一种电气化铁路牵引所接地网在线监测系统的制作方法

1.本发明属于电气化铁路牵引供电技术领域，特别涉及一种电气化铁路牵引所接地网在线监测系统。


背景技术：

2.牵引所的接地网主要用于提供系统接地、供电设备接地、保护装置接地，以及防雷击和防静电等多种用途，是维护牵引电力设备安全稳定运行，确保操作人员人身安全的重要保障。
3.由于接地网本体及牵引电力设备接地引下线与接地网的连接点长期处于地下土壤环境，受到温度、湿度以及压力等环境因素的影响，土壤对于接地网及其连接点所产生的化学和电化学腐蚀作用，将有可能导致连接点腐蚀、开断、松脱，使得接地引下线连接点电阻值增大，不能满足铁路电力牵引规程的要求，严重时造成牵引电力设备脱开地网运行，将会直接威胁到牵引所的安全运行状态，因此铁路运营管理部门往往分季度对牵引所接地网各项运行状态参数进行检测，主要包括：接地阻抗、土壤电阻率、跨步电压、接触电势、设备接地导通、以及轨地回流等参数，然而既有的检测方法不仅操作过程较为繁琐，且耗费大量的人力和时间成本，同时季度性的检测也无法做到对接地网实时运行状态的监测分析，对于接地网运行状态的判断也具有较大的随机性，不能及时检测到接地网的突发性故障，从而无法确保牵引所接地网的全天候安全稳定运行。


技术实现要素：

4.为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种电气化铁路牵引所接地网在线监测系统，实现对牵引所接地网的实时运行状态进行监测，使铁路运营管理部门准确判断接地网实时运行状态及突发性故障，从而有效避免人身及设备安全事故的产生。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
6.一种电气化铁路牵引所接地网在线监测系统，包括系统控制单元，所述系统控制单元的信号输入端分别与数据采集滤波单元及外部系统通信单元的信号输出端相连接，所述系统控制单元的信号输出端分别与恒流功率单元及外部系统通信单元的信号输入端相连接；
7.接地网状态参数监测单元的信号输入端与所述恒流功率单元的信号输出端相连接，接地网状态参数监测单元的信号输出端与所述数据采集滤波单元的信号输入端相连接。
8.一种电气化铁路牵引所接地网在线监测系统的监测方法包括如下步骤：
9.步骤一：系统控制单元发出检测指令，同时控制所述恒流功率单元输出接地网状态参数监测单元所需的异频测试电流或直流测试电流；
10.步骤二：接地网状态参数监测单元监测牵引所接地网的各项运行状态参数；
11.步骤三：数据采集滤波单元对所述牵引所接地网的各项运行状态参数进行模数转
换，同时完成数据的采集和滤波分析，经处理后得到的测量信号传送至系统控制单元；
12.步骤四：系统控制单元对所述测量信号进行运算，获取牵引所接地网的实时运行状态；
13.步骤五：牵引所接地网的实时运行状态通过外部系统通信单元，实现与同类监测设备的互联互通。
14.具体地，所述接地网状态参数监测单元包括接地阻抗测量单元、土壤电阻率测量单元、跨步电压测量单元、接触电势测量单元、设备接地导通测量单元、以及轨地回流测量单元。
15.本发明的有益效果：
16.1)本发明系统结构简单，能够实现对牵引所接地网接地阻抗、土壤电阻率、跨步电压、接触电势、设备接地导通、以及轨地回流等参数信息的实时自动监测分析；
17.2)本发明有效解决了以往人工检测方法的操作过程繁琐，时间和人力成本耗费较高，季度性检测随机性较大、时效性不强的缺点，使铁路运营管理部门能够及时掌握牵引所接地网的安全性能，避免人身及设备安全事故的产生，对于提升电气化铁路牵引供电系统的运营可靠性和安全性能具有重要意义。
附图说明
18.图1为本发明结构示意图；
19.图2为数据采集滤波单元的结构示意图；
20.图3为恒流功率单元的结构示意图；
21.图4为接地网状态参数监测单元的结构示意图；
22.图中，110-系统控制单元，120-数据采集滤波单元，121-模数转换单元，122-滤波分析单元，130-恒流功率单元，140-接地网状态参数监测单元，150-外部系统通信单元，131-异频电流发生单元、132-直流电流发生单元、133-多路选择输出单元。
具体实施方式
23.下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
24.如图1所示，本牵引所接地网在线监测系统包括系统控制单元110，数据采集滤波单元120，恒流功率单元130，接地网状态参数监测单元140，外部系统通信单元150；
25.系统控制单元110的信号输入端分别与数据采集滤波单元120及外部系统通信单元150的信号输出端相连接；系统控制单元110的信号输出端分别与恒流功率单元130及外部系统通信单元150的信号输入端相连接；
26.接地网状态参数监测单元140的信号输入端与恒流功率单元130的信号输出端相连接；接地网状态参数监测单元140的信号输出端与数据采集滤波单元120的信号输入端相连接。
27.系统控制单元为现有单元模块，基于高性能的嵌入式处理器工控系统构建，具有强大的数据处理能力以及更快的控制系统响应周期；
28.数据采集滤波单元120为现有单元模块，包括模数转换单元121和滤波分析单元122，模数转换单元121采用基于fpga(field programmable gate array)技术构建的多通
道模拟信号采集电路，具有较高的采样分辨率和采集频率，同时具有高度可拓展性；滤波分析单元122采用准确可靠的频谱分析及数字滤波技术，具有抗干扰能力强，选频特性尖锐的特点，同时能够准确还原测量信号，并最大程度消除工频感应、零序电流、谐波电流、以及杂散电流信号对测量过程所造成的干扰，结构示意图如图2所示；
29.恒流功率单元130为现有单元模块，包括异频电流发生单元131、直流电流发生单元132、以及多路选择输出单元133，异频电流发生单元131和直流电流发生单元132，均采用大功率电力电子开关器件和先进的脉冲宽度调制技术构建，具有输出信号谐波含量低，波形畸变程度小，频率稳定程度高等优势，能够有效避免测量过程中工频信号的干扰，提高测量结果的准确性；异频电流发生单元和直流电流发生单元，其电流输出端口同时还与多路选择输出单元133相连接，从而可为异频测试电流和直流测试电流提供多路引出端口，结构示意图如图3所示；
30.接地网状态参数监测单元140为现有单元模块，包括接地阻抗测量单元、土壤电阻率测量单元、跨步电压测量单元、接触电势测量单元、设备接地导通测量单元、以及轨地回流测量单元；接地阻抗测量单元用于测量牵引所接地网的接地阻抗大小，土壤电阻率测量单元用于测量牵引所接地网的土壤电阻率大小，跨步电压测量单元用于测量牵引所接地网的跨步电压大小，接触电势测量单元用于测量牵引所接地设备的接触电势大小，设备接地导通测量单元用于测量牵引所接地设备的接地导通电阻值，轨地回流测量单元用于测量牵引所接地网的轨地回流大小，结构示意图如图4所示；
31.外部系统通信单元150为现有单元模块，通过内建专用的数据通信接口，可支持tcp/ip、以及rs485等网络通信协议，并可根据选择配置光电转换器和单模光纤或无线wifi发射装置，技术成熟可靠，可实现与同类监测设备的互联互通，并支持系统监测数据和报警信号的远传等功能。
32.本发明监测方法包括如下步骤：
33.步骤一：系统控制单元110发出检测指令，同时控制所述恒流功率单元130输出接地网状态参数监测单元140所需的异频测试电流或直流测试电流；
34.步骤二：接地网状态参数监测单元140监测牵引所接地网的各项运行状态参数；
35.步骤三：数据采集滤波单元120对牵引所接地网的各项运行状态参数进行模数转换，同时完成数据的采集和滤波分析，经处理后得到的测量信号传送至系统控制单元110；
36.步骤四：系统控制单元110对测量信号进行运算，获取牵引所接地网的实时运行状态；
37.步骤五：牵引所接地网的实时运行状态通过外部系统通信单元150，实现与同类监测设备的互联互通。
38.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。