[发明专利]一种轨道交通接地碳刷磨耗监控及自适应调控系统

说明书

本发明公开了一种轨道交通接地碳刷磨耗监控及自适应调控系统，在车体和钢轨之间的每个工作接地和保护接地的接地碳刷上设置传感器监测和控制装置；传感器监测和控制装置由电流互感器、电流检测模块、A/D模数转换模块、信号比较器、微处理器模块、信号放大器、数据采集卡、滤波模块、压敏传感器、激光传感器和可变电阻模块组成；本发明可以有效地平衡各个轮对电流以平衡接地碳刷磨损程度，进而提高动车组接地系统耐用性及经济性，避免车体检修过程中由于接地碳刷检测不便导致过高的经济成本与人力时间成本。

技术领域

本发明属于高速轨道交通接地技术领域，尤其涉及一种轨道交通接地碳刷磨耗监控及自适应调控系统。

背景技术

作为推动我国经济发展的强大引擎,高铁的迅速发展对国家具有战略性意义。随着对运营速度和载重能力需求的不断提升，高速列车接地系统的是否具有高效性、高可靠性直接决定了列车供电系统能否安全、稳定的运行。

动车组接地系统从电气功能上分为工作接地和保护接地。在正常运行工况下，接地系统通过工作接地为牵引系统主回路提供回流通道，通过保护接地确保车体与轨道等电势，以防止众多以车体为参考的弱电设备受到干扰；在部分特殊工况下，如在升降弓、操作断路器等恶劣电磁暂态工况下，动车组车体上将出现的高频暂态过电压，保护接地作为车体唯一的对地泄流通道，车体上的高频暂态电压最终要通过各保护接地泄入钢轨和大地，因此保护接地会对动车组车体过电压的传播与分布产生巨大影响。

保护接地系统性能的优劣对高速动车组的接地回流与车体过电压的情况良好与否均有显著影响，目前对于保护接地的优化研究多为改善接地回流分布或抑制车体过电压等大方向，缺乏对于接地碳刷的磨损保护的研究。随着列车运行速度的提升，一方面接地碳刷与车轴间的滑动接触电阻的分散性增大，易导致设备异常发热和车体接触电势，进而造成接地碳刷异常磨损，另一方面随着牵引功率的提高，当发生雷电跳闸或过电压冲击时，车顶高压避雷器和接地开关的低压侧均与车直连，使通过车体的牵引电流也相应增加。同时，不合适的车体接地方式将造成接地碳刷的异常磨损、车体电势抬升、车载传感器报错甚至烧毁等现象。列车运行时，由于钢轨回路的等效阻抗值有时会大于车体回路的等效阻抗，这就导致了工作接地释放到钢轨的牵引电流会经过接地装置流进车体中，形成了“车体-轴端”环流，导致接地碳刷的异常磨耗、车载传感器报错甚至烧毁等现象。

目前高速列车接地系统多采用在车体和接地碳刷之间加入电阻器以增大接触电阻，但当发生雷击及升降弓等过电压冲击时，车体电压大幅度抬升，由于在车体和接地碳刷之间加入电阻器，会妨碍过电压的泄放速度，过高的车体电压会严重损坏车载通讯、信号等弱电设备。目前，主要采用固定阻值的接地电阻限制车体电流并降低车体电位，但是列车在运行过程中固定阻值的接地电阻不能满足车轨阻抗的实时变化，各个接地轮对所流过的接地电流分配不均，最终会导致各轮轴接地碳刷磨耗不一致的情况，且各轮对的接地碳刷磨耗不可视，后期在对各轮对接地碳刷进行维护时，工序十分繁琐复杂，维护成本较高。

因此，有必要提出一种接地系统自动控制装置，以在磨损情况以及各接地点电流不同的情况下科学调节接触电阻的大小，以达到工作接地或者保护接地的碳刷磨损程度接近的目的，继而方便接地碳刷的维修和统一更换。

发明内容

对高速列车接地回流过程中的接地碳刷磨损不均匀的问题，本发明提供一种轨道交通接地碳刷磨耗监控及自适应调控系统。

本发明的一种轨道交通接地碳刷磨耗监控及自适应调控系统，在车体和钢轨之间的每个工作接地和保护接地的接地碳刷上设置传感器监测和控制装置。传感器监测和控制装置由电流互感器、电流检测模块、A/D模数转换模块、信号比较器、微处理器、信号放大器、数据采集卡、滤波模块、压敏传感器、激光传感器和可变电阻模块组成。