[发明专利]轨道电位限制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轨道电位限制装置及其控制方法，特别适用于地铁、轻轨系统中采用多点监测方式限制过高的轨道电位，防止上下车乘客受到伤害。

背景技术

为了防止杂散电流的危害，需要保证足够大的道床电阻，因此地铁直流牵引供电系统中，钢轨对地绝缘安装，从而形成各自独立的保护地(车站地)和轨道地(牵引地)。列车行使时的回流电流可能使轨道对大地产生异常过高的电压。当发生某些故障时，如接触网与钢轨发生金属接触短路，接触网对架空地线发生金属接触故障，直流设备发生框架泄漏故障等都会引起轨道电位的异常过高。而当列车停靠站台，乘客上下车时可能会触及到这个危险电压而受到伤害，为了降低车体与地之间的接触电压和跨步电压，一般在设有牵引变电所的车站和车场设置轨道电位限制装置，实时监测钢轨与大地之间的电压，如果该电压超过设定值时，轨道电位限制装置动作，将钢轨短时与接地母排短接，强行降低轨道电位。这是国际上通用的一种保护人身安全的防护措施。

目前正在投入使用的轨道电位限制装置采用的大多是时间继电器式的传统控制方式，控制精度和灵活性不高，动作时间长，且存在拒动的可能。在轨道电位限制装置的控制方法上大多采用的是单点监测轨道电位，当单点监测轨道电位高于设定值时，轨道电位限制装置动作。但单点监测控制方法存在以下不足：

(1)测量精度低，易造成轨道电位限制装置误动作；

(2)监测控制有一定的时间延迟，没有提前预测功能，当轨道电位异常过高时不能及时控制轨道电位限制装置动作，会对人体产生伤害；

(3)没有考虑一段区间内轨道电位情况，仅通过监测轨道上某点的轨道电位不足以说明一段区间内的轨道电位是否超出人体安全极限电压。

轨道电位限制装置动作闭合的依据是轨道电位是否超出人体安全电压，但由于轨道电位随机车的运行状态的改变而变化，其变化趋势比较复杂，且各参数具有非线性、强耦合等特点，因此建立该过程的精确数学模型困难较大，一般常规的控制方法很难保证其控制精度。

发明内容

技术问题：鉴于以上问题，本发明的目的在于提供采用多点监测方式、考虑机车到站距离、结构简单，操作容易，测量精度高，可靠性好的轨道电位限制装置及其控制方法。

技术方案：本发明的轨道电位限制装置，由限压回路、保护回路、多点电压监测单元、分流器、电流监测单元、PLC控制系统单元及工作状态显示仪表连接组成。保护回路与限压回路并联，限压回路核心部件为复合开关，复合开关一端与轨道连接，另一端与接地母排连接；PLC控制系统单元与电压监测单元、电流监测单元连接，输出端与限压回路、工作状态显示仪表连接。

限压回路中的复合开关由反向并联的大功率晶闸管和接触器构成，晶闸管与接触器并联设置，大功率晶闸管的快速导通承受流过轨道电位限制装置中的初始故障电流，每个晶闸管的导通与否取决于钢轨与接地母排间电位差的极性，而接触器用来承受长时间通过电流。

多点电压监测单元由均匀分布在车站附近轨道沿线的8个轨道电位变送器组成，轨道电位变送器用来实时检测轨道与接地母排之间的电压，其监测范围为50V～150V。

电流监测单元主要由分流器和电压监测电路构成，分流器安装在主回路中，电压监测电路监测其电压，转化为限压回路复合开关闭合时流过轨道与接地母排间的电流，当监测电流低于预设值时，轨道电位限制装置自动复位。

PLC控制系统单元根据多点电压监测单元和电流监测单元监测结果控制复合开关的动作和显示仪表的状态。

轨道电位限制装置的控制方法：采用多点监测方式、模糊控制的方法，PLC控制系统单元对多点电压监测单元在轨道多点处检测到的电位值进行数据处理，得到轨道电位极值和机车到站距离，对轨道电位极值和机车到站距离进行模糊化处理，得到模糊处理结果，查询模糊控制规则表，得出输出控制量，可直接控制轨道电位限制装置中复合开关的动作。具体如下：

(1)获取多点电位值

多点电压监测单元实时检测车站附近轨道沿线多点处轨道和接地母排之间的电压，并送入PLC控制系统单元。

(2)得到轨道电位极值和机车到站距离

PLC控制系统单元对获取的多个轨道电位值采用最小二乘法进行数据拟合，轨道电位极值u为拟合直线与纵坐标轴的截距计算得到的峰值电压与实际监测最值中的较大者；机车到站距离s由拟合直线与横坐标轴的截距计算得到。轨道电位极值和机车到站距离两者结合作为轨道电位限制装置的动作依据。

(3)输入变量即轨道电位极值和机车到站距离的模糊化处理