一种轨道对地电导率的测试装置及方法与流程

1.本发明属于地铁轨道杂散电流干扰测量与抑制技术领域，具体涉及一种轨道对地电导率的测试装置及方法。


背景技术：

2.随着我国现代化的快速发展，交通运输基础设施、能源设施建设得到了高速发展，轨道交通与油气管道间公用走廊现象日益普遍，轨道杂散电流引起的各项腐蚀问题日益受到重视。抑制杂散电流不仅需要在施工中严格控制，日常运维中更需对轨道杂散电流进行预防与评估。为控制杂散电流量，相关标准对轨道对地绝缘性或对地电导率规定了限值。但在轨道对地电导率测试办法与范围上各标准间存在差异、不统一，如cjj/t 49
‑
2020《地铁杂散电流腐蚀防护技术标准》给出通过测试多区段轨道接地电阻的办法来评估整体轨道对地的绝缘性；gb/t 28026.2
‑
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》只能对绝缘节局部轨道对地绝缘性进行测试。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种轨道对地电导率的测试装置及方法。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
5.第一方面，本发明提供一种轨道对地电导率的测试装置，包括中央处理单元、信号采集模块、直流电源、电子开关和电流感应环；电流感应环套装在检测点处的轨道上，其输出与信号采集模块的一个输入端相连；信号采集模块的另一输入端与检测点处的轨道可靠电连接，用于采集轨道相对参比电极的电位即轨道电位；信号采集模块的输出端与中央处理单元相连；直流电源的正极连接辅助接地电极，负极与电子开关的一端相连；电子开关的另一端与轨道可靠电连接，其控制端与中央处理单元连接；中央处理单元输出通断控制信号至电子开关的控制端，使直流电源为轨道周期间歇加电，并基于通、断情况下测得的每个检测点处的轨道电流差和轨道电位差计算轨道对地的漏电流和轨道平均电位，进而计算轨道对地的电导率。
6.进一步地，所述通断控制信号一个周期的导通时间为12秒，断开时间为3秒。
7.进一步地，第i个检测点电导率的计算公式为：
[0008][0009]
i
leak
‑
i
＝|δi
i
‑
δi
i 1
|，δi
i
＝i
on
‑
i
‑
i
off
‑
i
，δi
i 1
＝i
on
‑
i 1
‑
i
off
‑
i 1
[0010]
δv
i
＝v
on
‑
i
‑
v
off
‑
i
，δv
i 1
＝v
on
‑
i 1
‑
v
off
‑
i 1
[0011]
式中，g
i
为第i个检测点处的电导率；i
leak
‑
i
为第i个检测点处的漏电流，δi
i
为第i个检测点处电子开关导通和断开时的轨道电流i
on
‑
i
和i
off
‑
i
的差，δi
i 1
为第i 1个检测点处
电子开关导通和断开时的轨道电流i
on
‑
i 1
和i
off
‑
i 1
的差；v
i
为第i个检测点处的轨道平均电位，δv
i
为第i个检测点处电子开关导通和断开时的轨道电位v
on
‑
i
和v
off
‑
i
的差，δv
i 1
为第i 1个检测点处电子开关导通和断开时的轨道电位v
on
‑
i 1
和v
off
‑
i 1
的差；l
i,i 1
为第i个检测点与i 1个检测点的距离；i＝1,2,
…
,n，n为检测点数量。
[0012]
更进一步地，δv
i
/δv
i 1
应满足不等式1/k≤δv
i
/δv
i 1
≤k，k>1；如果δv
i
/δv
i 1
不满足所述不等式，在第i个检测点与i 1个检测点之间增加检测点，直到δv
i
/δv
i 1
满足所述不等式。
[0013]
更进一步地，如果第i个检测点与i 1个检测点之间有均流线，在均流线上设置电流感应环，按下式计算漏电流：
[0014]
i
leak
‑
i
＝|δi
i
‑
δi
i 1
‑
δi
j
|，δi
j
＝i
j
‑
on
‑
i
j
‑
off
[0015]
式中，δi
j
为电子开关导通和断开时的均流线中的电流i
j
‑
on
和i
j
‑
off
的差。
[0016]
第二方面，本发明提供一种应用所述装置进行轨道对地电导率测试的方法，包括以下步骤：
[0017]
中央处理单元输出通断控制信号至电子开关的控制端，使直流电源为轨道间歇加电；
[0018]
在电子开关导通和断开期间，同时采集每个检测点处的轨道电流和轨道电位；
[0019]
基于电子开关导通和断开期间的轨道电流差和轨道电位差，计算每个检测点处轨道对地的漏电流和轨道平均电位，进而计算轨道对地的电导率。
[0020]
进一步地，所述通断控制信号一个周期的导通时间为12秒，断开时间为3秒。
[0021]
进一步地，第i个检测点电导率的计算公式为：
[0022][0023]
i
leak
‑
i
＝|δi
i
‑
δi
i 1
|，δi
i
＝i
on
‑
i
‑
i
off
‑
i
，δi
i 1
＝i
on
‑
i 1
‑
i
off
‑
i 1
[0024]
δv
i
＝v
on
‑
i
‑
v
off
‑
i
，δv
i 1
＝v
on
‑
i 1
‑
v
off
‑
i 1
[0025]
式中，g
i
为第i个检测点处的电导率；i
leak
‑
i
为第i个检测点处的漏电流，δi
i
为第i个检测点处电子开关导通和断开时的轨道电流i
on
‑
i
和i
off
‑
i
的差，δi
i 1
为第i 1个检测点处电子开关导通和断开时的轨道电流i
on
‑
i 1
和i
off
‑
i 1
的差；v
i
为第i个检测点处的轨道平均电位，δv
i
为第i个检测点处电子开关导通和断开时的轨道电位v
on
‑
i
和v
off
‑
i
的差，δv
i 1
为第i 1个检测点处电子开关导通和断开时的轨道电位v
on
‑
i 1
和v
off
‑
i 1
的差；l
i,i 1
为第i个检测点与i 1个检测点的距离；i＝1,2,
…
,n，n为检测点数量。
[0026]
更进一步地，δv
i
/δv
i 1
应满足不等式1/k≤δv
i
/δv
i 1
≤k，k>1；如果δv
i
/δv
i 1
不满足所述不等式，在第i个检测点与i 1个检测点之间增加检测点，直到δv
i
/δv
i 1
满足所述不等式。
[0027]
更进一步地，如果第i个检测点与i 1个检测点之间有均流线，在均流线上设置电流感应环，按下式计算漏电流：
[0028]
i
leak
‑
i
＝|δi
i
‑
δi
i 1
‑
δi
j
|，δi
j
＝i
j
‑
on
‑
i
j
‑
off
[0029]
式中，δi
j
为电子开关导通和断开时的均流线中的电流i
j
‑
on
和i
j
‑
off
的差。
[0030]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
[0031]
本发明通过设置中央处理单元、信号采集模块、直流电源、电子开关和电流感应环，测量电子开关导通和断开期间每个检测点处的轨道电流和轨道电位，并基于轨道电流差和轨道电位差计算每个检测点处轨道对地的漏电流和轨道平均电位，进而计算轨道对地的电导率。本发明具有测量装置轻便、测量方法简单等优点。本发明基于电子开关导通和断开时轨道电流的差和轨道电位的差进行漏电流、电导率计算，可消除轨道本身电流的影响，从而提高电导率的测量精度。
附图说明
[0032]
图1为本发明的实施例一种轨道对地电导率的测试装置的组成框图，图中：1
‑
中央处理单元，2
‑
信号采集模块，3
‑
电流感应环，4
‑
直流电源，5
‑
电子开关。
[0033]
图2为进行电导率测量时的试验装置示意图。
[0034]
图3为本发明实施例一种应用所述装置进行轨道对地电导率测试的方法的流程图。
具体实施方式
[0035]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
图1为本发明实施例一种轨道对地电导率的测试装置的框图，所述装置包括中央处理单元1、信号采集模块2、直流电源4、电子开关5和电流感应环3；电流感应环3套装在检测点处的轨道上，其输出与信号采集模块2的一个输入端相连；信号采集模块2的另一输入端与检测点处的轨道可靠电连接，用于采集轨道相对参比电极的电位即轨道电位；信号采集模块2的输出端与中央处理单元1相连；直流电源4的正极连接辅助接地电极，负极与电子开关5的一端相连；电子开关5的另一端与轨道可靠电连接，其控制端与中央处理单元1连接；中央处理单元1输出通断控制信号至电子开关5的控制端，使直流电源4为轨道周期间歇加电，并基于通、断情况下测得的每个检测点处的轨道电流差和轨道电位差计算轨道对地的漏电流和轨道平均电位，进而计算轨道对地的电导率。
[0037]
本实施例中，所述装置主要由中央处理单元1、信号采集模块2、直流电源4、电子开关5和电流感应环3组成，它们的连接关系如图1所示。进行电导率测量时的试验装置示意图如图2所示。电流感应环3套在检测点处的轨道上，用于采集检测点处流过轨道的电流，即轨道电流。电流感应环3的输出端与信号采集模块2的输入端相连，其输出电流经信号采集模块2进行放大、a/d变换后送到中央处理单元1。信号采集模块2还与检测点处的轨道通过电缆可靠电连接，用于采集检测点处轨道相对参比电极的电位，即轨道电位。轨道电位经信号采集模块2进行放大、a/d变换后送到中央处理单元1。检测点是试验前在待测试的轨道段选好间隔一定距离的点，为了保证测量精度，检测点的间距不应过大。图2中只画出了2个相邻的检测点，即第i个检测点和第i 1个检测点。参比电极一般采用硫酸铜材质，埋在检测点附近的轨道一侧的土壤中，用作轨道电位的参考电位。本实施例采用伏安法测量轨道对地电导率，因此需要在轨道与地之间加一定幅度的直流电压，为此所述装置设置了一个直流电
源4。本实施例设置了一个串联在直流电源4和轨道之间的电子开关5(如继电器)，通过控制电子开关5的通断使直流电源4为轨道间歇供电，即周期通断。通过同时测量导通和断开时的轨道电位和轨道电流，用导通时的轨道电位减去断开时的轨道电位的差作为轨道电位，用导通时的轨道电流减去断开时的轨道电流的差作为轨道电流，可消除轨道本身电流对测量精度的影响。直流电源4的负极与电子开关5的一端相连，电子开关5的另一端通过电缆与轨道可靠电电连接；直流电源4的正极与辅助接地电极相连。电子开关5的控制端与中央处理单元1相连。直流电源4的极性不能接反，这是由于直流电会引起金属的电腐蚀，具体地说，连接正极端的金属会导致金属发生腐蚀，连接负极端的金属因可受到阴极保护不会腐蚀。辅助接地电极一般埋在轨道一侧垂直距离为50米左右的土壤中。为了消除辅助电极地电位升的影响，辅助接地电极与参比电极的距离一般不小于10倍辅助电极的等效半径。
[0038]
在进行测量前，中央处理单元1先输出控制信号至电子开关5控制端，接通电子开关5至少30分钟以上，使轨道在直流电源4作用下充分极化。极化完成后，中央处理单元1输出周期通断控制信号至电子开关5控制端，直流电源4为轨道间歇供电，在电子开关5通断期间同时采集轨道电位和轨道电流。用通断轨道电位差作为轨道电位，用通断轨道电流作为轨道电流，相邻检测点的轨道电流差即为检测点处的漏电流。有了轨道电位和漏电流就可以计算轨道对地电导，轨道对地电导除以相邻检测点的距离就得到检测点处的电导率。
[0039]
作为一可选实施例，所述通断控制信号一个周期的导通时间为12秒，断开时间为3秒。
[0040]
本实施例给出了通断控制信号的一种具体参数。通断控制信号是一个一定占空比的周期脉冲信号。本实施例中，通断控制信号的周期为12 3＝15秒，导通时间为12秒，断开时间为3秒。值得说明的是，本实施例只是给出了一种较佳的实施方式，并不否定和排斥其它可行的实施方式，如不同周期、不同占空比的通断信号。
[0041]
作为一可选实施例，第i个检测点电导率的计算公式为：
[0042][0043]
i
leak
‑
i
＝|δi
i
‑
δi
i 1
|，δi
i
＝i
on
‑
i
‑
i
off
‑
i
，δi
i 1
＝i
on
‑
i 1
‑
i
off
‑
i 1
[0044]
δv
i
＝v
on
‑
i
‑
v
off
‑
i
，δv
i 1
＝v
on
‑
i 1
‑
v
off
‑
i 1
[0045]
式中，g
i
为第i个检测点处的电导率；i
leak
‑
i
为第i个检测点处的漏电流，δi
i
为第i个检测点处电子开关5导通和断开时的轨道电流i
on
‑
i
和i
off
‑
i
的差，δi
i 1
为第i 1个检测点处电子开关5导通和断开时的轨道电流i
on
‑
i 1
和i
off
‑
i 1
的差；v
i
为第i个检测点处的轨道平均电位，δv
i
为第i个检测点处电子开关5导通和断开时的轨道电位v
on
‑
i
和v
off
‑
i
的差，δv
i 1
为第i 1个检测点处电子开关5导通和断开时的轨道电位v
on
‑
i 1
和v
off
‑
i 1
的差；l
i,i 1
为第i个检测点与i 1个检测点的距离；i＝1,2,
…
,n，n为检测点数量。
[0046]
本实施例给出了任一检测点处电导率的计算方法。计算公式如上式，电导率等于漏电流除以轨道电位和长度(相邻检测点的距离)积。漏电流等于相邻两个检测点的轨道电流的差，轨道电位等于相邻两个检测点的轨道电位的均值。为了使最终得到的电导率为正值，漏电流和轨道电位均值都取绝对值。轨道电流和轨道电位均采用电子开关5导通和断开时的轨道电流差和轨道电位差。
[0047]
作为一可选实施例，δv
i
/δv
i 1
应满足不等式1/k≤δv
i
/δv
i 1
≤k，k>1；如果δv
i
/δv
i 1
不满足所述不等式，在第i个检测点与i 1个检测点之间增加检测点，直到δv
i
/δv
i 1
满足所述不等式。
[0048]
本实施例给出了调整检测点间距的一种技术方案。如前述，相邻检测点之间的距离不能过大，否则会影响漏电流和电导率的测量精度。本实施例没有直接对所述间距进行限定，而是根据相邻检测点的轨道电位比是否在设定的阈值范围内判断所述间距是否过大，其原理是当所述间距过大时相邻检测点的轨道电位相差也过大，即轨道电位也比较大。k值的大小与测量精度要求有关，可通过反复实验确定，如可以取k＝1.6。一旦检测到相邻检测点的轨道电位比不满足上述不等式，表明间距过大，可在所述相邻检测点之间增加新的检测点。
[0049]
作为一可选实施例，如果第i个检测点与i 1个检测点之间有均流线，在均流线上设置电流感应环3，按下式计算漏电流：
[0050]
i
leak
‑
i
＝|δi
i
‑
δi
i 1
‑
δi
j
|，δi
j
＝i
j
‑
on
‑
i
j
‑
off
[0051]
式中，δi
j
为电子开关5导通和断开时的均流线中的电流i
j
‑
on
和i
j
‑
off
的差。
[0052]
本实施例给出了两个相邻检测点之间有均流线时电导率的一种计算方法。当两个相邻检测点之间有均流线时，在均流线上套装电流感应环3，同样测量通断期间的电流，以二者的差作为均流线电流；漏电流等于相邻两个检测点处轨道电流差再减去均流线电流。值得说明的是，为避免出错，均流线电流、轨道电流的正负与电流方向的关系要进行正确的设定。
[0053]
图3为本发明实施例应用所述装置进行轨道对地电导率测试的方法的流程图，所述方法包括以下步骤：
[0054]
步骤101，中央处理单元1输出通断控制信号至电子开关5的控制端，使直流电源4为轨道间歇加电；
[0055]
步骤102，在电子开关5导通和断开期间，同时采集每个检测点处的轨道电流和轨道电位；
[0056]
步骤103，基于电子开关5导通和断开期间的轨道电流差和轨道电位差，计算每个检测点处轨道对地的漏电流和轨道平均电位，进而计算轨道对地的电导率。
[0057]
本实施例与装置实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。后面的实施例也是如此，均不再展开说明。
[0058]
作为一可选实施例，所述通断控制信号一个周期的导通时间为12秒，断开时间为3秒。
[0059]
作为一可选实施例，第i个检测点电导率的计算公式为：
[0060][0061]
i
leak
‑
i
＝|δi
i
‑
δi
i 1
|，δi
i
＝i
on
‑
i
‑
i
off
‑
i
，δi
i 1
＝i
on
‑
i 1
‑
i
off
‑
i 1
[0062]
δv
i
＝v
on
‑
i
‑
v
off
‑
i
，δv
i 1
＝v
on
‑
i 1
‑
v
off
‑
i 1
[0063]
式中，g
i
为第i个检测点处的电导率；i
leak
‑
i
为第i个检测点处的漏电流，δi
i
为第i个检测点处电子开关5导通和断开时的轨道电流i
on
‑
i
和i
off
‑
i
的差，δi
i 1
为第i 1个检测点
处电子开关5导通和断开时的轨道电流i
on
‑
i 1
和i
off
‑
i 1
的差；v
i
为第i个检测点处的轨道平均电位，δv
i
为第i个检测点处电子开关5导通和断开时的轨道电位v
on
‑
i
和v
off
‑
i
的差，δv
i 1
为第i 1个检测点处电子开关5导通和断开时的轨道电位v
on
‑
i 1
和v
off
‑
i 1
的差；l
i,i 1
为第i个检测点与i 1个检测点的距离；i＝1,2,
…
,n，n为检测点数量。
[0064]
作为一可选实施例，δv
i
/δv
i 1
应满足不等式1/k≤δv
i
/δv
i 1
≤k，k>1；如果δv
i
/δv
i 1
不满足所述不等式，在第i个检测点与i 1个检测点之间增加检测点，直到δv
i
/δv
i 1
满足所述不等式。
[0065]
作为一可选实施例，如果第i个检测点与i 1个检测点之间有均流线，在均流线上设置电流感应环3，按下式计算漏电流：
[0066]
i
leak
‑
i
＝|δi
i
‑
δi
i 1
‑
δi
j
|，δi
j
＝i
j
‑
on
‑
i
j
‑
off
[0067]
式中，δi
j
为电子开关5导通和断开时的均流线中的电流i
j
‑
on
和i
j
‑
off
的差。
[0068]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。