城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统及其方法。现有城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统无法满足现场测试的低功率高精度要求。本发明专利技术包括互相连接并进行信息交互的测试系统主机和远端数据采集与传输装置；测试系统主机包括可编程控制低功率电流源、自动控制模块、数字式高精度电压测量与存储模块I、无线通信模块I、数据处理模块和人机交互模块；远端数据采集与传输装置包括装置自动控制子模块、数字式高精度电压测量与存储模块II和无线通信模块II。本发明专利技术使用便携的可编程低功率电流源，便于测试工作的开展；并对多个测试点的数据实现同步传输与处理，通过补偿算法计算轨地过渡电阻，实现城市轨道交通轨地过渡电阻的高精度测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铁路电气
，具体涉及一种城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统及其方法。
技术介绍
我国城市轨道交通牵引供电系统采用直流供电，电力机车通过接触网从牵引变电所取流，流经机车的电流通过钢轨返回至牵引变电所负极，流经钢轨的电流泄露到地网形成杂散电流。杂散电流会严重腐蚀埋地金属管线、钢筋结构及隧道相关的设施与建筑，长期腐蚀会对地铁运行安全造成严重危害。CJJ49-92《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》中第4.2.1条规定：兼用作回流的地铁走行轨与隧洞主体结构(或大地)之间的过渡电阻值(按闭塞区间分段进行测量并换算为1km长度的电阻值)，对于在建或新建地铁线路不应小于15Ω·km，对于已投运的地铁线路不应小于3Ω·km。如何可靠准确地测试轨地过渡电阻的现场实际值，对杂散电流的防护起着重要的作用，GB/T28026.2-2011《轨道交通地面装置第2部分：直流牵引系统杂散电流防护措施》中提供了钢轨泄露电导(轨地过渡电阻)的基本测试方法如图1所示，注入轨道与结构间的测试直流电流I应周期性地进行分、合闸操作，泄露电导G′RT的计算式为： G R T ′ = 3 L × I - I R A - I R B ΔU R T + ΔU R T A + ΔU R T B ]]>ΔU＝Uon-Uoff式中：G′RT——轨道与隧道间单位电导，单位为西门子每千米(S/km)；I——注入电流，单位为安培(A)；IRA,IRB——分别为被测量段A、B两端的外侧电流，单位为安培(A)；URT——电流注入点轨道与隧道间电压，单位为伏特(V)；+URTA,URTB——隧道段A、B两端的轨道与隧道间电压，单位为伏特(V)；L——被测段长度，单位为千米(km)。在城市轨道交通钢轨泄露电导(轨地过渡电阻)的实际测试工作中存在诸多困难和问题。现场需要提供外加大容量的直流电源，测试过程复杂，需要多人配合才能完成，无法满足在多个位置测试对数据同时性和准确性的要求；钢轨中流过的电流难以直接测量，需通过测量一定长度的钢轨压降，再除以钢轨电阻计算出钢轨电流。为提高测量精度，必须保证压降测试段的钢轨长度；另一方面，根据杂散电流防护评估要求，一般需要测量两车站间钢轨泄露电阻，可见采用该方法难以获得准确的测试值。因此，设计一种满足现场测试要求的低功率高精度城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统及其方法，可提供满足城市轨道交通轨地过渡电阻测试要求的可编程的低功率电流源，对多个测试位置进行同步测量，并通过补偿算法计算轨地过渡电阻，提高测试的准确度，便于对已运行线路的不同区段开展测试。本专利技术所采用的技术方案为：城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统，其特征在于：包括互相连接并进行信息交互的测试系统主机和远端数据采集与传输装置；所述测试系统主机包括可编程控制低功率电流源、自动控制模块、数字式高精度电压测量与存储模块I、无线通信模块I、数据处理模块和人机交互模块；可编程控制低功率电流源数字式高精度电压测量与存储模块I、无线通信模块I、数据处理模块和人机交互模块分别与自动控制模块相连接；所述远端数据采集与传输装置包括装置自动控制子模块、数字式高精度电压测量与存储模块II和无线通信模块II，数字式高精度电压测量与存储模块II和无线通信模块II分别与自动控制子模块相连接。测试系统主机的各模块安装于测试系统主机机体内部，机体外部留有相应模块的端口；测试系统主机的可编程控制低功率电流源置于测试系统主机机体内部，为输出电流连续可调的电流源，留有电流输出端口，通过串口电路与自动控制模块通信。所述自动控制模块和自动控制子模块为ARM单片机系统，包括单片机系统所需的硬件电路以及与对应各模块之间的通信接口电路。所述数字式高精度电压测量与存储模块I和数字式高精度电压测量与存储模块II均包括电压测量电路、高精度A/D转换器及数据存储器；电压测量电路设置为多路，采集多路电压信号；A/D转换器与数据存储器通过接口电路相连，自动控制模块和自动控制子模块控制A/D转换器进行A/D转换后的结果直接传送到数据存储器。数据处理模块为DSP处理器，与自动控制模块和自动控制子模块通信。自动控制模块对测试系统进行控制，包括：根据测试要求控制可编程控制低功率电流源的电流输出；控制数字式高精度电压测量与存储模块I进行电压测量与数据存储；通过无线通信模块I实现与自动控制子模块进行对时，以保证测试数据的同步性；向自动控制子模块发送控制指令，同时接收远端数据采集与传输装置的测试数据；向数据处理模块传输各测试点的数据并向其发送计算轨地过渡电阻指令；控制人机交互模块显示计算结果、接收装置使用人员输入的外部指令。无线通信模块I和无线通信模块II采用远距离无线通信技术，具有传输数据与控制指令的作用。数据处理模块中含有计算轨道与隧道间轨地过渡电阻的补偿算法，该算法使用迭代法提高测试精度，具体为：通过测量S、A、B三点处ΔU0′、ΔU0″以及ΔUAl、ΔUBl四个电压，其中ΔU＝Uon-Uoff，U0′、U0″、UAl和UBl分别为相应位置处长度为l的钢轨压降，l单位为米，Rl为钢轨纵向电阻，则理想情况下，即l距离足够小，其长度内钢轨泄露电流可以忽略，单位电导计算式： G 0 = 3 L × I 0 - I R A 0 - I R B 本文档来自技高网...

【技术保护点】
城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统，其特征在于：包括互相连接并进行信息交互的测试系统主机(1)和远端数据采集与传输装置(2)；所述测试系统主机(1)包括可编程控制低功率电流源(3)、自动控制模块(4)、数字式高精度电压测量与存储模块I(5)、无线通信模块I(6)、数据处理模块(7)和人机交互模块(8)；可编程控制低功率电流源(3)数字式高精度电压测量与存储模块I(5)、无线通信模块I(6)、数据处理模块(7)和人机交互模块(8)分别与自动控制模块(4)相连接；所述远端数据采集与传输装置(2)包括装置自动控制子模块(9)、数字式高精度电压测量与存储模块II(10)和无线通信模块II(11)，数字式高精度电压测量与存储模块II(10)和无线通信模块II(11)分别与自动控制子模块(9)相连接。

【技术特征摘要】
1.城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统，其特征在于：包括互相连接并进行信息交互的测试系统主机(1)和远端数据采集与传输装置(2)；所述测试系统主机(1)包括可编程控制低功率电流源(3)、自动控制模块(4)、数字式高精度电压测量与存储模块I(5)、无线通信模块I(6)、数据处理模块(7)和人机交互模块(8)；可编程控制低功率电流源(3)数字式高精度电压测量与存储模块I(5)、无线通信模块I(6)、数据处理模块(7)和人机交互模块(8)分别与自动控制模块(4)相连接；所述远端数据采集与传输装置(2)包括装置自动控制子模块(9)、数字式高精度电压测量与存储模块II(10)和无线通信模块II(11)，数字式高精度电压测量与存储模块II(10)和无线通信模块II(11)分别与自动控制子模块(9)相连接。2.根据权利要求1所述的城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统，其特征在于：测试系统主机(1)的各模块安装于测试系统主机(1)机体内部，机体外部留有相应模块的端口；测试系统主机(1)的可编程控制低功率电流源(3)置于测试系统主机(1)机体内部，为输出电流连续可调的电流源，留有电流输出端口，通过串口电路与自动控制模块(4)通信。3.根据权利要求1所述的城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统，其特征在于：所述自动控制模块(4)和自动控制子模块(9)为ARM单片机系统，包括单片机系统所需的硬件电路以及与对应各模块之间的通信接口电路。4.根据权利要求1所述的城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统，其特征在于：所述数字式高精度电压测量与存储模块I(5)和数字式高精度电压测量与存储模块II(10)均包括电压测量电路、高精度A/D转换器及数据存储器；电压测量电路设置为多路，采集多路电压信号；A/D转换器与数据存储器通过接口电路相连，自动控制模块(4)和自动控制子模块(9)控制A/D转换器进行A/D转换后的结果直接传送到数据存储器。5.根据权利要求1所述的城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统，其特征在于：数据处理模块(7)为DSP处理器，与自动控制模块(4)和自动控制子模块(9)通信。6.根据权利要求1所述的城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统，其特征在于：自动控制模块(4)对测试系统进行控制，包括：根据测试要求控制可编程控制低功率电流源(3)的电流输出；控制数字式高精度电压测量与存储模块I(5)进行电压测量与数据存储；通过无线通信模块I(6)实现与自动控制子模块(9)进行对时，以保证测试数据的同步性；向自动控制子模块(9)发送控制指令，同时接收远端数据采集与传输装置(2)的测试数据；向数据处理模块(7)传输各测试点的数据并向其发送计算轨地过渡电阻指令；控制人机交互模块(8)显示计算结果、接收装置使用人员输入的外部指令。7.根据权利要求1所述的城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统，其特征在于：无线通信模块I(6)和无线通信模块II(11)采用远距离无线通信技术，具有传输数据与控制指令的作用。8.根据权利要求1所述的城市轨道交通轨地过渡电阻测试系统，其特征在于：数据处理模块(7)中含有计算轨道与隧道间轨地过渡电阻的补偿算法，该算法使用迭代法提高测试精度，具体为：通过测量S、A、B三点处ΔU′0、ΔU″0以及ΔUAl、ΔUBl四个电压，其中ΔU＝Uon-Uoff，U′0、U″0、UAl和UBl分别为相应位置处长度为l的钢轨压降，l单位为米，Rl为钢轨纵向电阻，则理想情况下，即l距离足够小，其长度内钢轨泄露电流可以忽略，单位电导计算式： G 0 = 3 L × I 0 - I R A 0 - I R B 0 ΔU R T + ΔU R T A + ΔU R T B ]]> I 0 = I 0 ′ + I 0 ′ ′ = ΔU 0 ′ R l + ΔU 0 ′ ′ R l ]]> I R A 0 = ΔU A l R l ]]> I R B 0 = ΔU B l R l ]]>其中：ΔU′0和ΔU″0为电流注入点处长度l的钢轨压降测试值；ΔUAl和ΔUBl分别为A、B两点处长度l的钢轨压降测试值；L为被测段长度，单位为千米；Rl为长度l的钢轨纵向电阻，单位为欧姆；考虑实际情况，为提高测试精度，长度为l需要增大，则其长度内钢轨泄露电流不能忽略，则有：I0变为IRA0变为IRB0变为故，需要对测量误差进行自适应迭代计算：第1次迭代： G 1 = 3 L × I 1 - I R A 1 - I R B 1 ΔU R T + ΔU R T A + ΔU R T B = 3 L × ( I 0 ′ + ΔU R T · G 0 · l 1000 + I 0 ′ ′ + ΔU R T · G 0 · l 1000 ) - ( I R A 0 + ΔU R T A · G 0 · l 1000 ) - ( I R B 0 + ΔU R T B · G 0 · l 1000 ) ΔU R T + ΔU R T A + ΔU R T B ]]>第2次迭代： G 2 = 3 L × I 2 - I R A 2 - I R B 2 ΔU R T + ΔU R T A + ΔU R T B = 3 L × ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文勋，丁大鹏，郭强，林志海，陶临生，蒋功连，曲尚开，杲秀芳，肖梓林，黄晓静，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61