專利名稱：一種鋼軌電位保護裝置及其工作方法
技術領域：
本發明涉及軌道交通供電領域，尤其涉及一種鋼軌電位保護裝置及其工作方法。
背景技術：
城市軌道交通牽引供電系統采用架空接觸網供電，以走行軌為回流通路。為減少雜散電流對土建結構鋼筋、鋼軌、設備金屬外殼及其它地下金屬管線產生腐蝕，軌道交通建設過程中采取了較為完善的雜散電流防護措施。即直流牽引供電系統設計為不接地系統，對直流供電設備采用絕緣安裝，鋼軌通過絕緣墊與大地絕緣，以減少雜散電流的泄漏。當供電區段有起動或運行的列車、或發生系統短路故障時，因鋼軌作為牽引回流的通路以及鋼軌與地之間過渡電阻的存在，鋼軌對地產生一定的懸浮電位差。為防止鋼軌對地電位過高造成人身傷害，每個車站和車場都需設有鋼軌電位保護裝置(HVL)。
發明內容
本發明的第一個目的在于針對上述需求，提供一種鋼軌電位保護裝置。為實現上述目的，所述鋼軌電位保護裝置，其特點是，包括可編程控制器、接觸器、晶閘管強觸發模塊、反并聯晶閘管組件模塊和電壓檢測模塊；其中，用于檢測鋼軌與保護地之間電壓的電壓檢測模塊與可編程控制器通訊連接，所述接觸器和反并聯晶閘管組件串聯于鋼軌和保護地之間，所述接觸器與可編程控制器通訊連接，所述反并聯晶閘管組件通過晶閘管強觸發模塊與可編程控制器通訊連接，所述晶閘管強觸發模塊分別與反并聯晶閘管組件中的兩個晶閘管的控制端連接；所述可編程控制器根據電壓檢測模塊返回的電壓值控制所述接觸器和反并聯晶閘管組件的閉合與斷開。優選的是，所述可編程控制器為型號的EASY 256275的可編程控制器。本發明的另一個目的在于提供所述鋼軌電位保護裝置的工作方法，工作方法包括，所述電壓檢測模塊檢測鋼軌與保護地之間的電壓差，并將電壓差數據返回所述可編程控制器；當電壓檢測模塊檢測到的鋼軌與保護地之間的電壓差大于一段動作電壓值U1時，可編程控制器控制接觸器合閘，經第一設定時間值t后可編程控制器控制接觸器恢復斷開；當電壓檢測模塊檢測到的鋼軌與保護地之間的電壓差大于二段動作電壓值U2時，可編程控制器控制接觸器永久合閘，不再控制接觸器恢復斷開； 當電壓檢測模塊檢測到的鋼軌與保護地之間的電壓差大于三段動作電壓值U3時，可編程控制器控制晶閘管強觸發模塊使反并聯晶閘管組件首先在Irns內導通，使鋼軌與保護地連接；然后可編程控制器控制接觸器合閘；所述接觸器合閘后，可編程控制器控制晶閘管強觸發模塊使反并聯晶閘管組件立即斷開。優選的是，當電壓檢測模塊檢測到的鋼軌與保護地之間的電壓差大于一段動作電壓值U1時，可編程控制器控制接觸器合閘，經設定時間后可編程控制器控制接觸器恢復斷開；若在第二設定時間值TT1內可編程控制器控制觸發器連續動作3次后，所述可編程控制器不再控制接觸器動作，所述觸發器始終保持恒定合閘的狀態。優選的是，所述一段動作電壓值U1的取值滿足DC25V < U1 < DC200V。優選的是，所述二段動作電壓值U2的取值滿足U2 = DC150V。優選的是，所述三段動作電壓值U3的取值滿足U3 = DC480V或U3 = DC600V。優選的是，所述第一設定時間值t的取值滿足O. Is < t < 5s。優選的是，所述第二設定時間值TT1的取值滿足30s < TT1 < 120s。本發明的有益效果在于，所述鋼軌電位保護裝置具有連續監控車站建筑物地和運 行鋼軌牽弓I地接觸電壓的功能，如果鋼軌與保護地之間出現大的電位差，則根據電位差的級別對二者進行不同方式的短接，用來防止車站建筑物地與運行鋼軌及其上的車輛之間產生危險電壓，以保護人員和設施的安全。
圖I示出了本發明所述的鋼軌電位保護裝置的原理方框圖。圖2示出了本發明所述的鋼軌電位保護裝置的電路圖。圖3示出了本發明所述的鋼軌電位保護裝置的工作流程圖。圖4示出了圖I和圖2中晶閘管強觸發模塊的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步說明。如圖I和圖2所示，所述鋼軌電位保護裝置，包括可編程控制器I、接觸器21、晶閘管強觸發模塊221、反并聯晶閘管組件222和電壓檢測模塊3 ;其中，用于檢測鋼軌與保護地之間電壓的電壓檢測模塊3與可編程控制器I通訊連接，所述接觸器21和反并聯晶閘管組件222串聯于鋼軌和保護地之間，所述接觸器21與可編程控制器I通訊連接，所述反并聯晶閘管組件222通過晶閘管強觸發模塊221與可編程控制器I通訊連接，所述晶閘管強觸發模塊221分別與反并聯晶閘管組件222中的兩個晶閘管的控制端連接；所述可編程控制器I根據電壓檢測模塊3返回的電壓值控制所述接觸器21和反并聯晶閘管組件222的閉合與斷開。其中，所述可編程控制器I為型號的EASY 256275的可編程控制器。如圖3所示，所述鋼軌電位保護裝置的工作方法，包括以下步驟步驟一所述電壓檢測模塊3檢測鋼軌與保護地之間的電壓差，并將電壓差數據返回所述可編程控制器I Si ；步驟二 當電壓檢測模塊3檢測到的鋼軌與保護地之間的電壓差大于一段動作電壓值U1時，可編程控制器I控制接觸器21合閘，經第一設定時間值t后可編程控制器I控制接觸器21恢復斷開S2;步驟三當電壓檢測模塊3檢測到的鋼軌與保護地之間的電壓差大于二段動作電壓值U2時，可編程控制器I控制接觸器21永久合閘，不再控制接觸器21恢復斷開S3 ；步驟四當電壓檢測模塊3檢測到的鋼軌與保護地之間的電壓差大于三段動作電壓值U3時，可編程控制器I控制晶閘管強觸發模塊221使反并聯晶閘管組件222首先在Ims內導通，使鋼軌與保護地連接；然后可編程控制器I控制接觸器21合閘；所述接觸器21合閘后，可編程控制器I控制晶閘管強觸發模塊221使反并聯晶閘管組件222立即斷開S4。進一步的，針對以上步驟二的情況，若在第二設定時間值TT1內可編程控制器I控制觸發器連續動作3次后，所述可編程控制器I不再控制接觸器21動作，所述觸發器始終保持恒定合閘的狀態。以上一段動作電壓值U1、二段動作電壓值U2和三段動作電壓值U3的取值方式為一段動作電壓值U1的取值滿足DC25V < U1 < DC200V ;二段動作電壓值U2的取值滿足U2 =DC150V ;三段動作電壓值U3的取值滿足U3 = DC480V或U3 = DC600V。以上第一設定時間值和第二設定時間值的取值方式為第一設定時間值t的取值滿足O. Is < t < 5s ;第二設定時間值TT1的取值滿足30s < TT1 < 120s。針對步驟四的情況，反并聯晶閘管組件222與接觸器21動作的配合問題若要實現短時耐受電流50kA/250ms的指標，所述鋼軌電位保護裝置內的反并聯晶閘管組件222組件，接觸器21，電壓繼電器，電流繼電器以及可編程控制器I的參數設置必須匹配。配置方案請見下表
權利要求
1.一種鋼軌電位保護裝置，其特征在于包括可編程控制器、接觸器、晶閘管強觸發模塊、反并聯晶閘管組件模塊和電壓檢測模塊；其中， 用于檢測鋼軌與保護地之間電壓的電壓檢測模塊與可編程控制器通訊連接，所述接觸器和反并聯晶閘管組件串聯于鋼軌和保護地之間，所述接觸器與可編程控制器通訊連接，所述反并聯晶閘管組件通過晶閘管強觸發模塊與可編程控制器通訊連接，所述晶閘管強觸發模塊分別與反并聯晶閘管組件中的兩個晶閘管的控制端連接；所述可編程控制器根據電壓檢測模塊返回的電壓值控制所述接觸器和反并聯晶閘管組件的閉合與斷開。
2.根據權利要求I所述的鋼軌電位保護裝置，其特征在于所述可編程控制器為型號的EASY 256275的可編程控制器。
3.根據權利要求I或2所述的鋼軌電位保護裝置的工作方法，其特征在于包括， 所述電壓檢測模塊檢測鋼軌與保護地之間的電壓差，并將電壓差數據返回所述可編程控制器； 當電壓檢測模塊檢測到的鋼軌與保護地之間的電壓差大于一段動作電壓值U1時，可編程控制器控制接觸器合閘，經第一設定時間值t后可編程控制器控制接觸器恢復斷開； 當電壓檢測模塊檢測到的鋼軌與保護地之間的電壓差大于二段動作電壓值U2時，可編程控制器控制接觸器永久合閘，不再控制接觸器恢復斷開； 當電壓檢測模塊檢測到的鋼軌與保護地之間的電壓差大于三段動作電壓值U3時，可編程控制器控制晶閘管強觸發模塊使反并聯晶閘管組件首先在Ims內導通，使鋼軌與保護地連接；然后可編程控制器控制接觸器合閘；所述接觸器合閘后，可編程控制器控制晶閘管強觸發模塊使反并聯晶閘管組件立即斷開。
4.根據權利要求3所述的鋼軌電位保護裝置的工作方法，其特征在于當電壓檢測模塊檢測到的鋼軌與保護地之間的電壓差大于一段動作電壓值U1時，可編程控制器控制接觸器合閘，經設定時間后可編程控制器控制接觸器恢復斷開；若在第二設定時間值TT1內可編程控制器控制觸發器連續動作3次后，所述可編程控制器不再控制接觸器動作，所述觸發器始終保持恒定合閘的狀態。
5.根據權利要求3或4所述的鋼軌電位保護裝置的工作方法，其特征在于所述一段動作電壓值U1的取值滿足DC25V < U1 < DC200V。
6.根據權利要求3或4所述的鋼軌電位保護裝置的工作方法，其特征在于所述二段動作電壓值U2的取值滿足U2 = DC150V。
7.根據權利要求3或4所述的鋼軌電位保護裝置的工作方法，其特征在于所述三段動作電壓值U3的取值滿足U3 = DC480V或U3 = DC600V。
8.根據權利要求3或4所述的鋼軌電位保護裝置的工作方法，其特征在于所述第一設定時間值t的取值滿足0. Is < t < 5s。
9.根據權利要求3或4所述的鋼軌電位保護裝置的工作方法，其特征在于所述第二設定時間值TT1的取值滿足30s < TT1 < 120s。
全文摘要
本發明公開了一種鋼軌電位保護裝置及其工作方法，該裝置中，用于檢測鋼軌與保護地之間電壓的電壓檢測模塊與可編程控制器(PLC)連接，接觸器和反并聯晶閘管組件串聯于鋼軌和保護地之間，接觸器與PLC連接，反并聯晶閘管組件通過晶閘管強觸發模塊與PLC連接，晶閘管強觸發模塊分別與反并聯晶閘管組件中的兩個晶閘管的控制端連接；PLC根據電壓檢測模塊返回的電壓值控制接觸器和反并聯晶閘管組件的開閉。本發明具有連續監控車站建筑物地和運行鋼軌牽引地接觸電壓的功能，若鋼軌與保護地之間出現大的電位差，則根據電位差的級別對二者進行不同方式的短接，用來防止車站建筑物地與運行鋼軌及其上的車輛之間產生危險電壓，以保護人員和設施的安全。
文檔編號H02H9/04GK102761117SQ20121026496
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者周淳, 夏揚, 鄭孝煒, 鐘侃 申請人:上海電器成套廠有限公司