高鐵地磁感應(yīng)電流監(jiān)測(cè)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高鐵電氣系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高鐵地磁感應(yīng)電流監(jiān)測(cè)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著強(qiáng)烈空間天氣風(fēng)暴的發(fā)生，磁層一電離層中的空間電流體系對(duì)地球的磁場(chǎng)產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，這時(shí)在地面上可以觀測(cè)到全球性的地磁場(chǎng)強(qiáng)烈變化現(xiàn)象，稱為“磁暴”。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知:時(shí)變的磁場(chǎng)會(huì)在大地中感應(yīng)出電場(chǎng)并因大地的電導(dǎo)形成地電流，當(dāng)?shù)孛嫔洗嬖趯?dǎo)電性能良好的人工網(wǎng)絡(luò)時(shí)(如:鐵軌、輸電線路、輸油管線等)就會(huì)在其中產(chǎn)生地磁感應(yīng)電流(簡(jiǎn)稱GIC)。以往，由于我國(guó)大部分國(guó)土處于中低瑋度區(qū)域，且鐵路運(yùn)營(yíng)里程短、范圍小、速度慢，因此磁暴的影響問題并不突出。
[0003]近年來，隨著中國(guó)鐵路的高速發(fā)展，四縱四橫高鐵網(wǎng)的建設(shè)，與傳統(tǒng)鐵路不同的是，高速鐵路電氣系統(tǒng)大量采用了如列車運(yùn)行控制系統(tǒng)、鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM-R)、調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)、防災(zāi)監(jiān)控設(shè)備等數(shù)字化、自動(dòng)化設(shè)備，卻更易受到電磁干擾。以及無(wú)砟軌道、以橋代路等技術(shù)，使得高鐵運(yùn)行環(huán)境變得復(fù)雜。7.23甬溫線特大事故發(fā)生后，高鐵電氣系統(tǒng)電磁干擾問題引起了業(yè)內(nèi)的重視，這也是關(guān)系鐵路行車安全的重大問題。因此迫切需要一種監(jiān)測(cè)高鐵GIC，并記錄高鐵中GIC產(chǎn)生的時(shí)間，持續(xù)時(shí)間及其數(shù)量級(jí)的裝置，為研宄GIC在鐵路供電系統(tǒng)中的存在情況及其對(duì)鐵路設(shè)備運(yùn)行的危害程度提供有效手段。
[0004]在國(guó)家自然基金項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào):41374189)資助下，課題組在研宄GIC對(duì)我國(guó)高鐵電氣系統(tǒng)的影響問題。由于高鐵磁暴效應(yīng)的監(jiān)測(cè)國(guó)內(nèi)外都還未開展，所以，課題希望借鑒電網(wǎng)GIC研宄成果，研宄分析高鐵磁暴效應(yīng)的監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高鐵地磁感應(yīng)電流監(jiān)測(cè)方法及裝置。
[0006]本發(fā)明采用高鐵地磁暴侵害監(jiān)測(cè)記錄裝置，記錄導(dǎo)致牽引網(wǎng)和軌道電路受到影響的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)量；監(jiān)測(cè)的變量包括牽引主變壓器、AT所自耦變壓器的直流電流。在監(jiān)測(cè)量越過限值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便及時(shí)了解地磁暴對(duì)鐵路系統(tǒng)的影響；具體實(shí)現(xiàn)方案如下:
[0007]I) GIC監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇，
[0008]牽引變電所內(nèi)設(shè)置了牽引回流收集的工程裝置-集中接地箱(JD箱)，為獨(dú)立箱式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部匯集了連接兩軌條的扼流變壓器中點(diǎn)引線、PW保護(hù)線、貫通地線等牽引回流導(dǎo)線，并與變壓器接地極相連，用于除了經(jīng)正饋線回流的少數(shù)牽引電流的回流；
[0009]為了監(jiān)測(cè)牽引網(wǎng)和軌道電路鋼軌中的GIC大小，考慮到牽引變電所內(nèi)是不允許安裝鐵路系統(tǒng)外設(shè)備，可在JD箱內(nèi)與牽引主變壓器接地極、鋼軌的連接電纜(或銅排)上安裝霍爾傳感器，霍爾傳感器選擇在牽引供電系統(tǒng)二次側(cè)安裝，以及鋼軌的連接電纜上，不會(huì)對(duì)列車的運(yùn)行造成影響；
[0010]2)高鐵GIC信號(hào)的提取，
[0011]與牽引電流及各次諧波相比較，取樣信號(hào)中GIC幅值很小，以及各種干擾噪聲的存在，使得取樣信號(hào)具有較低信噪比，若只通過傳統(tǒng)的低通濾波器濾除噪聲，信號(hào)中的有用成分也會(huì)模糊掉。小波分析是時(shí)域和頻域窗窗口大小可變的局部化分析，可有效的去除信號(hào)中局部高頻噪聲干擾。小波去噪的步驟為小波分解、閾值處理小波系數(shù)和重構(gòu)信號(hào)，如今小波分析在小波在信號(hào)分析中的應(yīng)用十分廣泛，它可以用于邊界的處理與濾波、時(shí)頻分析、信噪分離與提取弱信號(hào)，這里不詳細(xì)介紹小波分析。所以這部分的開發(fā)主要是包括小波去噪、濾波器、快速傅立葉變換分解出GIC信號(hào)。
[0012]3)數(shù)據(jù)采集與處理，數(shù)據(jù)采集和處理模塊是以高鐵GIC閾值和磁暴特征作為啟動(dòng)及分析處理判據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高鐵GIC波形錄制和數(shù)據(jù)記錄，具體信號(hào)采集和處理如下:
[0013](I)某牽引變電所內(nèi)四臺(tái)牽引變壓器接地相中的直流信號(hào)，主變每個(gè)接地相為2路信號(hào)(2*4)。由于普通磁電式傳感器無(wú)法測(cè)量0.1-0.0OlHz的準(zhǔn)直流信號(hào)，而霍爾傳感器能采集到的信號(hào)頻率范圍很寬，則用霍爾傳感器進(jìn)行直流信號(hào)采集；
[0014](2)鋼軌回流中的直流信號(hào)，共1*2 = 2路。測(cè)量的信號(hào)為鋼軌回路中流經(jīng)扼流變壓器的直流信號(hào)，用于分析該直流對(duì)扼流變壓器的影響。
[0015](3)上述采集到的電信號(hào)需先經(jīng)過信號(hào)調(diào)理板將接入的信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)采集卡的適宜處理的形式，主要是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大、縮小、濾除干擾信號(hào)等。信號(hào)接入采集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，對(duì)輸入的模擬量進(jìn)行采樣、量化、編碼過程得到數(shù)字信號(hào)，再傳輸?shù)角度胧焦た貦C(jī)由軟件采用數(shù)字信號(hào)處理方法進(jìn)行分析處理并顯示結(jié)果數(shù)據(jù)。
[0016]4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理
[0017]采集的信號(hào)經(jīng)處理后會(huì)被傳輸?shù)酱鎯?chǔ)服務(wù)器，方便用戶的分析和查詢，便于管理，存儲(chǔ)服務(wù)器屬于后端部分，而在前端部分，工控機(jī)的大容量存儲(chǔ)單元負(fù)責(zé)臨時(shí)采集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并定時(shí)清空存儲(chǔ)單元里面的數(shù)據(jù)。
[0018]所述步驟I)中霍爾傳感器的安裝包括:
[0019](I)牽引主變壓器接地相上霍爾傳感器的安裝，四臺(tái)霍爾傳感器分別套裝在接地箱中的連接牽引變壓器回流接地點(diǎn)的兩根電纜或者銅排上，固定好傳感器后用屏蔽電纜將傳感器二次信號(hào)從接地箱中引出，從現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)電纜溝敷設(shè)至監(jiān)測(cè)裝置主體部分處，用于測(cè)量流經(jīng)四臺(tái)牽引變壓器二次側(cè)的直流；
[0020](2)鋼軌回流中霍爾傳感器的安裝，兩臺(tái)霍爾傳感器分別套裝在從鋼軌扼流變壓器中點(diǎn)連接至接地箱中的一根電纜上，固定好霍爾傳感器后用屏蔽電纜將傳感器二次信號(hào)引出，從現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)電纜溝敷設(shè)至監(jiān)測(cè)裝置主體部分處；用于測(cè)量流經(jīng)扼流變壓器中點(diǎn)的直流信號(hào)。
[0021]所述霍爾傳感器為霍爾開環(huán)傳感器。
[0022]本發(fā)明的有益效果是根據(jù)高鐵電氣系統(tǒng)中產(chǎn)生GIC的特征，提出了一種高效的監(jiān)測(cè)方法，本發(fā)明采用高鐵地磁暴侵害監(jiān)測(cè)記錄裝置，記錄導(dǎo)致牽引網(wǎng)和軌道電路受到影響的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)量；監(jiān)測(cè)的變量包括牽引主變壓器、AT所自耦變壓器的直流電流。在監(jiān)測(cè)量越過限值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便及時(shí)了解地磁暴對(duì)鐵路系統(tǒng)的影響。通過一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)，記錄的牽引變壓器直流偏磁電流、電壓、磁場(chǎng)數(shù)據(jù)用于分析牽引變壓器直流偏磁、信號(hào)機(jī)繼電器“閃紅”情況，為高鐵牽引供電系統(tǒng)安全運(yùn)行分析提供數(shù)據(jù)。采用霍爾傳感器，其信號(hào)測(cè)量的頻率范圍寬、交直流均可測(cè)量且靈敏度高，價(jià)格便宜；用于監(jiān)測(cè)地磁暴在牽引網(wǎng)中引發(fā)的GIC，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地磁暴發(fā)生時(shí)高鐵電氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的GIC的準(zhǔn)確測(cè)量。
【附圖說明】
[0023]圖1為AT供電牽引供電系統(tǒng)中GIC流通路徑。
[0024]圖2為集中接地箱內(nèi)部接線圖。
[0025]圖3是本發(fā)明所述監(jiān)測(cè)方法的數(shù)據(jù)采集處理程序流程圖。
[0026]圖4是本發(fā)明監(jiān)測(cè)模塊組成圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明提供一種高鐵地磁感應(yīng)電流監(jiān)測(cè)方法及裝置，采用高鐵地磁暴侵害監(jiān)測(cè)記錄裝置，實(shí)現(xiàn)高鐵地磁感應(yīng)電流的監(jiān)測(cè)。下面結(jié)合附圖予以說明。
[0028]圖1是GIC在AT方式牽引供電系統(tǒng)的流通路徑圖。圖中，高鐵地磁暴侵害監(jiān)測(cè)記錄裝置包括在牽引變電所內(nèi)接入三相電源的牽引主變壓器、設(shè)置了牽引回流收集的接地箱；接地箱為獨(dú)立箱式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部匯集了連接兩軌條的扼流變壓器中點(diǎn)引線、PW保護(hù)線和貫通地線的牽引回流導(dǎo)線，并與牽引變壓器接地極相連，用于經(jīng)正饋線回流的少數(shù)牽引電流的回流；
[0029]在牽引變電所內(nèi)不允許安裝鐵路系統(tǒng)外設(shè)備，于是在接地箱內(nèi)與牽引主變壓器接地極、鋼軌連接的電纜或銅排上安裝霍爾傳感器，霍爾傳感器選擇在牽引供電系統(tǒng)二次側(cè)安裝，以及鋼軌的引接線上，用于監(jiān)測(cè)牽引網(wǎng)和軌道電路鋼軌中的GIC大小，不會(huì)對(duì)列車的運(yùn)行造成影響；
[0030]地球磁場(chǎng)的擾動(dòng)在地面感應(yīng)出電場(chǎng)，作用于與大地連接的牽引變壓器接地極、AT所自耦變壓器中點(diǎn)，產(chǎn)生在牽引網(wǎng)中流通的GIC。站內(nèi)軌道電路兩端的機(jī)械絕緣節(jié)包含著連接兩條軌條的扼流變壓器，用于牽引電流回流不受絕緣節(jié)影響。而扼流變壓器中點(diǎn)與貫通地線連接，感應(yīng)地電場(chǎng)作用在牽引變電所與AT所之間鋼軌的兩接地點(diǎn)，產(chǎn)生在鋼軌中流通的GIC。根據(jù)圖1，GIC路徑包括高鐵牽引網(wǎng)和軌道電路系統(tǒng)的鋼軌兩部分，可