一种地铁牵引所站台钢轨电位的控制系统及控制方法与流程

本发明实施例涉及地铁供电技术领域，具体而言，涉及一种地铁牵引所站台钢轨电位的控制系统及控制方法。

背景技术：

在我国地铁供电系统中，供电制式普遍为dc1500v和dc750v的直流牵引供电系统。为了减小杂散电流的影响和危害，通常将直流牵引供电系统中的钢轨与大地进行绝缘安装，但是由此也带来了钢轨电位的问题：在轨道交通中，地铁的机车车厢与钢轨被设计成短路，即保持同等电位，在站台处安装屏蔽门时，为了保证乘客的安全，会将屏蔽门的非导电金属部分与钢轨相连，由于钢轨电位的存在，乘客在上下车时，会在车厢与站台间产生“跨步电压”，当此电压过高时会对上下车的乘客造成不适甚至危害。

为解决这一问题，现有技术在每个地铁站内设置钢轨电位限制装置，以防止站台钢轨电位过高，机车车厢和站台之间的电位差对上下车的乘客造成危害的情况发生。但是现有的采用钢轨电位限制装置的技术大多可靠性较低，会导致大量杂散电流注入大地，进而造成腐蚀埋地金属管道等危害。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种地铁牵引所站台钢轨电位的控制系统及控制方法，能够对钢轨电位进行可靠控制，避免大量杂散电流注入大地。

本发明实施例提供了一种地铁牵引所站台钢轨电位的控制系统，包括：第一绝缘节、第二绝缘节、第一开关系统、第二开关系统、控制设备和回流组件；

所述第一绝缘节设置于一站台的一端对应的钢轨处，所述第二绝缘节设置于所述站台的另一端对应的钢轨处，其中，所述站台与所述钢轨平行，所述钢轨仅与所述第一绝缘节连接的部分定义为第一钢轨，所述钢轨仅与所述第二绝缘节连接的部分定义为第二钢轨，所述钢轨既与所述第一绝缘节连接又与所述第二绝缘节连接的部分定义为第三钢轨；

所述回流组件分别与所述第一钢轨、所述第二钢轨和所述第三钢轨电连接，所述回流组件与一牵引变电所电连接；

所述第一开关系统电连接于所述第一钢轨和所述第三钢轨之间，所述第一开关系统用于采集所述第一钢轨和所述第三钢轨之间的电流值；所述第二开关系统电连接于所述第二钢轨和所述第三钢轨之间，所述第二开关系统用于采集所述第二钢轨和所述第三钢轨之间的电流值；

所述控制设备分别与所述第一开关系统、所述第二开关系统和所述站台电连接，所述控制设备用于接收所述第一钢轨和所述第三钢轨之间的电流值以及所述第二钢轨和所述第三钢轨之间的电流值，在接收到所述站台发送的屏蔽门开启信号之后，判断所述第一钢轨和所述第三钢轨之间的电流值以及所述第二钢轨和所述第三钢轨之间的电流值是否均小于预设整定值，若所述第一钢轨和所述第三钢轨之间的电流值以及所述第二钢轨和所述第三钢轨之间的电流值均小于所述预设整定值，触发所述第一开关系统断开与所述第一钢轨和所述第三钢轨的电连接，触发所述第二开关系统断开与所述第二钢轨和所述第三钢轨的电连接。

可选地，所述第一开关系统包括第一开关和第一电流测量装置；

所述第一开关电连接于所述第一钢轨和所述第三钢轨之间，所述第一电流测量装置设置于所述第一开关处，所述第一电流测量装置用于采集所述第一钢轨和所述第三钢轨之间的电流值；

所述控制设备与所述第一电流测量装置电连接，所述控制设备用于从所述第一电流测量装置处接收所述第一钢轨和所述第三钢轨之间的电流值，其中，所述第一钢轨和所述第三钢轨之间的电流值流经所述第一开关。

可选地，所述第一电流测量装置为电流传感器。

可选地，所述第二开关系统包括第二开关和第二电流测量装置；

所述第二开关电连接于所述第二钢轨和所述第三钢轨之间，所述第二电流测量装置设置于所述第二开关处，所述第二电流测量装置用于采集所述第二钢轨和所述第三钢轨之间的电流值；

所述控制设备与所述第二电流测量装置电连接，所述控制设备用于从所述第二电流测量装置处接收所述第二钢轨和所述第三钢轨之间的电流值，其中，所述第二钢轨和所述第三钢轨之间的电流值流经所述第二开关。

可选地，所述第二电流测量装置为电流传感器。

可选地，所述电流传感器为chk-5000y0。

可选地，所述回流组件包括回流箱、第一回流电缆、第二回流电缆和第三回流电缆；

所述第一回流电缆的一端电连接于所述第一钢轨、另一端电连接于所述回流箱；所述第二回流电缆的一端电连接于所述第二钢轨、另一端电连接于所述回流箱；所述第三回流电缆的一端电连接于所述第三钢轨、另一端电连接于所述回流箱；所述回流箱电连接于所述牵引变电所的负母线；

当所述第一钢轨和所述第三钢轨之间不存在电连接时，所述第一钢轨中存在的电流经所述第一回流电缆流向所述回流箱，当所述第一钢轨和所述第三钢轨之间存在电连接时，所述第一钢轨中存在的电流一部分经所述第一回流电缆流向所述回流箱、另一部分经所述第一开关系统、所述第三钢轨和所述第三回流电缆流向所述回流箱；

当所述第二钢轨和所述第三钢轨之间不存在电连接时，所述第二钢轨中的电流经所述第二回流电缆流向所述回流箱，当所述第二钢轨和所述第三钢轨之间存在电连接时，所述第二钢轨中存在的电流一部分经所述第二回流电缆流向所述回流箱、另一部分经所述第二开关系统、所述第三钢轨和所述第三回流电缆流向所述回流箱。

可选地，所述控制设备为msp430单片机。

本发明实施例还提供了一种控制方法，应用于上述控制系统，所述方法包括：

所述控制设备接收所述第一开关系统采集的所述第一钢轨和所述第三钢轨之间的电流值以及所述第二开关系统采集的所述第二钢轨和所述第三钢轨之间的电流值；

所述控制设备在接收到所述站台发送的屏蔽门开启信号之后，判断所述第一钢轨和所述第三钢轨之间的电流值以及所述第二钢轨和所述第三钢轨之间的电流值是否均小于所述预设整定值，若所述第一钢轨和所述第三钢轨之间的电流值以及所述第二钢轨和所述第三钢轨之间的电流值均小于所述预设整定值，控制所述第一开关系统断开与所述第一钢轨和所述第三钢轨的电连接，控制所述第二开关系统断开与所述第二钢轨和所述第三钢轨的电连接。

可选地，所述方法还包括：

所述控制设备在接收到所述站台发送的屏蔽门关闭信号之后，若所述第一开关系统和所述第二开关系统均断开，控制所述第一开关系统闭合，以恢复所述第一钢轨和所述第三钢轨之间的电连接，控制所述第二开关系统闭合，以恢复所述第二钢轨和所述第三钢轨之间的电连接。

本发明实施例提供的一种地铁牵引所站台钢轨电位的控制系统及控制方法，第一绝缘节和第二绝缘节将钢轨分隔成第一钢轨、第二钢轨和第三钢轨，第一开关系统能够采集第一钢轨和第三钢轨之间的电流值，第二开关系统能够采集第二钢轨和第三钢轨之间的电流值，控制设备能够对第一钢轨和第三钢轨之间的电流值和第二钢轨和第三钢轨之间的电流值进行判断，进而触发第一开关系统和第二开关系统进行动作，实现对钢轨电位的控制，如此，相较于现有的仅采用钢轨电位限制装置的控制方法，本发明实施例所提供的控制系统及控制方法从电流的角度进行判定，在实现对钢轨电位准确控制的前提下能够有效避免钢轨电位限制装置的误动作和频繁动作，进而保证了钢轨与大地之间的绝缘性能，从而避免大量杂散电流注入大地造成腐蚀埋地金属管道等危害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种地铁牵引所站台钢轨电位的控制系统100的电路连接图。

图2为本发明实施例所提供的一种控制方法的流程图。

图3为本发明实施例所提供的一种地铁牵引所站台钢轨电位的控制系统100的另一电路连接图。

图4为本发明实施例所提供的一种地铁牵引所站台钢轨电位的控制系统100的又一电路连接图。

图标：

100-地铁牵引所站台钢轨电位的控制系统；

is1-第一绝缘节；is2-第二绝缘节；

s1-第一开关；ct1-第一电流测量装置；s2-第二开关；ct2-第二电流测量装置；

cm-控制设备；

rb-回流箱；rc1-第一回流电缆；rc2-第二回流电缆；rc3-第三回流电缆；

r1-第一钢轨；r2-第二钢轨；r3-第三钢轨；

ts-牵引变电所；p-站台。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

发明人经调查发现，现有的采用钢轨电位限制装置对钢轨电位进行控制的技术大多可靠性较低，会导致大量杂散电流注入大地，进而造成腐蚀埋地金属管道等危害。发明人就为何会产生大量杂散电流进行了分析，发现钢轨电位受到诸多因素的影响，例如钢轨与大地之间的绝缘性能、回流系统电阻、钢轨纵向电阻、列车取流大小、行车密度等，由于上述多种因素的综合影响，会导致钢轨电位异常升高，导致钢轨电位限制装置频繁动作，例如，在列车行进过程中，钢轨电位可能会异常升高，此时站台并没有乘客上下，但是钢轨电位限制装置仍会进行动作，以降低钢轨电位，如此频繁的动作会破坏钢轨与大地之间的绝缘，进而导致大量杂散电流注入大地造成腐蚀埋地金属管道等危害。

可以理解，最初为了消除杂散电流的影响，在钢轨和大地之间进行了绝缘设计，进而衍生了钢轨电位的问题，而现有技术为了解决钢轨电位的问题，又忽略了杂散电流，可见，采用钢轨电位限制装置应对钢轨电位问题可谓拆东墙补西墙。并且，目前的对钢轨电位限制装置进行改进的技术大多从减小回流系统阻抗、提高钢轨电位限制装置整定值等角度出发，但是并没有从根源上解决钢轨电位限制装置频繁动作引起的杂散电流注入大地的问题。

以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本发明过程中对本发明做出的贡献。

基于上述研究，本发明实施例提供了一种地铁牵引所站台钢轨电位的控制系统及控制方法，能够对钢轨电位进行可靠控制，避免大量杂散电流注入大地。

图1示出了本发明实施例所提供的一种地铁牵引所站台钢轨电位的控制系统100的电路原理图，由图可见，该控制系统包括第一绝缘节is1、第二绝缘节is2、第一开关s1、第一电流测量装置ct1、第二开关s2、第二电流测量装置ct2、控制设备cm、回流箱rb、第一回流电缆rc1、第二回流电缆rc2和第三回流电缆rc3。其中，第一开关s1和第一电流测量装置ct1可以视作第一开关系统，第二开关s2和第二电流测量装置ct2可以视作第二开关系统，回流箱rb、第一回流电缆rc1、第二回流电缆rc2和第三回流电缆rc3可以视作回流组件。

请继续参阅图1，第一绝缘节is1设置于一站台p的一端对应的钢轨处，第二绝缘节is2设置于于该站台p的另一端对应的钢轨处，可以理解，站台p与钢轨平行。第一绝缘节is1和第二绝缘节is2将钢轨分隔为三段，具体地，钢轨仅与第一绝缘节is1连接的部分定义为第一钢轨r1，钢轨仅与第二绝缘节is2连接的部分定义为第二钢轨r2，钢轨既与第一绝缘节is1连接又与第二绝缘节is2连接的部分定义为第三钢轨r3。由图1可见，第三钢轨r3的长度恰好与站台p的长度相同，如此设计，便于之后能够准确地对第三钢轨r3的电位进行控制，避免第三钢轨r3在站台p的屏蔽门开启、乘客上下车时参与供电回流。在本实施例中，第一绝缘节is1和第二绝缘节is2为电气绝缘节。

应当理解，第一钢轨r1、第二钢轨r2和第三钢轨r3仅用于实现对钢轨的不同部位的简洁描述，并没有优先级顺序。

请继续参阅图1，第一回流电缆rc1的一端电连接于第一钢轨r1、另一端电连接于回流箱rb，第二回流电缆rc2的一端电连接于第二钢轨r2、另一端电连接于回流箱rb，第三回流电缆rc3的一端电连接于第三钢轨r3、另一端电连接于回流箱rb，回流箱rb电连接于一牵引变电所ts的负母线。

请继续参阅图1，第一开关s1电连接于第一钢轨r1和第三钢轨r3之间，换句话说，第一开关s1和第一绝缘节is1并联，第一电流测量装置ct1设置于第一开关s1处，第一电流测量装置ct1用于采集第一钢轨r1和第三钢轨r3之间的电流值。类似地，第二开关s2电连接于第二钢轨r2和第三钢轨r3之间，第二开关s2和第二绝缘节is2并联，第二电流测量装置ct2设置于第二开关s2处，第二电流测量装置ct2用于采集第二钢轨r2流向第三钢轨r3之间的电流值。

控制设备cm与第一电流测量装置ct1、第二电流测量装置ct2以及站台p电连接。控制设备cm用于从第一电流测量装置ct1处接收第一钢轨r1和第三钢轨r3之间的电流值，从第二电流测量装置ct2处接收第二钢轨r2和第三钢轨r3之间的电流值，控制设备cm还用于接收站台p发送的屏蔽门开启和关闭信号，根据屏蔽门开启和关系信号，结合第一钢轨r1和第三钢轨r3之间的电流值以及第二钢轨r2和第三钢轨r3之间的电流值控制第一开关s1和第二开关s2的开闭状态，进而实现对第三钢轨r3的电位的控制。

现有技术采用钢轨电位限制装置进行控制时是以钢轨电位作为判定依据，而本实施例所提供的控制设备cm则是以电流作为判定依据，如此，当列车不在站台区间内，钢轨电位异常升高时，第一开关s1和第二开关s2不会动作，也避免了钢轨电位限制装置误动作和频繁动作，保证了钢轨与大地之间的绝缘性能，进而避免了大量杂散电流注入大地。

在本实施例中，控制设备cm选用但不限于msp430单片机，第一电流测量装置ct1和第二电流测量装置ct2为电流传感器，选用但不限于chk-5000y0。

在此基础上，如图2所示，本发明实施例还提供了一种控制方法，应用于图1的控制系统，下面对该控制方法的具体步骤进行详细说明：

步骤s21，控制设备接收第一电流测量装置采集的第一钢轨和第三钢轨之间的电流值以及第二电流测量装置采集的第二钢轨和第三钢轨之间的电流值。

可以理解，列车的运行状态多变，为便于分析和说明，假设列车处于运行状态，如图3所示，此时站台p的屏蔽门处于关闭状态，第一开关s1和开关s2处于闭合状态(正常情况下处于常闭状态)。

请继续参阅图3，为便于说明，将第一钢轨r1和第三钢轨r3之间的电流定义为电流is1，将第二钢轨r2和第三钢轨r3之间的电流定义为电流is2。当列车处于运行状态时，第一钢轨r1的电流分为两部分，一部分电流通过第一回流电缆rc1流向回流箱rb(这部分电流定义为irc1)，另一部分电流is1经第一开关s1、第三钢轨r3和第三回流电缆rc3流向回流箱rb，同理，第二钢轨r2的一部分电流通过第二回流电缆rc2流向回流箱rb(这部分电流定义为irc2)，另一部分电流is2经第二开关s2、第三钢轨r3和第三回流电缆rc3流向回流箱rb，可以理解，流向回流箱rb的电流汇入牵引变电所ts的负母线。

步骤s22，控制设备在接收到站台发送的屏蔽门开启信号后，判断从第一钢轨流向第三钢轨的电流以及从第二钢轨流向第三钢轨的电流是否均小于预设整定值。

当列车停靠于站台p时，有乘客准备上下车，此时站台p的屏蔽门会打开，在屏蔽门打开的同时，站台p会向控制设备cm发送屏蔽门开启信号。当控制设备cm在接收到屏蔽门开启信号之后，会判断电流is1和电流is2是否均小于预设整定值，其中，预设整定值可以为第一开关s1和第二开关s2的最大分合电流iset。

若is1<iset且is2<iset，转向步骤s23，否则控制设备cm不进行任何操作，此时第一开关s1和第二开关s2仍然处于闭合状态，可以理解，在第一开关s1和第二开关s2均闭合时，由于第一回流电缆rc1和第二回流电缆rc2的存在，站台p两侧钢轨(第一钢轨r1和第二钢轨r2)的回流电流一部分会经过第一回流电缆rc1和第二回流电缆rc2而不是站台p段钢轨(第三钢轨r3)回流，减少了站台p段钢轨上的回流电流，进而保证了站台p段的钢轨电位相比于传统结构更低，减少了乘客触电的几率。

可选地，若is1和is2均不小于iset，此时可以转向步骤s24。

步骤s23，控制设备控制第一开关和第二开关断开。

当is1和is2均小于iset时，控制设备cm会控制第一开关s1和第二开关s2断开，如图4所示，此时第三钢轨r3与第一钢轨r1和第二钢轨r2均无电气连接，第一钢轨r1中的电流irc1流向第一回流电缆rc1，第二钢轨r2中的电流irc2流向第二回流电缆rc2。且列车处于停车状态，无牵引电流，列车与第三钢轨r3同电位，第三钢轨r3通过第三回流电缆rc3经回流箱rb连接至牵引变电所ts的负母线，即第三钢轨r3的电位与牵引变电所ts的负母线的电位接近，从而使电位保持在较低的水平。此时第三钢轨r3的电位与站台p的电位接近，电位差较小，保证了乘客上下车的安全。

可以理解，为第一开关s1和第二开关s2设定最大分合电流iset的目的是为了保证控制设备cm能够可靠地控制第一开关s1和第二开关s2的开合，例如，最大分合电流iset预先在控制设备cm中设定完成，当且仅当is1和is2均小于iset时，控制设备cm才会控制第一开关s1和第二开关s2断开。

又例如，若is1和is2大于iset，此时表明地铁牵引回路中负荷较大，若此时强行断开第一开关s1和第二开关s2，会导致开关寿命的缩短，影响整个控制系统的可靠性。

可选地，若控制设备cm接收到屏蔽门开启信号时，开关s1和开关s2处于断开状态，此时控制设备cm也不会进行操作。

步骤s24，控制设备接收到站台发送的屏蔽门关闭信号之后，若第一开关和第二开关均断开，控制第一开关和第二开关闭合。

当站台p的屏蔽门由开启转为完全关闭时，表明乘客上下车完毕，站台p向控制设备cm发送屏蔽门关闭信号。控制设备cm在接收到屏蔽门关闭信号之后，若第一开关s1和第二开关s2均断开，控制第一开关s1和第二开关s2闭合，以恢复第一钢轨r1与第三钢轨r3之间的电连接以及第二钢轨r2与第三钢轨r3之间的电连接。

可以理解，该控制系统相比于现有的仅采用钢轨电位限制装置的技术相比，本方案从电流角度而非钢轨电位角度进行判断，一方面能够巧妙地避开钢轨电位异常升高带来的钢轨电位限制装置的误动作和频繁动作，另一方面能够合理地保护第一开关和第二开关，在地铁牵引回路负荷较大时避免了第一开关和第二开关的频繁动作，提高了第一开关和第二开关的使用寿命和可靠性。同时，该控制系统还可以监测第一钢轨、第二钢轨和第三钢轨的回流电流，用于之后的回流系统分析。

可选地，为了进一步提高整个控制系统的控制可靠性，可以在第三钢轨与大地之间增设一钢轨电位限制装置，用于和第一开关和第二开关配合使用，防止第一开关和第二开关拒动或误动作时，第三钢轨电位过高。例如，若钢轨电位限制装置获取的第三钢轨和大地之间的电位差过高，此时控制设备并没有和站台进行交互，此时的电位差过高可能为电位异常升高，因此，钢轨电位限制装置不应该进行任何动作，又例如，若钢轨电位限制装置获取的第三钢轨和大地之间的电位差过高，此时控制设备和站台进行交互了，但是第一开关和第二开关拒动，此时，钢轨电位限制装置可以进行动作，如此，将控制系统与钢轨电位限制装置进行结合，既能够有效控制第三钢轨的电位，又能够避免钢轨限位装置的频繁动作，可靠性高。

综上，本发明实施例所提供的一种牵引所站台钢轨电位的控制系统及控制方法，能够对钢轨电位进行可靠控制，在保证乘客上下车安全的前提下能够避免大量杂散电流注入大地。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。