电流监测技术（共8篇）
电流监测技术 篇1
由于电力电缆应用成本的下降, 以及电力电缆自身所具有的供电可靠性高、对于人身比较安全、不受地面、空间建筑物的影响、不受恶劣气候侵害、安全隐蔽耐用等特点, 因而获得了越来越广泛的应用。
然而, 与架空输电线路相比, 虽然电力电缆的上述优点却为后期电缆的维护工作特别是故障测距与定位带来了较大的难度, 尤其电缆长度相对较短、线路故障不可观测性等特点都决定了电缆线路要求有更精确的故障测距方法。另一方面, 电力电缆作为整个电力系统的重要组成部分, 一旦发生故障将直接影响着整个电力系统的安全运行, 并且如故障发现不及时, 则可能导致火灾、大规模停电等较大的事故后果。电力电缆在电力系统中应用越来越广泛, 实现电缆的安全、可靠和经济运行对保证电力系统的安全性和经济性具有十分重要的意义。一旦发生故障, 寻找和处理起来十分困难, 不仅会浪费人力、物力, 而且会造成停电损失。
因此, 如何快速、准确地查找电缆故障, 减少故障修复费用及停电损失, 成为电力工程领域与研究界日益关注的问题。
1 解决问题技术难点
电缆能否有效绝缘直接影响了电缆能否安全可靠运行, 因此电力电缆存在多种敷设方式, 其中直埋敷设的应用最多。由于电缆大多敷设在地下, 导致无法对电缆绝缘进行直接检测和解决。因此, 电力电缆的在线监测技术, 能对电缆进行快速的检查、维修, 有利于电缆可靠运行。为了解决这种难点, 接地线电流在线监测技术得到广泛应用。此方法能够同归对电缆绝缘的下降情况进行判断并提前预警, 实现事前预防的作用。
2 优化措施
2.1 电缆接地线电流在线监测的应用
2.1.1 在电力电缆中间箱处安装了采集系统设备, 对电缆运行情况进行在线监测。
2.1.2 本主站系统采用基于Windows操作系统的运行环境, 内置监测电缆的名称、波速度、电缆长度、历史数据等信息。系统通过网络与各监测终端通信, 可以远程读取各监测终端记录到的电缆在线监测波形数据, 并自动预报电缆故障。
2.2 优化电流信号采集、信号转换、信号处理环节。
2.2.1 电流信号采集环节。
在电缆接地线的三相分别安装了专用的电流高频传感器, 高频传感器采集电缆接地线的电流, 高频电流采集带宽:2~125MHz, 电流传感器产生CT二次信号。
2.2.2 信号转换环节。
电流互感器采集到的电流通过导线传输到电流终端转换器, 这个信号经过信号检测电路滤波、放大和采保, 然后由低功耗单片机做A/D采样, 最后计算出负荷电流、短路电流、首半波尖峰电流和接地动作电流值、稳态零序电流、暂态零序电流。
2.2.3 信号处理环节。
由转换器对电流进行转换, 转换成数据CPU能够处理的数字信号, CPU将采集到每路电缆出线的接地线电流值进行分析。在一个统计时间段, 在该统计时间段内如果出现故障, 如果累计次数达到1次即为1级告警, 系统会以黄色方框的形式在主界面上显示, 如果累计次数达到3次即为2级告警, 系统会以橙色方框的形式在主界面上显示, 如果累计次数达到5次即为3级告警, 系统会以红色方框的形式在主界面上显示。
3 故障排除
此系统可以点击查看所有线路出现的故障信息, 并可按照时间进行排序, 有选择的查看最近获最早时间的线缆故障信息。用户可选中某条故障记录后, 可双击鼠标左键查看相关的波形文件, 从而及时发现及排除故障如图1所示。
4 技术创新点
针对电缆运行对系统稳定性要求高的情况, 供电车间与厂家积极沟通, 参与在线检测装置性能的改进, 提出了适合现场的新要求。
1) 可以实现电力电缆在线故障预警。
2) 实现电力电缆故障预警, 便于供电部门提前或有计划检修, 避免因电缆突发故障造成停电, 减少因停电所造成的经济损失以及对企业生产和人民生活带来的不利影响, 提高供电可靠性。
3) 实现电力电缆故障点的测距, 给电缆的检修提供依据。
结论
经过电缆接地线电流在线监测技术的实践, 不改变电缆运行方式和结构, 不占用现有系统资源, 在电缆接地导体上安装高频电流传感器, 安全可靠, 直接选定故障电缆线路。实现电力电缆在线故障预警, 提前预警故障隐患。便于供电部门提前或有计划检修, 避免因电缆突发故障造成停电, 减少因停电所造成的经济损失以及对企业生产和人民生活带来的不利影响, 提高供电可靠性。
摘要：本文主要论述了电缆接地线电流在线监测技术的应用, 在不改变电缆运行方式, 不占用现有系统资源的前提下, 在电缆接地导体上安装高频电流传感器, 实现了电力电缆在线故障预警。
关键词：接地线,在线监测,应用
参考文献
[1]黄烨青.浅谈电力线路接地线的重要性[J].中国科技博览, 2013 (26) :39-41.
[2]付炳哲, 石东.缆接地线电流在线监测技术的应用[J].硅谷, 2013 (12) :24-25.
电流监测技术 篇2
摘 要：直流系统相当于一个独立的电源，可以作为各项设备的后备电源，当交流供电的功能性发挥不畅时，可以由直流系统进行电源的输送，从而使得设备可以始终处于稳定的运行状态。但是，如果绝缘电阻降低的情况，直流系统中的电流会经由大地侵入到交流系统中，可能会导致交流系统中的部分设备出现故障。这时绝缘监测装置就会发出的错误的警报，影响系统的安全。文章就直流系统电流对绝缘监测的影响展开探讨，结合直流系统的实际情况，制定有效的应对措施，旨在为相关技术人员提供参考，使得绝缘监测装置的功能性可以得到有效的发挥，误报和漏报的情况，确保相关产业的持续健康发展。
关键词：直流系统；电流；绝缘监测；相关问题；影响
中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0095-02
直流系统是现阶段工业生产和各个经济活动中的重要组成部分，如：直流照明、备用电源等，可以在交流电不能正常运行的情况下，持续为设备提供电源，促使设备可以始终正常工作状态。直流系统是保障工业生产和其他产业的重要保障。在实际的直流系统应用的过程中，如果接地绝缘发生故障时，可能会侵入交流系统，甚至可能造成短路和重大安全事故的发生。绝缘监测是监测直流系统的关键部分，分析绝缘电阻的变化情况，并根据测量值的极限情况，进行警报。而直流系统中电流对绝缘监测的影响十分明显，为此，需要强化分析与解读工作。
1 直流绝缘监测的相关概述
直流系统对设备的作用十分明显，有效的提高设备的运行效率。但是直流系统在实际的运行过程中，会受到故障因素的影响，导致安全隐患的发生。直流绝缘监测主要是对地绝缘的情况进行监测，并完成对直流系统的各个部分的检测，促使绝缘系统的功能性和安全性可以得到全面的发挥，实现对故障的判断和分辨，并根据直流系统的基本情况，做出报警工作，由维护人员做出相关维护措施，促使直流系统可以始终处于稳定的运行状态，规避安全隐患的发生，避免继电器和熔断器出现损坏的情况。直流绝缘监测对直流系统的应用具有十分重要的影响，推动相关产业的持续健康发展。
2 直流系统电流对绝缘监测的影响分析
直流系统在实际的使用过程中，接地故障的发生，可能会导致直流电流的入侵，对交流电和相关设备造成影响。而且，这部分电流同样会对绝缘监测造成影响，为此，需要分析直流系统电流对绝缘监测的影响情况。借由等值戴维南模型，对直流系统电流对绝缘监测的影响展开分析。
2.1 直流系统运行状态的等值分析
直流系统在实际的运行过程中，需要各个元件的支持，其中换流器是实现直流系统稳定运行的关键部分。但是换流器在实际的工作中，会受到外界因素的影响，其功能性发生变化，致使绝缘地阻发生变化，但是却与的交流系统的绝缘变化情况存在一定的区别。当的绝缘地阻发生变化时，直流系统中的电流会沿着地阻发生流动，并侵入到的交流系统中，影响交流系统的稳定运行。
基于上述情况，结合三相桥式不控整流器的基本情况，展开直流系统等效分析工作。由于上述的情况，会发生通路的情况。这个通路中，交流系统会承担的“负债”的功能。针对该通路中，将电流和土壤模型视作一个恒压源，结合戴维南模型的基本情况对电路进行简化，如图1所示。
在获得等值模型后，明确直流系统中的电流和地阻的实际情况，结合实际情况，可以将戴维南等效模型中的电流和电阻视为动态情况。针对地阻变化电流侵入的情况，可以采用正反向多次输入的形式，减少电流对绝缘监测的影响，提高检测的精度。
2.2 基于直流注入的绝缘监测
在实际的绝缘监测时，可以采用直流信号注入的绝缘监测原理，具体的监测，如图2所示，结合串联分压的形式，对电阻R0两端的电压进行计算，从而根据测量结果获得的绝缘电阻的具体数值。
结合上述原理图，可以获得绝缘和电流之间的连续。在实际的绝缘监测过程中，如果接地电阻发生变化。这一变化会导致线路通路中的I产生，结合测量的情况的到处待测电阻值。变化过程中的电流会随着通路流向的交流系统，还会绝缘电阻上的剩余电流叠加。
如果两者发生叠加，可能会导致调绝缘检测的监测结果不够准确，不能有效的获得准确的数据情况。而且，叠加的电流会使得的绝缘监测的测量准确性和可靠性不能得到保障，会导致出现误报和漏报的情况，严重影响绝缘监测的运行质量和运行效率。
2.3 直流系统电流对绝缘监测的问题
经过上述研究。得到直流系统的电流对绝缘监测是切实存在影响，结合直流系统的实际情况，提出相关假设。
①绝缘处于稳定的运行状态时，直流系统的电流没有发生侵入情况。
②绝缘监测中的直流注入的间隔内，直流系统始终处于同一运行状态。
③直流注入量不会对等效模型的基本情况造成影响。
④在进行直流注入量，与直流阻抗网络的拓扑结构不会发生变化。
结合上述假设，合理的展开直流系统电流对检测系统的对策，促使绝缘监测的稳定运行，促使绝缘监测的效果和质量的提升。绝缘监测的情况下，针对直流系统的电流和剩余电流的叠加情况，重视注入源和干扰源的影响，并科学的对其进行控制。叠加电流对的绝缘监测的效果影响十分明显，叠加电流的产生，会使得直流量受到影响。
这时绝缘监测不能准确的绝缘电阻上的分压情况，导致测量的绝缘电阻情况会出现误差，实际情况是测得的电阻会远远的高于真实的电阻，测得的电阻过高，就会导致绝缘监测的不会发出警报功能，使得直流系统的接地故障不能得到及时的发现，制约直流系统的稳定运行。
如果与上述情况的电源方向相反时，就会导致的绝缘监测测得的电阻与实际存在差异，这一差异是实际电阻远远大于测得的电阻，测得的电阻过小，绝缘监测发出报警功能，但是报警是错误的，就会导致误报的情况发生，导致维护人员采取错误的维护措施。
3 直流系统电流对绝缘监测影响的对策
结合直流系统电流对绝缘监测的影响情况，制定有效的应对措施，避免绝缘监测出现误报和漏报的情况，促使直流系统的功能性和稳定性可以得到发挥，规避安全隐患。
可以采用的正反两次注入的形式，并分别对两次注入过程中的电阻值进行测定，并结合下列算法：
借由上述算法，可以使得的电流的叠加情况得到遏制，将剩余电流进行消除，促使绝缘监测可以得到较为准确的绝缘电阻值，有效的避免绝缘监测出现误报和漏报的情况，提高绝缘监测的有效性，推动直流系统的运行质量和运行效率的提升。
4 结 语
直流系统是工业生产和其他行业的重要部分，可以在交流系统运行不畅的情况，为设备提供稳定的后备电源。结合等值戴维南模型，分析直流系统电流对绝缘检测的具体影响。
在明确直流系统电流对绝缘监测的具体影响后，制定有效的完善措施，减少直流系统电流对绝缘监测的影响，发挥绝缘监测的功能性，减少误报和错报的情况，推动直流系统的稳定性和可靠性可以得到全面的发挥。
参考文献：
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[4] 李秉宇，陈晓东，郝晓光. 直流系统绝缘监测装置对保护误动作的影 响[J].电测与仪表，2010，08：45-47.
[5] 蔡勇，严屏，夏勇军，等.绝缘监测装置在直流电源系统中的应用分析[J].
接地电阻突变电流监测装置的应用 篇3
由于中性点经电阻接地方式在我国使用时间不长, 正常运行时接地电阻不承受系统电压, 所以对接地电阻的运行工况控制一直未得到重视。目前, 国内对接地电阻运行工况的研究主要集中在理论分析上, 对接地电阻故障监测装置应用和运行情况的讨论较少。
1 接地电阻监测装置
目前, 上海市区供电公司在所属变电站中加装的中性点接地电阻监测装置为ZDT中性点电阻突变电流测录仪。该测录仪通过对流经中性点电阻的电流及中心点电压进行采样, 以测录接地电阻的工作状况并监测用电网络的三相平衡度及各相对地的故障情况, 保证接地电阻运行状态良好。仪表记录下的数据, 能捕捉和分析系统的异常运行状态。
中性点电阻突变电流测录系统是由安装在现场的测录仪表实现数据测录、存储, 通过多种方式进行数据采集并传输到上位计算机, 由计算机管理软件进行数据的分类、存储、共享, 运行和管理人员可随时查询, 可选取需要的数据进行报表输出和曲线打印。数据采集可以采用RS232、RS485以及GSM无线通讯等多种方式。
1.1 中性点接地电阻监测装置的特点
(1) 采用先进的DSP内核的测量芯片, 保证了电流有效值及瞬时最大值、电压有效值的测量精度, 使各数据的校正、转换、计算和存储在很宽的测量工作范围内可以满足仪器测量的各项技术要求。
(2) 仪表的输入端采用非晶态合金材料绕制而成的专用电流互感器和电压互感器, 保证了输入信号的精度和线性度。
(3) 采用自诊断和自修正技术, 能在较差的工作环境下, 保证其测量精确度和稳定性。
(4) 数据存储采用了串行E2PROM芯片, 可靠性高、功耗小。无需后备电池, 失电时亦可保持数据。
(5) 监测仪表整机不用任何电位器或可调元件, 避免了因可调元件的数值改变而引起误差。仪表的校准和设定工作都是通过软件来完成的。
(6) 抄表方式具有多种通讯形式, 可采用RS232、RS485以及GSM无线通讯方式。
(7) 系统软件可对大量的采集数据进行储存、分析等各类处理, 操作简便, 用户界面良好, 功能完善。
1.2 中性点接地电阻监测系统的构成
ZDT中性点电阻突变电流测录装置通过对流经中性点电阻的电流采样 (也可对零序电压采样) , 监测接地电阻的工作状态、各相对地的故障情况, 保证接地电阻运行状态正常。通过零序电流 (也可通过零序电压) 启动仪表记录数据, 有利于捕捉和分析系统的异常情况。根据接地故障对中性点接地电阻的影响, 记录通过电阻的最大电流以及持续时间, 并能结合变电站自动化装置, 实现报警。图1为ZDT装置系统硬件构成框图。
整个系统在时钟同步信号的协调下高速运转, 特别是对电流信号不间断地以4000点/秒的速率进行采样, 保证了对异常信号的捕捉、采样, 足以构画电流的波形曲线;但为了节约时间也节约存储空间, 所以只对交流电流的最大值进行校正运算并存储, 存储数据所能构画的是异常电流的包络线, 这些数据已完全能够作出对异常电流的分析与判断。在对接地电流进行监测的同时, 对中心点接地系统的零序电压, 也进行了监测, 以便一旦发生接地异常或故障时, 可通过对电流、电压的综合分析, 得出对故障异常的正确判断。
2 中性点接地电阻监测装置运行情况分析
2005年10月, 上海市电力公司市区供电公司完成了2台样机的试制和性能测试, 随后在卢湾站等变电站的变压器10k V侧接地电阻上加装ZDT中性点电阻突变电流测录装置, 按照相关运行要求, 制定如下规定:
(1) 小电流检测装置定值设置:120A有效值 (一次电流) , 持续5s动作发信或小于5s累计9次动作发信。
(2) 日常巡视应检查外观无异常, 检查装置面板电流显示值应不大于30A, 并与主变10k V零流继电器面板显示读数校对相符。
(3) 日常检验周期暂以配合检验为主。
(4) 当装置动作后, 当值调度员应立即通知中心站到现场检查。现场检查仍有较大接地电流 (其值大于100A且与主变10k V零流继电器面板显示读数校对相符) , 应进行接地试拉处理, 接地试拉可参考出线保护的零流读数。处理后次日继保班应调出装置内部记录。
通过多个监测点的数据可发现, 接地电阻上监测到的电流都是大电流短时间和小电流长时间通过, 常规零流保护无法动作, 但此时接地电阻的动热稳定性会受到很大的影响, 严重的可能会导致接地电阻损坏。因此, 调度运行人员必须根据监测装置的记录结果及时采取相应措施, 防止事故的扩大化。现以卢湾变电站的中性点接地电阻监测数据为例进行说明。
2.1 对超限电流的监测和动作情况
卢湾变电站2010年1月的ZDT监测数据显示, 1月4日监测到最大电流为747.4A, 最大瞬时电流为1093A。根据电流发生及失去事件, 22:10:17电流发生1.4A, 瞬时电流为3A, 6s后电流失去, 根据规定此时监测装置不发信号;在22:10:25时再次有突变电流发生, 22:10:36时ZDT监测装置报警输出。根据运行规定, ZDT装置记录的瞬时电流超限过程曲线图, 当大于120A的一次瞬时电流出现累计满9次时, 装置发出报警信号, 通知调度人员接地电阻上有突变电流情况, 有效地监测到小电流接地故障的发生。
2.2 对长时间小电流的监测
由卢湾变电站2009年11月的监测数据可知, 接地电阻在3日、4日和12日多个时段流过1A左右的小电流, 该电流长期存在, 但小于间接性保护的整定电流, 因此无法触发继电保护装置动作。ZDT装置对该间歇性小电流的发生和失去进行记录, 运行人员可根据事件记录对设备采取检测和故障排查。同时, 长时间的小电流要触发间隙性接地保护, 其二次电流出现间隙必须小于整定要求, 通常为1s;若间隙大于整定值时就重新开始累计, 这种长期出现的小电流会使接地电阻发热。针对该情况, ZDT监测装置在记录突变电流时累计一定时限内的电流发生次数, 当累计次数满足规定要求时即可报警, 防止上述异常情况的继续发展。
2.3 对短时间大电流的监测
由卢湾变电站2009年9月的监测数据可知, 17日14:05:04流经接地电阻的最大电流为228.8A, 持续时间仅为1s, 达不到定时限零流的动作时限, 因此不触发继电保护装置动作。运行人员可根据ZDT装置事件记录及时发现流经接地电阻时间极短的大电流, 有效监测了接地电阻的运行工况。
3 结束语
电缆护层接地电流在线监测分析 篇4
关键词：电缆护层,接地电流,在线监测
0引言
国内110 kV及以上单芯电缆的金属护层一般采用交叉互联双端接地或单端接地的运行方式。正常情况下, 金属护层对地只有几十伏的感应电压, 但一旦接地系统遭到破坏, 交叉互联线被盗或失去与接地网连接之后, 金属护层上的电压降由正常运行的工频感应电压改变为悬浮电压, 电压数值很可能上升到电缆外护套工频耐压值容许值之上。在这种情况下, 将导致外护套击穿或护层保护器烧毁从而形成单端接地, 在接地点处会有长期的放电存在或经外电极爬电连通到最近的金属支架或固定金具, 最终导致火灾。
1护层接地电流计算方法
以某型号110 kV交联电缆为例:XLPE-1×400 mm2, 结构如图所示:
其参数如下:
导体直径24.1 mm;导体屏蔽层直径26.6 mm;绝缘层直径65.8 mm;绝缘屏蔽层直径68.8 mm;衬带层直径73 mm;金属护套层直径85 mm;PVC外护套层直径95 mm。
当一个交叉互联单元中某相接头互联线被断开后, 该相接头两侧电缆金属护层完全悬空, 视导体屏蔽与绝缘屏蔽、金属护套与地 (和石墨外电极) 形成两个电容值分别为C1、C2的同轴柱形电容, 则C1和C2构成一个电容分压器, 金属护层作为电容极板每一点上的电位应相等, 其对地电压U2为C1、C2对线芯电压U0的分压。
取XLPE相对介电常数εr1=2.3, PVC相对介电常数εr2=5.5, 假设外电极完好且充分接地, 可简要计算出金属护层对地电压U2:
C1=2π×εr1×ε0 [l/ln (R2/R1) ]= 2π×2.3×8.85[l/ln (32.9/13.3) ]=1 41l (pF)
C2=2π×εr2×ε0 [l/ln (R4/R3) ]= 2π×5.5×8.85[l/ln (47.5/42.5) ]=27 50l (pF)
U2=U0C1/ ( C1+ C2) =64×103×[1 41l/ (1 41l+27 50l) ]=3 121 (V)
根据计算可以得出, 电缆金属护层对地电压监测有着重要意义, 若不及时发现不但可能造成设备损坏, 还有可能危害运行维护人员的生命。
2护层接地电流在线监测方式
护层接地电流的监测设备很多, 也很成熟, 其原理与电流互感器 (CT) 基本一致, 采用电流采集器和互感器线圈相结合的变压原理, 将电缆护层接地电流的微小变化扩大、数字化, 实现对护层电流的监测。由于监测设备必须安装在交叉互联接头或终端头的接地线处, 因此, 该项技术关键点在于采集器的供电和采集信息的传输。
按照正常思维, 在隧道内的护层接地电流的监测设备电源应从隧道内低压电缆上取电, 然后再架设一条用于通信的传输光缆, 以实现数据的采集与传输。但该方式导致隧道内线缆较多, 故障几率随之增加, 且隧道内较为潮湿, 低压线缆在这样的使用环境中必须密封、包裹, 以确保不会引起火灾, 如此便大大增加了投资。在此情况下, 采用供电和通讯共缆传输技术, 用一对双绞线实现低压远程供电和传输载波通讯成为了最为经济、可行的传输方式。该方式通信防护等级高, 不仅实现有效的防水、防尘, 同时线路的可靠性和使用年限大大高于普通AC220电源线。
解决了以上问题后, 还存在一个棘手的问题。由于城市发展的特殊性, 电缆线路往往不是整条敷设, 即一条供电线路由电缆和架空线路交替相连。一条供电线路中, 某一段电缆敷设于地下电缆隧道中、某一段电缆敷设于电缆沟或电缆排管中, 这样就导致不同段的电缆连接头、终端连接头在线监测通讯线路只能采用架空线路方式安装, 大大降低使用寿命, 经济性和可靠性都受影响。面对此类情况, 只能采用其他的通讯方式方能达到实用、经济的目的。最合适的通讯方式应该使此类电缆分段连接头或电缆终端连接头采用各自独立的供电与通讯方式。
就供电而言, 该类电缆接头和电缆终端头附近一般没有低压电源, 可采用的供电方式有3种:太阳能、蓄电池、采用CT环从主线路上感应取电。3类方式优缺点对比 (见表1) 。
3结语
综上所述, 一般太阳能供电方式用在电缆沟槽外阳光直晒效果较好的电缆终端头处;蓄电池用在容易接触、更换、充电的点位;CT环方式虽可在任何点位使用, 但安装方式复杂, 且和主线路的负荷大小密切相关, 因此不推荐使用。具体供电方式应根据工程实际情况选择。
就通讯而言, 最经济、实用的传输方式莫过于GPRS无线传输方式, 通过公用的付费网络实现, 即节约了投资又减少了工程量。
参考文献
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电流监测技术 篇5
关键词：数据采集,LabVIEW,串口通讯
1 引言
远程监控系统中, 以计算机为上位机和以单片机、DSP等为下位机的集散式测控系统被广泛应用, 其中下位机主要进行数据采集和功能控制, 上位机作为人机交互界面进行指令传送、数据处理和可视化显示。
上位机软件一般采用VC开发环境, 使用MSComm控件开发通信模块, 实现数据的采集存贮和控制参数设置, 使用window API显示函数实现数据显示。由于window API显示函数编程复杂, 使得整体调试效率大打折扣。
Lab VIEW作为目前国际上应用最广的数据采集和控制开发环境之一, 在测试与测量、数据采集、仪器控制、数字信号分析、通信仿真等领域获得了广泛的应用。同时鉴于Lab VIEW模块化的开发构架, 可以轻松实现软件功能的扩展, 降低上位机软件的开发周期和难度。
2 系统组成
系统主要由数据采集卡和监测计算机组成, 数据采集卡由DSP处理器、PCF8591转换卡、I/V转换电、小电流放大电路组成, 监测计算机通过RS-232串口接收由数据采集卡采集的信息, 通过Lab VIEW软件实现数据的处理, 实时谱图。
3 监测计算机通信协议
监测计算机通信协议采用三层结构来描述。物理层是利用物理媒介实现物理连接的功能描述和执行连接的规程, 提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的、功能的和过程的条件。数据链路层用于建立、维持和拆除连接, 实现无差错传输的功能;应用层针对不同的应用, 利用链路层提供的服务, 完成串口异步点对点通信。
3.1 物理层协议
物理层利用全双工的RS-232和自定义单向输出接口进行通信, 采用异步通信方式, 设定RS-232接口波特率为每秒19200波特, 数据位8位, 起始和停止位各1位, 无奇偶校验位。
3.2 数据链路层协议
数据链路层的基本通信单位是帧, 帧结构如图1所示。
格式说明如下。
帧长度:为每一帧的第一个字节, 用来说明帧体的长度;
帧体:用来封装来自上层 (应用层) 的数据报, 长度为8~248字节, 链路层对这一部分不做处理, 由应用层进行处理。
帧长度的引入可以方便程序设计, 同时也能够起到一定的检查错误的功能, 可以发现传输过程中丢失字节的错误, 并且丢弃缓冲区中接收错误的字节。发送/接收帧的程序流程图如图2所示。
3.3 应用层协议
(1) 输出数据帧格式。监控计算机输出数据帧格式有两种:存储数据和工作状态输出帧格式。工作状态输出帧格式中包含握手确认帧格式。存储数据、工作状态输出帧格式分别如图3、图4所示。
(2) 输入指令帧格式。输入指令帧有两种格式:输入参数帧格式和输入控制状态帧格式。输入参数帧长度不定。输入参数帧格式及输入控制状态帧格式如图5、图6所示。
为确保输入指令中数据参数的正确, 当监控计算机发出一帧数据时, 总是等待数据采集卡接收数据后发送确认帧, 监控计算机收到确认帧认为一次通信结束, 否则通信出错。由于数据采集卡发出的数据量比较大, 间隔一定采样时间发送一帧数据, 当监控计算机接收数据后无需发送确认帧。监控计算机和数据采集卡握手数据流程如图7所示。
4 监测计算机软件设计
(1) 监测计算机功能。监测计算机设计功能如下: (1) 实时数据采集; (2) 2路信号实时谱图绘制; (3) 控制指令和谱图数据存储; (4) 工作状态监测; (5) 参数设置和控制。
(2) 实时数据采集及存储模块。实时数据采集模块采用RS-232接口, 全双工模式, 传输率设置为19200bps。采集数据的类型有:小电流值、小电流对应的电压值及数据采集对应时刻。综合考虑每帧数据长度和串口传输率限制, 确定采样率为20ms。数据存储模块存储的数据类型有:数据采集卡采集的16进制原始数据 (小电流值) 、由通讯协议翻译过来的ASCII数据、通讯异常情况等。同时存储的信息还包括测试时间、编号等说明, 这些信息在每次测试前手动输入, 以方便日后对小电流数据进行检索和管理。
(3) 状态监测模块。状态监测模块主要完成对实时传输数据及数据采集卡状态的监测。监测数据类型有小电流对应的电压值、接收到数据的帧数及丢帧数。对数据采集卡工作状态的监测, 包括运行、停止和暂停三种工作状态。
(4) 参数设置模块。参数设置模块可以对小电流转换电压变化过程进行设置, 可以对电压分段数、电压步长、扫描间隔时间等参数进行设置。其中电压分段数可以取30以内的自然数 (包括30) ;扫描控制电压步长0.3m V~1V可调;扫描间隔时间10ms以上可调。
5 结束语
通过对Lab VIEW的编程, 可以很方便实现PC机与小电流采集数据卡之间的通信, 并且人机界面友好, 操作方便。系统可以实现采集信号的波形显示、数据的自动保存、对数据采集卡控制等功能。系统开发时间短、成本低, 使用效果良好。
参考文献
[1]关旭, 张春梅, 王尚锦.虚拟仪器软件Lab VIEW和数据采集[J].微机发展, 2004, 14 (3) :77-79.
[2]李达, 魏学哲, 孙泽昌.Lab VIEW数据采集系统的设计与实现[J].中国仪器仪表, 2007 (1) :49-52.
[3]杨乐平, 李海涛, 赵勇等.Lab VIEW高级程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2003.
电流监测技术 篇6
1 电力电缆接地系统
所谓接地, 就是将电气设备在正常情况下不带电的某一金属部分通过接地装置与大地做“电气连接”。电气设备的接地部位通常包括中性点、金属外壳、金属基座和支架等。
电缆的接地系统是保证电缆安全运行的一个重要部分, 由于电缆接地系统不正确、运行中接地线被盗、接地施工质量存在问题而造成电缆和附件发生事故的情况时有发生。
1.1 电力电缆接地系统分类
电力电缆接地系统包括电缆接地箱、电缆接地保护箱 (带护层保护器) 、电缆交叉互联箱等部分。电缆终端部分采用电缆接地箱和保护接地箱, 在地下电缆管道内采用交叉换位箱。
1.2 电力电缆接地系统的作用
当电缆本体、中间接头或者电缆附件出现异常引起导体电流过大时, 直接接地系统可以分担一部分故障电流, 延长电缆设备带故障运行的时间。目前国内外普遍采用氧化锌保护器, 该保护器在正常工作条件下呈现出很大的电阻, 以保证电缆护套在单点互联接地状态下工作。当雷电波和内过电压波进入电缆线芯, 不接地端的护套出现较高电压时, 保护器却呈现较小的电阻, 使电流较容易经保护器泄入大地。
1.3 电力电缆接地系统存在的问题
考虑到接地箱在户外存在偷盗风险大, 电缆接地线的铜芯变卖价值高, 箱体密封性不佳导致电缆本体多点接地, 引起金属护层感应电流过大等问题, 如今在苏锡常地区我们大部分应用的是电力电缆终端接地线加接地扁铁接地, 缩短了接地线的长度, 保证接地的稳定性。
目前我方在进行电缆运维工作时发现, 电缆三相终端头的接地线非常容易遭到偷盗, 接地线由于其本身长度较短, 不易被发现, 加上电缆线路工作的不断增多, 使电缆运维工作的开展难度不断变大。然而现在此种接地方式电力部门应用的较为广泛, 因此针对110k V及以上采用接地系统的电缆终端需要一种有效、实时的监测手段。
1.4 国内外故障探测技术综述
早在二战时期电力电缆故障的探测方法就已经提出, 发展到今天电缆的故障监测一般分为离线监测和在线监测, 离线检测如:电桥法、低压脉冲法、驻波法等都是在系统出现故障后, 断电检测。通过有关设备检测故障距离, 当电力电缆发生故障时无法迅速找到故障点, 有很长的一段停电时间白白在等待检测中浪费掉, 经济损失不能及时挽回。随着电子原件的广泛应用以下方法开始应用于电缆的故障检测中。
烟雾传感器, 优点:技术成熟、反应灵敏广泛应用于烟雾报警场合;缺点:电缆运行在长期无人的条件下, 当烟雾传感器感应到信号时, 火灾事实已经发生, 没有做到提前警告。
感温电缆, 优点:反应灵敏、可实时监控;缺点:只具有区域报警功能, 无法准确定位, 不能测出电缆的温度。无法对早期故障预警, 对敷设环境要求也很高。感温钢丝一旦短路报警就不能复原, 报警后必须更换受损部分才能重新监测。
热电偶, 优点:热电偶相比于感温电缆其优点在于可以显示温度值;缺点:任何一个热电偶输出的都是模拟量, 所以需要对信号放大以及A/D转化, 此外热电偶用的是弱电, 不能长距离传输, 这使得长距离布线相当困难。热电偶的灵敏度低容易受环境干扰。而且由于它的自身缺陷, 热敏电阻容易损坏、维护量大, 维护不便, 传感器也不具有自检功能。
红外检测, 优点:响应速度快, 灵敏度高, 红外设备测温技术的非接触, 被动式诊断特点, 可以在不停电的情况下实现长远距离里的实时诊断。红外设备只是被动接收物体发出的红外线, 这样就不会对运行中的设备造成额外的损坏以及负面影响, 这是一种无损检测;缺点:电力生产需要保障它的连续性, 但是电力生产的过程中往往会发生突发性或频发性的故障, 设备的无损在线检测对电力生产的安全保障非常重要。但是红外检测技术也受其自身的缺点限制, 因为该技术在测温的时候受到物体发射率以及对环境要求比较高, 在雾气天气不能很好的工作。
分布式光纤测温, 优点:具有高灵敏度、高速度以及强适应性的优点。此外, 利用光纤测温是通过对光纤中的光信号进行测量分析和传输, 这是一种无电检测技术。而且光纤可以很方便的敷设在电缆外, 实现数字化检测, 其使用寿命长, 稳定性高非常适用于电缆温度监测;缺点:实际应用中这种测温方式造价极高且因为光纤极细一旦损伤无法修复, 因此该方法仍处于研究阶段。
2 电缆接地系统故障案例
以下是近两年我们处理的电缆抢修事故中由于电缆终端接地线偷盗引起的电缆故障。
2013年12月, 地点:郊区, 电缆型号:110k V110k VYJLW03-64/110-1*1000单芯电缆
巡线人员在进行110k V电缆通道巡视时, 在某中间接头井处发现有冒烟现象, 下井查看后发现接头井内排管与牵引管过渡处孔洞封堵有明火, 灭火后巡线人员在电缆表面查看有延燃现象, 初步判断起火点位于孔洞内的电缆金属护层, 随即打开中间接头接地箱, 箱内护层保护器已烧毁, 显然是由于电缆金属屏蔽层流经电流过大, 引起接地系统损坏。经巡视人员对全线进行事故巡线, 发现在该110k V电缆T2终端头处的接地线被盗, 造成电缆两端接地悬空, 电缆运行一段时间后, 由于感应电压引起的护层电流无法直接接地, 当电流不断升高后造成护层保护器击穿, 电缆外护套泄露过大引起电-热反应, 起火引燃。
基于以上事故案例, 可见电缆接地系统在电缆日常运行中的重要性, 结合我们对110k V电缆进行环流检测的经验, 我们与厂家合作研制了一套实时监控电缆环流数据的设备, 以此对电缆接地系统异常, 环流数据过大和接地线偷盗等缺陷实现实时监控。
3 高压电缆护层电流监测设备
3.1 设计背景
高压电缆金属护层上的接地线为保护接地, 其作用是将其电缆接头外屏蔽层上的高感应电压和电缆接头故障时产生的漏电流通过接地线再经接地系统导入大地, 从而保证设备和工作人员的人身安全。如电缆发生故障时, 将导致漏电流增大, 此时接地线上电流将同时增大。如不及时处理, 将会对电缆的长期寿命和短时运行安全造成极大的影响。因此, 对电缆护层电流的监测显得尤为重要。
通过在在电缆护层接地线上安装一套接地电流采集装置, 可有效监测接地电流泄漏状况, 通过安装于监控中心的接地电流采集主站, 做到对电缆接地电流的实时监控;一旦电缆发生故障, 导致接地漏电电流增大, 系统会马上发出报警, 提示相关人员对电缆故障进行及时处理, 大大提高了电缆运行的安全性。
3.2 设计原则
高压电缆护层电流监测系统必须具备先进性、安全性、统一性、可扩展性、独立性等原则, 构建最适合于用户单位目前和未来发展所需要的系统架构, 我们简要对几点原则进行介绍:
3.2.1 先进性原则
护层电流监测系统需达到实时监控、快速响应、科学决策、动态控制的目的, 必须使其在多传感器技术、软件系统技术方面具备当今最先进的信息技术水平。
3.2.2 安全性原则
安全性和可靠性是电力部门考虑的最重要的一点, 作为高压电缆健康辅助监控系统, 平台自身安全稳定运行是对其各种设施和系统的基本要求。因此必须保证所有组成设备在复杂恶劣环境下长期稳定的运行, 系统的数据收集、远程管理、数据传递的可靠安全。
3.2.3 统一性原则
高压电缆护层电流监测系统作为综合监控系统的组成部分之一, 必须能够无缝接入分布式组态监控平台, 系统间接口对用户透明、易用性强。使电力用户可以通过分布式组态监控平台直接管理、协调、监控、指挥护层电流监测子系统的各项功能。
3.2.4 扩展性原则
高压电缆护层电流监测系统宜具备开放式扩展的能力, 能够满足未来较长一段时间内的功能增长需求。扩展性技术原则包括:
1) 硬件系统的可扩展能力。系统的硬件应该能够具备对新型接入设备的扩展能力, 保证在统一的技术原则下向后的扩展兼容。
2) 传感器数量扩展性。系统具备对既有传感器接口数量的扩展性, 针对护层电流采集、接头温度采集、电缆防盗割等传感器均具备数量升级的能力。
3.2.5 独立性原则
由于该系统分布于隧道、终端、排管或者变电站内, 必须具有独立运行能力, 主要体现如下:子系统安全隔离性、单独运行能力、子系统弱耦合交互。
3.3 设备结构框图
我们简要将此套设备划分为如下模块:采集模块、传感器、电源、显示模块。
3.4 护层电流采集模块原理
设备采用高精度电流、电压专用AD芯片, 集成了多路二阶sigma-delta ADC、参考电压电路以及电流、电压有效值、相角、频率等参数;最多同时支持6路电流、6路电压信号采集;通过对电流采样值进行平方、开方以及数字滤波等一系列运算得到。电压通道输入有效值500m V到1m V的信号时电流有效值的误差小于0.2%。
主要实现功能:
1) 具备6路电流类互感器接入功能, 实现组合接入功能:6路护层电流、6路线路电流、3路护层电流+3路线路电流、3路护层电流+1路公共地线监测功能;上述6路具备灵活配置功能。
2) 具备3路防盗接入功能;
3) 具备4路PT100接入功能;
4) 具备2路温湿度接入功能, 一路用于采集箱内;一路用于护层环流的环境温湿度监测 (可扩展) ;
3.5 设备试验
我们对此套设备反复地调试和改进, 保证其测试数据的准确性和稳定性, 检测其发信功能是否良好, 一切就绪后, 开始对该监测设备进行现场测试。
现场试验人员确认, 该设备在测试过程中运行稳定, 能良好地对电缆终端终端三相接地电流进行测量, 我们将测试期定为两个月, 以保证其运行的可靠性。
4 总结与体会
从现场测试期的表现来看, 该监测设备能够适应周边环境不受太大影响, 且能够让运维人员准确、快速地采集到所需环流数据, 下面谈几点应用体会:
1) 电力部门在设计阶段针对电缆的电压等级、电缆截面、保护方式合理选择接地线和护层保护器的型号, 注重产品质量, 并且严格把关验收制度。
2) 由于110k V电缆截面从400至1000不等, 在普遍应用监测设备的同时应对运行电缆型号进行统计, 配套生产合适内径的电流采集模块。
3) 除了安装在隧道、排管和变电站内, 此套设备大多位于户外, 鉴于其具有一定的变卖价值, 必须做好必要的防盗措施。
4) 为了不影响电缆的正常运行和测量的准确性, 传感线必须与电缆本体捆绑固定, 避免接触接地扁铁等终端金属附件。
5) 对于重要负荷和单电源运行的电缆线路, 运维人员应缩短巡视周期, 加强巡视力度, 发现数据为0 (即接地线失窃) 或者三相数据异常的需及时上报, 防止故障扩大。
参考文献
[1]李宗廷等.电力电缆施工手册[M].中国电力出版社, 2002.
电流监测技术 篇7
1 地铁杂散电流数学模型以及腐蚀机理分析
建立地铁杂散电流数学模型指的是构建关于地铁杂散电流场的神经网络模型和电路元件模型, 或者构建电场半球电极模型, 以杂散电流的有关数据研究钢轨的电化学腐蚀破坏情况。这三种数字模型都是在不计导电轨电阻及其分布规律的基础上来解释杂散电流的分特性和产生机理, 不适用于准确模拟结构复杂的杂散电流场[1]。
出于金属电阻比较小的原因, 钢轨极易产生杂散电流, 使电流通过导电介质反复回流到金属中。杂散电流的来源是机车接触轨的供电回路, 因为轨道中的回流线轨具有比较大的电阻抗, 牵引电流产生轨压降, 同时, 回流轨具有地面电位差, 使回流线电流泄漏, 泄漏电流通过道床、土壤介质和地下管线设施等导电介质传递再次回到钢轨上。杂散电流在土层中通过金属管线传导流动, 使周围的土壤形成通电回路将其传导出土层, 造成电化腐蚀, 同时, 使电流导出位置的导体极化变成正电位, 加快腐蚀速度[2]。
2 监测系统构成分析
杂散电流腐蚀危害的监测数在现监测系统中最先进, 通过数据通信控制器、智能传感器和上位机监控系统数字化监测杂散电流腐蚀给钢轨造成的危害, 以便针对性地采取各种有效措施控制和修复钢轨上的损害。该系统运用智能传感器采集钢轨电压和各种电位的参数, 将监测到的数据上传给数据通信控制器, 经过传感器取样和处理, 再将传输给上位机监控系统, 分析样本数据形成监测点的曲线, 通过通信控制器下达、执行各种指令, 实现远程监控杂散电流。
3 杂散电流防护措施分析
基于监测系统的杂散电流防护设计有3种:堵截法, 控制漏电源头, 减弱产生的杂散电流;排流保护法, 采取有效措施排流、分流产生的杂散电流, 减少电化学腐蚀危害;监测法, 监测过高的杂散电流, 采取有效的措施减轻腐蚀危害[3]。
以下就堵截法对防护杂散电流的措施进行具体分析。堵截法主要是采取措施降低回流电路的电阻, 减弱杂散电流的产生强度, 以减小杂散电流的容量进而减弱电化腐蚀的破坏。
1) 减小回流回路的电阻。钢轨相当大的内电阻与对地绝缘电阻具有较大差异, 使流过的电流出现相当大的电位差, 进而产生巨大的杂散电流。由此可见, 减小钢轨压降是有效控制杂散电流产生量的重要举措。可以通过使用运行保护性电气、减小钢轨同路电阻、采用双边变电所供电和运用均流电线的方法, 从产生源和传导路径上来减小钢轨压降, 实现堵截或者减小杂散电流的产生。
a.钢轨与钢轨之间、地铁与钢轨之间都是直接相接, 致使漏电形成良好的导电回路, 采用畅通的电气连接钢轨, 减小回流路径的导电介质的阻值和阻值大小差异, 以减弱介质的杂散电流的形成强度;b.走行轨是牵引地铁列车的负电极, 具有大量的牵引回流, 其阻抗越小向外形成的杂散电流越小, 在其建设技术上以短轨焊成长轨的方法减少接头, 减小走行轨阻抗, 进而减小回流电阻;c.供电距离的长短直接影响杂散电流产生量的多少, 供电距离越短杂散电流产生量越少, 因而, 适宜采取双边变电站供电的方法缩短供电距离, 有效减少产生杂散电流的大小;d.采用均流电缆连接走行轨的左右线钢轨, 把回路电阻降低至原来电阻的l/4。
2) 增加杂散导电路径电阻的措施:a.增加轨道上木质轨枕和枕木对地的过渡电阻。木质轨枕、枕木的端面、道钉需要进行绝缘处理, 或者在轨枕和枕木的边缘设置质量良好的绝缘层, 或者采用支点支承走行钢轨, 或者采用不接地和二极管接地的方法建设地铁系统, 保证钢轨与接地回路有良好的绝缘体。b.进行车辆段检修时, 使用绝缘接头隔离所有列车线路走行轨与停车库线路走行轨。c.绝缘结设置在轨道重要地段的两边, 并把单向导通装置设置在绝缘结上, 抑制杂散电流导出进行绝缘处理的重要区段, 尽可能减少其对重要地段钢轨的腐蚀。
3) 由于钢轨和周围的地下金属管线存在巨大的电阻差, 才会形成大量的杂散电流, 为了减少杂散电流, 可以通过增加地下管线的值来减小电阻差值。方法有:a.应采用防水绝缘护套的双塑绝缘垫层;以绝缘方式敷设各种地铁电缆、隧洞电缆和地下金属管线;b.地铁钢轨沿线的通电电缆、通讯电缆、控制测量电缆以及通向隧道外的金属管线, 在敷设过程中必须安装绝缘接头、绝缘法兰。
4 结语
城市地铁对城市现代化的建设具有不可取代的重要作用。但轨道的杂散电流电化学腐蚀一直妨害地铁交通正常运行, 对此, 必须运用先进的监测系统和有效的措施防治杂散电流腐蚀, 保护轨道, 避免地铁运行的事故。同时, 要致力于杂散电流腐蚀机理的研究、监测系统开发以及防治措施的创新, 促成整治地铁杂散电流腐蚀危害新突破。
摘要：地铁在运行中存在泄漏杂散电流的现象, 因此地铁轨道极易遭受严重腐蚀, 使钢轨开裂、产生空洞, 形成严重安全隐患, 引发地铁交通事故。所以, 做好地铁杂散电流腐蚀的监测和防治工作对地铁的正常运行至关重要。
关键词：地铁杂散电流,腐蚀机理,监测系统,防护措施
参考文献
[1]胡云进, 钟振, 方镜平.地铁杂散电流场的有限元模拟[J].中国铁道科学, 2011.
[2]蒋雪峰, 邱忠才, 孟军, 靳红云.对地铁中杂散电流泄漏造成腐蚀问题的探索[J].中国科技信息, 2009.
电流监测技术 篇8
城市轨道交通杂散电流能够腐蚀轨道及其附近建筑物钢筋结构,造成严重安全隐患。目前逐渐增多的地铁线路都采用各种各样的监测方式,进行杂散电流的监测和防护,有效地减少地铁杂散电流,降低并消除其不利影响。相比于传统杂散电流监测系统,分布式轨道交通杂散电流监测系统在各方面更符合城市轨道交通的要求。
1 杂散电流形成与危害
城市轨道交通供电系统采用直流高压(DC750V/DC1500V)供电,接触网为正极,电流经机车负载从钢轨回流,最后流回电源负极。由于在复杂的轨道交通环境下钢轨不可能完全对地绝缘,因此钢轨不可避免地会向道床及隧道结构、车站泄漏电流,形成杂散电流。杂散电流形成示意图如图1所示。
城城市市地地铁铁杂杂散散电电流流可可对对周周围围的的通通信信电电缆外外皮皮、、埋埋地地金金属属管管线线以以及及区区间间隧隧道道主主体体结构构和和车车站站中中的的钢钢筋筋发发生生电电化化学学腐腐蚀蚀,,甚甚至烧烧坏坏排排流流设设备备。。因因此此,,为为确确保保城城市市轨轨道道交通通主主体体结结构构及及周周边边设设施施的的安安全全,,有有必必要要对杂杂散散电电流流进进行行监监测测,,并并及及时时采采取取有有效效防防护措措施施,,确确保保地地铁铁交交通通安安全全稳稳定定运运行行。。
2 分布式杂散电流监测系统
与传统杂散电流监测系统相比,分布式杂散电流监测系统有安全性高、资源共享、通信距离不受限制、网络简化等等优点,更加符合城市轨道交通需求。
该监测系统由传感器、参比电极和监测装置等组成,选取供电区间作为独立的一段,每区间段形成一个监测子系统,该系统核心部分是监测装置,不同子系统通过轨道交通综合自动化的变电所通信通道路径,向地铁指挥中心的电力监控主机汇聚,监测全线杂散电流情况,构成了轨道交通分布式杂散电流监测系统。监测系统模型原理如图2所示。
2.1 监测系统的测量内容
(1)结构钢筋的极化电压平均正向偏移值
城市轨道系统泄漏杂散电流是否能够引起隧道结构钢筋的腐蚀破坏,通过杂散电流在结构钢筋上产生的极化电压偏移值确定。地铁防腐蚀规程规定,对地铁主体的结构钢筋,半小时正向偏移的极化电压平均值不能超过500mV,这是轨道交通杂散电流监测时的一个根据。
(2)参比电极本体电位
结构钢筋极化电压不能够直接进行测量,也就需要参比电极提供基准电位进行辅助测量。因为参比电极本体电位随着时间增加而下降,当下降到一定程度时就会对测量精度产生影响,因此很有必要对参比电极本体电位进行监测。参比电极本体电位以及结构钢筋极化电位平均正向偏移值监测方式和等效电路如下图3所示。
其具体测试及转换方法如下:轨道交通系统在停电的情况下,杂散电流影响很小,此时对参比电极间的自然电位(也就是参比电极的本体电位)进行测量,电压为v1。机车在运行的情况下,结构钢筋中流出杂散电流,测量结构钢筋极化电位为v2,这样参比电极与结构钢筋间的电压差就是v1-v2,计算v2得v2=v1-(v1-v2)。则v2就是结构钢筋瞬时极化电位值。再通过软件计算得到结构钢筋的极化电位平均正向偏移值。
(3)钢轨相对结构钢筋的电压值
由于轨道和站台间可能会出现异常高的电压。为了乘客以及工作人员等的安全,免遭结构钢和钢轨间的接触电压伤害,根据标准规定:钢轨和结构钢之间的电压差不能够超过92V。根据钢轨与结构钢筋之间的电压值,能计算出钢轨纵向电阻和轨地过渡电阻,是了解钢轨的运行状态,判断钢轨有无裂缝的重要依据。
2.2 监测系统主要设备
(1)参比电极
城市轨道交通杂散电流不可能直接测量,可以通过测量极化电位间接判断杂散电流的大小,这就用到了比电极。这些一般安装或是埋设于地下结构侧壁和整体道床的参比电极,用来对轨道交通系统杂散电流引起的隧道、整体道床内结构钢筋的电位进行测量,反映杂散电流对结构钢筋的腐蚀破坏情况。
(2)传感器
传感器主要完成结构钢筋极化电压和轨构电压的数据采集,一般安装在轨道的道床、梁体和隧道壁。传感器外部接线及原理图如图4所示。
传感器采集模拟信号后,经数据变换变成数字信号,由通信接口输出。传感器能自动校正参比电极本体电位,并且在参比电极发生故障时,能够自动的发出关于参比电极故障的相关信息。为了更好的适应地质环境,传感器需要被设计成一个能够防电磁干扰、防潮、防火以及防水的整体结构。
(3)监测控制系统
为了监测各传感器接触电压以及极化电位,计算区间的过渡电阻,供电区间变电所安装一台监测装置就,依据杂散电流计算模型,可以知道本区域杂散电流的情况,并指导绝缘的防护。整个线路的监测装置监测的数据通过SCADA系统可以很方便的聚集到监控系统指挥中心,再利用监控指挥中心的强大计算能力、大容量数据存储和大幅面监测页面的特性,能够监测整条线路的杂散电流。
3 监测系统监测点设置原则
监测系统监测点位置的设置对监测杂散电流具有很大的意义,据地铁防腐蚀规程要求,需根据提供的本部位测量接地电极来设置监测点,附近金属管线需要存在测量的接线点,且监测点的测量线总长度不应超过10m,截面积不宜小于2.5mm2,绝缘耐压值需达到工频电压2KV以上。某些线路有绝缘轨道电路,此时监测点需设置在离轨道得扼流变压器10m以内的位置。但在没有绝缘的
轨道电路线路,监测点应与轨道分断点配合设置。对于地中敷设方式为直埋的电缆和水管等设备,需利用已存在的可接触的部位作为监测点,对于距离较长的管线结构,监测点需要专门设置。
根据规程中的相关要求,应在如下部位设置监测点:
(1)地下车站内,隧道壁以及车站站台的两侧道床分别设1个监测点。
(2)地下车站内牵引变电所的负回流点位置隧道壁和道床分别设1个监测点。
(3)隧道区间内,距离车站250米的隧道壁和道床分别设l个监测点。
(4)盾构区间的隧道内,需要在道床设1个监测点。
(5)高架车站内,在车站站台附近桥梁的伸缩缝上设1个监测点。
(6)高架站牵引变电所的负回流点、桥梁的伸缩缝上设1个监测点。
(7)高架区间的桥梁上,在距离车站大约250米处桥梁上设l个监测点。
(8)在上/下行线路的结构件非电气连接处要分别设监测点。
(9)在地铁尽头线以及车辆段与线路连接的坡道上分别设监测点。
4 结语
城市轨道交通系统杂散电流对轨道交通主体结构及周边设施危害巨大,必须及时监测杂散电流,将其危害降低到最小。本文分析了分布式轨道交通杂散电流监测系统,对系统的原理,结构做了详细说明。相比于传统杂散电流监测系统,分布式杂散电流监测系统具有更多优点,更加符合城市轨道交通的需求。该监测系统已经在上海地铁部分线路和深圳地铁一号线、四号线得到应用,现场效果良好,对地铁安全稳定运行起到良好的保障作用。
摘要：分析城市轨道交通杂散电流形成原因及危害,详细介绍分布式轨道交通杂散电流监测系统,对系统监测内容、主要设备的功能等进行具体描述,并对杂散电流监测点的设置原则做简单说明,以及时准确监测杂散电流,为轨道交通安全稳定运行提供保障。
关键词：轨道交通,杂散电流,分布式监测系统
参考文献
[1]闫大顺,杜淑琴,张栋梁.分布式轨道交通杂散电流监测模型研究[J].微计算机信息,2008,24(5-1):253
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