一种电气化铁路27.5kV接触网自动接地装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种电气化铁路接触网接地装置，尤其涉及一种电气化铁路27.5kv接触网自动接地装置及其控制方法。

背景技术：

电气化铁路接触网上通常带有27.5kv的高压，当接触网检测与维护人员进行相关作业或机务段整备维修人员对电力机车进行车顶检修整备等情况下，要对接触网停电，并要可靠装设接地线，以防止发生电磁感应和静电感应，进而避免对相关作业人员或电气设备造成伤害或损坏。

目前，国内挂接地线工作大部分仍然是采用手工方式或简单的电动方式完成。人工手动挂地线的不足如下：

操作人员的劳动强度和精神压力大；

室外作业，工作条件差；

挂接或拆卸地线工作存在人为失误的隐患；

效率低，占用天窗检修时间长。

电动接地方式不足如下：

现有接触网电动接地装置在挂接作业中，预先设置挂接位置的限位开关来保证到位。当限位开关安装位置松动移位或接触网进行高度调整时，会造成接地不牢靠，不能对接地状态进行实时检测。当无法对接地状态进行检测时，接地线松动或未接地牢靠，电动接地装置也会继续正常操作，对接触网区间内即将作业的人员和设备带来安全隐患。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种电气化铁路27.5kv接触网自动接地装置及其控制方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种电气化铁路27.5kv接触网自动接地装置，包括电压互感器tv、接地开关状态检测电路、验电电路、自动放电电路和监控单元rtu；电压互感器tv的低压侧两端分别连接接地开关状态检测电路、验电电路和自动放电电路，接地开关状态检测电路、验电电路和自动放电电路均连接监控单元rtu。

本发明具有以下有益效果：通过将检测、控制与多种逻辑闭锁判断相结合实现了自动验电和放电、自动挂接与拆卸地线、智能检测接地开关状态的功能，具备安全性高、劳动强度小，作业自动化程度高的优点。

优选地，还包括进线电缆dl1、熔断器rd、接地开关qs和接地电缆dl2，进线电缆dl1一端连接27.5kv接触网，另一端分别连接接地开关qs一端和熔断器rd一端，熔断器rd另一端连接电压互感器tv的高压侧一端，接地开关qs另一端分别连接电压互感器tv的高压侧另一端和接地电缆dl2一端，接地电缆dl2另一端接地。

该优选方案具有以下有益效果：接地开关qs、进出电缆、电压互感器tv、熔断器rd构成了自动接地装置的主回路，实现电动接地、电压检测、自动放电和防雷的功能。

优选地，监控单元rtu包括cpu模块t1和分别与cpu模块t1连接的电源模块t2、数字量输入模块t3、模拟量输入模块t4、通讯模块t5和输出模块t6；输出模块t6、数字量输入模块t3、模拟量输入模块t4和通讯模块t5分别与接地开关检测电路1连接，模拟量输入模块t4与验电电路连接；输出模块t6和数字量输入模块t3分别与自动放电电路3连接，输出模块t6还与指示灯电源连接，通讯模块t5还与显示器led和远程通信通道连接。

该优选方案具有以下有益效果：监控单元rtu通过内置cpu模块t1并与本装置其它电路连接可以实现电动控制分合闸接地开关，自动验电和放电功能，接地开关状态智能检测功能，内置与显示器led和远程通信通道连接通信模块t5可以将装置工作状态通过显示器展示给位于装置附近的用户或者通过远程通信通道传输给距离较远的用户。

优选地，接地开关状态检测电路1包括型接触器km2、电流互感器ta和可调电源dy；接触器km2分别与输出模块t6、数字量输入模块t3、电流互感器ta和可调电源dy连接，电流互感器ta分别与模拟量输入模块t4和可调电源dy连接，可调电源dy与通讯模块t5连接。

该优选方案具有以下有益效果：监控单元rtu通过接地开关状态检测电路与电压互感器tv低压侧连接，实现接触网接地开关状态的智能检测，用于是否牢靠接地的判断，避免对接地状态的误判造成安全隐患，提高了安全性。

优选地，验电电路2包括整流单元rt、电容c1和信号调理单元xtl，整流单元rt分别连接电压互感器tv的低压侧两端、电容c1两端和信号调理单元xtl，信号调理单元xtl连接模拟量输入模块t4。

该优选方案具有以下有益效果：监控单元rtu通过验电电路与电压互感器tv低压侧连接，实现对接触网网上电压的监测和网上带电状态的判断，用于高压带电状态的显示、安全闭锁和报警，避免误动作造成安全隐患。

优选地，自动放电电路3包括接触器km1和电阻r1，接触器km1分别与电压互感器tv的低压侧两端、输出模块t6、数字量输入模块t3和电阻r1连接。

该优选方案具有以下有益效果：监控单元rtu通过自动放电电路与电压互感器tv低压侧连接，实现对接触网网上剩余电荷完全释放，达到安全作业的标准。

优选地，上述优选方案的控制方法包括以下步骤：

s1、设定接触网有压的阈值u1和接触网无压的阈值u2；

s2、监控单元rtu通过验电电路2检测接触网电压，若电压有效值大于等于u1或大于u2，则执行步骤s3，否则执行步骤s5；

s3、监控单元rtu控制合上接触器km1，并启动放电定时器，通过电阻r1对接触网进行放电，在放电期间监控单元rtu持续通过验电电路2检测接触网电压直至放电定时器定时到；

s4、若电压有效值小于等于u2，则执行步骤s5，否则监控单元rtu向用户上报接触网带电信息并结束操作；

s5、监控单元rtu控制合上接地开关qs，并控制分开接触器km1以断开放电回路；

s6、监控单元rtu控制合上接触器km2并启动可调电源dy，逐渐增大可调电源dy的输出电压，同时检测可调电源dy的输出电流，若随着可调电源dy输出电压的升高，可调电源dy的输出电流也逐渐增大，则执行步骤s7，否则执行步骤s8；

s7、监控单元rtu控制可调电源dy降低输出电压后分开接触器km2，向用户上报“已可靠接地”的信息，退出接地操作流程并待命，在接到拆除地线命令后分开接地开关qs并上报用户操作结果；

s8、监控单元rtu向用户上报“未可靠接地”的信息，并控制可调电源dy降低输出电压后分开接触器km2，然后控制分开接地开关qs，退出接地操作流程。

该优选方案具有以下有益效果：提供了一种步骤简单、可靠性高、检测速度快的基于接触网自动接地装置的控制方法，实现了自动验电和放电、自动挂接或拆卸地线的功能，接地状态智能检测的功能。

附图说明

图1是本发明一种电气化铁路27.5kv接触网自动接地装置的电路结构示意图；

图2是本发明实施例中监控单元rtu电路结构示意图；

图3是本发明实施例中接地开关状态检测电路1电路结构示意图；

图4是本发明实施例中验电电路2电路结构示意图；

图5是本发明实施例中自动放电电路3电路结构示意图；

图6是本发明实施例的控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1，本发明提供了一种电气化铁路27.5kv接触网自动接地装置，包括电压互感器tv、接地开关状态检测电路、验电电路、自动放电电路和监控单元rtu；电压互感器tv的低压侧两端分别连接接地开关状态检测电路、验电电路和自动放电电路，接地开关状态检测电路、验电电路和自动放电电路均连接监控单元rtu。

本发明实施例中，还包括进线电缆dl1、熔断器rd、接地开关qs和接地电缆dl2，进线电缆dl1一端连接27.5kv接触网，另一端分别连接接地开关qs一端和熔断器rd一端，熔断器rd另一端连接电压互感器tv的高压侧一端，接地开关qs另一端分别连接电压互感器tv的高压侧另一端和接地电缆dl2一端，接地电缆dl2另一端接地。

请参照图2，本发明实施例中，监控单元rtu包括cpu模块t1和分别与cpu模块t1连接的电源模块t2、数字量输入模块t3、模拟量输入模块t4、通讯模块t5和输出模块t6；输出模块t6、数字量输入模块t3、模拟量输入模块t4和通讯模块t5分别与接地开关检测电路1连接，模拟量输入模块t4与验电电路连接；输出模块t6和数字量输入模块t3分别与自动放电电路3连接，输出模块t6还与指示灯电源连接，通讯模块t5还与显示器led和远程通信通道连接。

监控单元rtu的通讯模块t5包括串口、电以太网口、光以太网口，提供光纤、以太网和串口等多种方式，并支持多种电力规约协议，将接地开关状态、视频图像和其它遥信上送远方监控端，同时接收遥控命令，实现远程自动化接和拆地功能，进一步提高了实用性。

请参照图3，本发明实施例中，接地开关状态检测电路1包括接触器km2、电流互感器ta和可调电源dy；接触器km2分别与输出模块t6、数字量输入模块t3、电流互感器ta和可调电源dy连接，电流互感器ta分别与模拟量输入模块t4和可调电源dy连接，可调电源dy与通讯模块t5连接。

监控单元rtu与接地开关状态检测电路接触器km2连接，对接触器km2的分合动作的控制，实现检测的投入和退出。监控单元rtu通过通讯的方式与可调电源dy连接，实现对输出电压的调节；监控单元rtu通过模块量采集的方式与电流互感器ta连接，获得可调电源dy输出的电流值；监控单元rtu通过控制可调电源dy逐步升高输出电压，通过监测可调电源dy输出电压和电流的关系，判断接地状态是否牢靠。为了防止干扰和耦合，可调电源dy发出异频(不同于工频)可变的电压。如果回路电流随着电压的升高，则接地开关qs可靠合上，否则认为接地开关qs未可靠合上。

监控单元rtu通过接地开关状态检测电路与电压互感器tv低压侧连接，实现接触网接地开关状态的智能检测，用于是否牢靠接地的判断，避免对接地状态的误判造成安全隐患，提高了安全性。

请参照图4，本发明实施例中，验电电路2包括整流单元rt、电容c1和信号调理单元xtl，整流单元rt分别连接电压互感器tv的低压侧两端、电容c1两端和信号调理单元xtl，信号调理单元xtl连接模拟量输入模块t4。

验电电路2的整流模块rt将电压互感器tv低压侧100v的交流电压，经过全桥整流、c1滤波，得到直流电压，再经过信号调理电路稳压、调压后输入到监控单元rtu的模拟量输入模块t4，实现对网上电压的实时监测。

监控单元rtu通过验电电路与电压互感器tv低压侧连接，实现对接触网网上电压的监测和网上带电状态的判断，用于高压带电状态的显示、安全闭锁和报警，避免误动作造成安全隐患。

请参照图5，本发明实施例中，自动放电电路3包括的接触器km1和电阻r1，接触器km1分别与电压互感器tv的低压侧两端、输出模块t6、数字量输入模块t3和电阻r1连接。

监控单元rtu与自动放电电路接触器km1连接，实现对接触网电压自动放电投入和退出的控制。电阻r1通过接触器km1与电压互感器tv低压侧连接，当接触器km1处于合时，对接触网网上电压自动放电。

监控单元rtu通过自动放电电路与电压互感器tv低压侧连接，实现对接触网网上剩余电荷完全释放，达到安全作业的标准。

接地开关qs采用电动驱动方式，监控单元rtu的输出模块6控制接地开关qs的分合动作，通过数字量输入模块t3采集接地开关qs的分合位置接点信号，经过逻辑判断和控制，实现对接地开关qs的电动分合，实现自动接和拆地线的功能。

请参照图6，本发明实施例的控制方法包括以下步骤：

s1、设定接触网有压的阈值u1和接触网无压的阈值u2；

s2、监控单元rtu通过验电电路2检测接触网电压，若电压有效值大于等于u1或大于u2，则执行步骤s3，否则执行步骤s5；

s3、监控单元rtu控制合上接触器km1，并启动放电定时器，通过电阻r1对接触网进行放电，在放电期间监控单元rtu持续通过验电电路2检测接触网电压直至放电定时器定时到；

s4、若电压有效值小于等于u2，则执行步骤s5，否则监控单元rtu向用户上报接触网带电信息并结束操作；

s5、监控单元rtu控制合上接地开关qs，并控制分开接触器km1以断开放电回路；

s6、监控单元rtu控制合上接触器km2并启动可调电源dy，逐渐增大可调电源dy的输出电压，同时检测可调电源dy的输出电流，若随着可调电源dy输出电压的升高，可调电源dy的输出电流也逐渐增大，则执行步骤s7，否则执行步骤s8；

s7、监控单元rtu控制可调电源dy降低输出电压后分开接触器km2，向用户上报“已可靠接地”的信息，退出接地操作流程并待命，在接到拆除地线命令后分开接地开关qs并上报用户操作结果；

s8、监控单元rtu向用户上报“未可靠接地”的信息，并控制可调电源dy降低输出电压后分开接触器km2，然后控制分开接地开关qs，退出接地操作流程。

综上所述，本发明提供了一种将检测技术、控制技术与多种逻辑闭锁判断相结合的自动验电和放电、自动挂接与拆卸地线、智能检测接地开关状态的装置，以及一种步骤简单、可靠性高、检测速度快的基于接触网自动接地装置的控制方法，解决了现有电气化铁路27.5kv接地装置存在的问题，具备安全性能高、劳动强度小，作业自动化程度高的特点。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所描述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。