一种单极短路故障监测装置及其监测方法

技术领域

本申请涉及地铁车辆以及轨道交通技术领域，具体涉及一种单极短路故障监测装置及其监测方法。

背景技术

城市轨道交通电力牵引网是为地铁车辆提供动能，它由接触网(正极)和回流网(负极)组成。目前国内大多数地铁牵引供电系统采用走行轨作为回流网，机车的牵引电流通过走行轨流回牵引变电所。这种以走行轨作为回流网的供电方式，牵引回流会通过钢轨进入道床形成杂散电流，杂散电流对钢轨、整体道床结构钢筋、隧道结构钢筋、桥梁钢筋以及地铁沿线的金属设备都将产生腐蚀，影响地铁沿线各建筑结构和金属设备的使用寿命。

为抑制杂散电流腐蚀的影响，传统的处理方法通常采用增加钢轨对地绝缘、设置杂散电流收集网等多种手段，但无法从根本上解决杂散电流的腐蚀影响，随着地铁运营年代的增加，因潮湿、金属粉尘(闸瓦制动)和车体重压下，钢轨与大地之间的绝缘阻抗逐渐减小，车辆运行产生杂散电流流向线路的部分逐年增大，电化学腐蚀现象会越来越严重。

为了根本解决这一问题，部分城市轨道交通供电系统的牵引网设置专用的“回流轨”作为第四轨，其与机车的走行轨完全分开，彻底解决杂散电流腐蚀防护问题。

尽管直流牵引供电系统的回流网和走行轨完全分开，可以有效解决杂散电流腐蚀防护的问题，然而当接触网(正极)接地短路故障发生时，回流轨和走行轨的完全独立，使得故障电流无法经地流向回流网，难以产生较大的故障电流，配置于馈线开关上的保护装置无法识别和清除故障。

为此，采用回流轨和走行轨完全分开的直流牵引供电系统，通常会在直流牵引变电所的负极母线上配置阻值较小的接地电阻与大地相连，提高接触网(正极)接地短路故障时所产生的电流幅值。然而，当发生接触网(正极)经机车短路故障时，由于机车壳体的电阻值较大，可能会造成故障发生前后电流的变化较小，配置于馈线开关上的保护装置仍然难以识别出故障。

针对接触网(正极)经机车短路故障，运行于专用“回流轨”的地铁车辆通常会在车内配置接地继电器，连接于车体和负极受电靴之间，当接触网(正极)对车体放电时，车体的电位抬升，会触发接地继电器动作，从而判断出车辆故障。然而，当机车进站发生接触网(正极)对车体放电时，地铁车辆上设置的接地设备等电位可能会导致故障车辆停靠站点及其相邻站点的电位抬升，进而引起相邻站点内停靠车辆的接地继电器同时动作，造成运维人员难以对故障车辆进行识别。

发明内容

本申请实施例提供一种单极短路故障监测装置，包括电流采集单元和单极短路故障监测单元，所述电流采集单元配置在机车的接地设备上，串联在所述机车的车体与接地极之间，采集机车车体与接地极之间的接地电流；所述单极短路故障监测单元与所述电流采集单元连接，实时获取来自于所述电流采集单元的所述机车车体与接地极之间的接地电流，所述接地电流的幅值大于接地电流阈值且所述接地电流由所述机车车体流向所述接地极时，判定所述机车发生单极短路故障。

根据一些实施例，所述装置还包括监控单元，所述监控单元与所述单极短路故障监测单元连接，用于接收来自于所述单极短路故障监测单元的机车异常报警信息。

根据一些实施例，所述接地电流阈值为，

其中，I

根据一些实施例，所述机车通过独立的接触网和回流网获取直流电，所述接触网为直流牵引供电系统的正极，所述回流网为直流牵引供电系统的负极，所述回流网与走行轨完全独立且绝缘。

根据一些实施例，所述电流采集单元的正极靠近所述机车的车体或接地极。

根据一些实施例，所述接地电流由所述机车车体流向所述接地极时，所述接地电流方向为正，所述接地电流由所述接地极流向所述机车车体时，所述接地电流方向为负。

本申请实施例还提供一种单极短路故障监测方法，包括：实时获取机车车体与接地极之间的接地电流；所述接地电流的幅值大于接地电流阈值且所述接地电流由所述机车车体流向所述接地极时，判定所述机车发生单极短路故障。

根据一些实施例，所述方法还包括：向车载断路器发送跳闸信号。

根据一些实施例，所述的方法还包括：向监控单元发送机车异常报警信息。

根据一些实施例，所述接地电流阈值为，

其中，I

本申请实施例提供的技术方案，单极短路故障监测装置根据流经接地设备的电流方向识别出故障车辆，不仅可以准确地判断出接触网(正极)经机车对地短路故障，而且增加了接地电流方向判断，可以有效地排除车站电位抬升对于故障车辆判断的干扰。单极短路故障监测单元通过设定接地电流阈值，可以避免静电等引起的误判，消除电流采集单元的传变误差、静电泄放等因素对于方向判断的影响。单极短路故障监测单元通过无线通信技术向监控单元发出机车故障报警信息，可为运维人员对故障车辆的快速查看和判断提供依据，为地铁的正常运行提供保障。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的一种机车从直流牵引供电系统取电的示意图。

图2是本申请的一种单极短路故障监测装置的组成示意图。

图3是本申请的一种单极短路故障监测单元与监控单元通信示意图。

图4是本申请的一种单极短路故障监测装置的监测方法流程示意图。

图5是本申请的另一种单极短路故障监测装置的监测方法流程示意图。

附图符号说明：

a-接触网(正极)，b-回流网(负极)，c-正极受电靴，d-负极受电靴，e-接地设备，f-电流采集单元，g-车载断路器，h-车辆A，i-接地极，j-大地，k-车辆B，R-系统接地电阻，m-单极短路故障监测装置。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

应当理解，本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

图1是本申请的一种机车从直流牵引供电系统取电的示意图。

如图1所示，机车h通过独立的接触网a和回流网b获取直流电，接触网a为直流牵引供电系统的正极，回流网b为直流牵引供电系统的负极，回流网b与走行轨完全独立且绝缘。

牵引变电所给接触网a和回流网b供电。机车h的高压回路通过正极受电靴c和负极受电靴d从接触网a和回流网b得电。车载断路器g串联连接在机车A的高压回路内。在机车h的车体上挂接的接地设备e上串联连接电流采集单元f。接地极i是接地设备e的接地端。电流采集单元f包括但不限于穿心式电流采集单元。电流采集单元f的正极靠近机车的车体或接地极，以保证接地电流由机车车体流向接地极时，接地电流方向为正，接地电流由接地极流向机车车体时，接地电流方向为负。

图2是本申请的一种单极短路故障监测装置的组成示意图。

根据一些实施例，单极短路故障监测装置包括电流采集单元f和单极短路故障监测单元m，如图2所示。

电流采集单元f配置在机车的接地设备e上，串联在机车h的车体与接地设备e的接地极i之间，采集机车车体与接地极之间的接地电流。单极短路故障监测单元m与电流采集单元f连接，实时获取来自于电流采集单元f的机车车体与接地极之间的接地电流，接地电流的幅值大于接地电流阈值且接地电流由机车车体流向接地极时，判定机车发生单极短路故障。

可选地，单极短路故障监测装置还包括监控单元s，如图3所示。监控单元s与单极短路故障监测单元m连接，连接方式包括但不限于无线连接。监控单元s用于接收来自于单极短路故障监测单元m的机车异常报警信息，以便及时发现机车异常，保证安全运行。

如图1所示，K1点发生故障时，电流采集单元f采集到接地设备上流经的接地电流，配置于机车h上的单极短路故障监测单元m接收到接地电流，当接地电流在幅值大于接地电流阈值I

接地电流阈值为，

其中，I

接地电流由机车车体流向接地极时，接地电流方向为正，接地电流由接地极流向机车车体时，接地电流方向为负。

检测到接地电流方向为正方向时，单极短路故障监测单元判断机车h发生接触网(正极)经机车短路故障，向车载断路器发出跳闸信号，并向监控单元发送车辆故障报警信号。

检测到接地电流方向为负方向时，单极短路故障监测单元判断机车h发生接触网(正极)经机车短路故障，向车载断路器发出跳闸信号，并向监控单元发送车辆故障报警信号。

可选地，直流牵引供电系统的接触网a和回流网b可以同时为多辆机车供电。如图3所示，机车h和机车k都从接触网a和回流网b取电，每辆机车配置一台电流采集单元f和一台单极短路故障监测单元m，m和f一一对应连接，独立判断故障，或者多辆机车共同配置一台单极短路故障监测单元m，每辆机车配置一台电流采集单元f，m和f形成一对多连接。

图4是本申请的一种单极短路故障监测装置的监测方法流程示意图，包括以下流程。

在S10中，实时获取机车车体与接地极之间的接地电流。

在S20中，接地电流的幅值大于接地电流阈值且接地电流由机车车体流向接地极时，判定机车发生单极短路故障。

接地电流阈值为，

其中，I

图5是本申请的另一种单极短路故障监测装置的监测方法流程示意图，包括以下流程。

在S10中，实时获取机车车体与接地极之间的接地电流。

在S20中，接地电流的幅值大于接地电流阈值且接地电流由机车车体流向接地极时，判定机车发生单极短路故障。

接地电流阈值为，

在S30中，向车载断路器发送跳闸信号，向监控单元发送机车异常报警信息。

以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。