生的雜散電流入侵車輛段、停車場，同時本裝置兼?zhèn)滗撥壗^緣節(jié)絕緣性能評估和測量碎石道床處鋼軌對地的過渡電阻的功能；二、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，控制方式可靠，功能實用。

附圖說明

圖1是用于鋼軌絕緣節(jié)絕緣性能評估的設備安裝圖。

圖2是用于出入線碎石道床處鋼軌對地的過渡電阻測量的設備安裝圖。

圖3是實施例在地鐵車輛段、停車場內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是控制信號Z1對應的檢測對象示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

車輛段或停車場與正線之間設置接觸網(wǎng)電分段DF。正線鋼軌MR和車輛段或停車場的出入線鋼軌AR之間設置鋼軌絕緣節(jié)JJ1。本發(fā)明裝置包括：正線鋼軌MR和車輛段或停車場的出入線鋼軌AR之間設置回流裝置IBD。

IBD包括在鋼軌絕緣節(jié)JJ1前后安裝第一位置列車檢測設備(位置傳感器)J1和第二位置列車檢測設備(位置傳感器)J2。在鋼軌絕緣節(jié)JJ1兩端反向并聯(lián)的全控型電力電子器件V1和V2以及電源DY、開關(guān)S、電流傳感器C1組成的串聯(lián)支路。

鋼軌絕緣節(jié)絕緣性能評估功能和出入線碎石道床上鋼軌過渡電阻測試功能包括：一臺大功率直流電源DY，電源負極接正線鋼軌一側(cè)，正極經(jīng)控制開關(guān)S和電流傳感器C1連接至車輛段或停車場的出入線鋼軌AR一側(cè)；在IBD通過電纜連接車輛段或停車場的出入線鋼軌AR位置的前后分別設置固定長度(例如10m)縱向鋼軌電壓的高精度電壓傳感器C2和C3。在距離鋼軌絕緣節(jié)JJ1水平距離50m之外、距離AR鋼軌垂直距離30m之外埋設硫酸銅參考電極RE。設置電壓傳感器C4檢測AR鋼軌對硫酸銅參考電極電位。電流傳感器C1和電壓傳感器C2、C3和C4經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)連接處理器，通過顯示器動態(tài)顯示當前的測試信息。

當V1、V2同時關(guān)斷狀態(tài)時，IBD處于關(guān)斷狀態(tài)；當V1、V2同時導通時，IBD處于導通狀態(tài)。

回流裝置IBD在無列車通過時處于關(guān)斷狀態(tài)，能有效遏制正線產(chǎn)生的雜散電流入侵車輛段或停車場。當有列車通過此處時，為避免列車跨越鋼軌絕緣節(jié)處產(chǎn)生的打火問題，通過列車位置感應器J1、J2及時控制IBD閉合，以電氣連接正線鋼軌和出入線鋼軌。同時本裝置可以在無列車運行時，控制IBD關(guān)斷，實施鋼軌絕緣節(jié)絕緣性能評估和出入線碎石道床處鋼軌對地的過渡電阻測試。

本發(fā)明的控制手段為：

正常時，接觸網(wǎng)電分段DF關(guān)斷，其狀態(tài)信號Z2＝0。當列車通過絕緣節(jié)JJ1時，通過位置感應器J1和J2的相互配合輸出控制信號Z1＝1，控制鋼軌導通裝置IBD處于閉合狀態(tài)，保證列車安全地通過絕緣節(jié)JJ1。

當使用該裝置的測量功能時，閉合控制開關(guān)S時，輸出控制信號Z3＝1時，IBD始終處于關(guān)斷狀態(tài)。電流傳感器C1和電壓傳感器C2、C3、C4同時輸出信號至CPU進行運算處理，通過顯示屏可動態(tài)顯示當前時刻的所有測量信息。

當停車場或車輛段內(nèi)的牽引所故障失電，庫內(nèi)接觸網(wǎng)又需要正常供電而閉合接觸網(wǎng)電分段開關(guān)DF時，為保證停車場或車輛段內(nèi)的列車可以正常的牽引回流，輸出控制信號Z2＝1，控制IBD閉合，直至停車場或車輛段內(nèi)的牽引所故障恢復，接觸網(wǎng)電分段開關(guān)DF斷開。

圖1為鋼軌絕緣節(jié)絕緣性能評估的設備安裝圖。其包括一臺大功率直流電源DY，電源負極接正線鋼軌一側(cè)，正極經(jīng)控制開關(guān)S和電流傳感器C1連接至車輛段或停車場的出入線鋼軌AR一側(cè)。在IBD通過電纜連接車輛段或停車場的出入線鋼軌AR位置的前后分別設置固定長度(例如10m)縱向鋼軌電壓的高精度電壓傳感器C2和C3。C2和C3分別測量10m長度鋼軌上的縱向壓降U1和U2。

當使用該裝置的測量功能時，閉合控制開關(guān)S閉合時輸出控制信號Z3＝1時IBD始終處于關(guān)斷狀態(tài)。電流傳感器C1和電壓傳感器C2、C3經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)連接處理器，實現(xiàn)絕緣節(jié)JJ1的絕緣性能的在線評估評估。鋼軌絕緣節(jié)絕緣性能指數(shù)用F_J表示，根據(jù)EN50122-2(2010)，當F_J大于標準中規(guī)定的95％可以證明絕緣節(jié)的絕緣性能良好。F_J的計算公式如下：

式中：U_1,off，U_2,off為記錄的1min，10m鋼軌電壓噪聲的平均值；U_1,on，U_2,on為鋼軌加入電流后的電壓1min平均值。

圖2為用于出入線碎石道床處鋼軌對地的過渡電阻測量的設備安裝圖。其包括一臺大功率直流電源DY，電源負極接正線鋼軌一側(cè)，正極經(jīng)控制開關(guān)S和電流傳感器C1連接至車輛段或停車場的出入線鋼軌AR一側(cè)。在距離鋼軌絕緣節(jié)JJ1水平距離50m之外、距離AR鋼軌垂直距離30m之外埋設硫酸銅參考電極RE。C4檢測AR鋼軌對硫酸銅參考電極RE的電位。當使用該裝置的測量功能時，閉合控制開關(guān)S時輸出控制信號Z3＝1時IBD始終處于關(guān)斷狀態(tài)。電流傳感器C1的測量信號I和電壓傳感器C4的測量信號U_RE經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)連接處理器，實現(xiàn)車輛段AR鋼軌過渡電阻R_RE的在線測量，R_RE的計算公式如下：

式中：U_RE為鋼軌對參考電極的電壓；I為測試注入電流，單位A；L為被測車輛段、停車場的出入線鋼軌AR的長度(最大不能超過2km)，單位km。

圖3為實施例在地鐵車輛段或停車場內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。車輛段或停車場與正線之間設置接觸網(wǎng)電分段DF。正線鋼軌MR和車輛段或停車場的出入線鋼軌AR之間設置鋼軌絕緣節(jié)JJ1。在正線鋼軌MR和車輛段或停車場的出入線鋼軌AR之間設置回流裝置IBD。

IBD的結(jié)構(gòu)為：鋼軌絕緣節(jié)JJ1與正線鋼軌MR之間設置位置傳感器J1，鋼軌絕緣節(jié)JJ1與車輛段或停車場的出入線鋼軌AR之間設置位置傳感器J2；在鋼軌絕緣節(jié)JJ1兩端反向并聯(lián)全控型電力電子器件V1和V2以及電源DY、開關(guān)S、電流傳感器C1組成的串聯(lián)支路；由控制信號Z1、Z2、Z3合成的復合控制信號W分別控制全控型電力電子器件V1和V2。

具體控制過程為：

正常時，接觸網(wǎng)聯(lián)絡開關(guān)DF關(guān)斷，Z2＝0；控制開關(guān)S處于斷開狀態(tài)，Z3＝0。當列車回車輛段或停車場時，位置傳感器J1的首先感應到來車信號，位置傳感器J1、J2輸出信號(X＝1，Y＝0，X+Y>0)至鋼軌導通裝置IBD的控制裝置DR立即輸出控制信號Z1＝1，觸發(fā)全控型電力電子器件V1和V2同時導通；

當列車從正線鋼軌MR駛?cè)氤鋈刖€鋼軌AR時，任意位置傳感器J1、J2檢測到列車占據(jù)信號，X+Y≥1，Z1＝1，表示有列車正通過鋼軌絕緣節(jié)JJ1，控制回流裝置IBD中全控型電力電子器件V1和V2導通。當位置傳感器J1、J2都未檢測到列車占據(jù)信號時，X+Y＝0，Z1＝0，表示沒有列車通過鋼軌絕緣節(jié)JJ1，控制回流裝置IBD中全控型電力電子器件V1和V2關(guān)斷。

當列車從出入線AR駛?cè)胝€鋼軌MR時，也是如此。

當車輛段或停車場內(nèi)的牽引所故障失電，正線支援車輛段或停車場供電時，閉合接觸網(wǎng)電分段DF，Z2＝1。為保證車輛段或停車場內(nèi)的列車可以正常的牽引回流，控制回流裝置IBD中全控型電力電子器件V1和V2同時導通。

圖4是控制信號Z1對應的檢測對象示意圖。其包括第一位置列車檢測設備J1的列車占據(jù)信號X、第二位置列車檢測設備J2的列車占據(jù)信號Y。當X+Y≥1時，Z1＝1；當X+Y＝0時，Z1＝0。