[发明专利]杂散电流监测防护装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体地说，是一种杂散电流监测防护装置和方法。

背景技术

在城市轨道交通直流电气化轨道运输系统中，以轨道作为回流体，由于轨道不可能对地完全绝缘，而且回流电路存在电压降，因而导致一部分负荷电流从轨道流到轨枕、道床及地下钢轨金属设施中去，这部分电流就是杂散电流（参见附图1）。杂散电流的存在，对轻轨或地铁周围土壤中埋设的通讯电缆、区间隧道中的钢管、钢筋等金属管线产生电化学腐蚀，破坏其强度，降低其寿命。同时，杂散电流也会造成人身触电。在站台上，地铁乘客手脚之间的电位差为△V，当电位差很高时，杂散电流腐蚀机理与钢铁在空气条件下或在在水溶液及土壤电解质中发生的自然腐蚀一样，都具有阳极过程和阴极过程的氧化还原反应。要对杂散电流腐蚀损坏的混凝土结构进行维修和更换是十分困难的，它直接影响了轨道交通建设百年大计的实现。因此，积极开展轨道交通杂散电流的自动监测防护研究，对城市轨道交通的安全可靠和持久运行具有重要意义。

由于轨道交通中，直流电源、导线、车身以及铁轨形成了完整的供电回路，但是有一部分电流由于铁轨缺少绝缘措施，因而导致一部分负荷电流从轨道流到轨枕、道床、通信电缆及地下钢管钢筋设施中去，这就形成了杂散电流的回路，这部分电流会腐蚀地下管道，因此，需要有一种排流方案用于减小、消除杂散电流，故提供的排流方向与杂散电流方向相反，才可达到排流效果。(参见图2)

目前，存在的轨道交通杂散电流自动监测防护系统是由各个分区监测的主站收集、存储电流，最终由监测中心进行数据分析、判断，最终排流。这需要投入大量的人力和物力进行监控操作。目前虽然也存在一种杂散电流检测仪，在地面就可快速评估管道中的杂散电流，对杂散电流进行监测，其采集的数据可存储在大容量的U盘上，但是，其无法精确地定位杂散电流的汇集流入点及流出点。因此，需要设计一种杂散电流监测防护装置来解决上述问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种杂散电流监测防护装置，不仅可以免去庞大的监测网络，节省人力和物力，而且也能丰富已有检测仪的功能，从而可以在无人操作的条件下进行在线监测、防护和报警；本发明的第二个目的是，提供所述装置使用的方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种杂散电流监测防护装置，其特征在于，包括箱体和线路板；所述箱体包括电源灯、报警灯和显示屏；在所述箱体内部设有线路板；所述线路板包括传感器测量电路、单片机工作电路、液晶显示电路、报警电路、D/A转换电路、放大电路和排流电路；所述传感器测量电路分别与外部埋设的金属杆和所述单片机工作电路电连接, 所述传感器测量电路包括霍尔电流传感器和串联电阻，用于将外部收集的杂散电流信号通过所述霍尔电流传感器和串联电阻转变为模拟电压信号；所述单片机工作电路分别与所述传感器测量电路、所述液晶显示电路、所述报警电路和所述D/A转换电路电连接，所述单片机工作电路包括单片机、A/D转换模块和I/O接口，其中，所述A/D转换模块用于将所述模拟电压信号转换成数字电压信号，所述单片机用于判断分析处理所述数字信号是否在所述单片机内置程序的范围之内，所述I/O接口用于传输报警信号至所述报警电路；所述D/A转换电路分别与所述单片机工作电路和所述放大电路电连接，用于将所述数字电压信号转换成模拟电压信号；所述放大电路分别与所述D/A转换电路和所述排流电路电连接，所述放大电路包括晶体三极管和内阻稳定回路，其中，所述晶体三极管用于将所述模拟电压信号进行相应倍数的放大处理，得到放大的电压信号，所述内阻稳定回路用于将所述放大的电压信号转换为电流信号；所述排流电路分别与所述放大电路和外接埋设的金属杆电连接。

进一步，所述显示屏安装在所述箱体的表面，用于显示收到的所述数字电压信号的电压值。

进一步，所述报警电路与所述报警灯连接，用于将收到所述报警信号传送至报警灯，以便及时提醒用户。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种杂散电流监测防护装置的方法，采用所述杂散电流监测防护装置，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采集杂散电流数据, 通过所述传感器测量电路来采集杂散电流；

(2)转换为电压量，通过所述传感器测量电路的霍尔电流传感器和串联电阻，将采集的杂散电流转换为电压信号；

(3)判断分析，通过单片机内置程序设定几段电压范围档进行判断分析，并作出相应处理；

①    过小的杂散电流可以忽略，单片机不采取排流，进行相应液晶显示；