本發(fā)明屬于鐵路電氣
技術領域：
，具體涉及一種城市軌道交通軌地過渡電阻測試系統(tǒng)及其方法。
背景技術：
：我國城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)采用直流供電，電力機車通過接觸網(wǎng)從牽引變電所取流，流經(jīng)機車的電流通過鋼軌返回至牽引變電所負極，流經(jīng)鋼軌的電流泄露到地網(wǎng)形成雜散電流。雜散電流會嚴重腐蝕埋地金屬管線、鋼筋結構及隧道相關的設施與建筑，長期腐蝕會對地鐵運行安全造成嚴重危害。CJJ49-92《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規(guī)程》中第4.2.1條規(guī)定：兼用作回流的地鐵走行軌與隧洞主體結構(或大地)之間的過渡電阻值(按閉塞區(qū)間分段進行測量并換算為1km長度的電阻值)，對于在建或新建地鐵線路不應小于15Ω·km，對于已投運的地鐵線路不應小于3Ω·km。如何可靠準確地測試軌地過渡電阻的現(xiàn)場實際值，對雜散電流的防護起著重要的作用，GB/T28026.2-2011《軌道交通地面裝置第2部分：直流牽引系統(tǒng)雜散電流防護措施》中提供了鋼軌泄露電導(軌地過渡電阻)的基本測試方法如圖1所示，注入軌道與結構間的測試直流電流I應周期性地進行分、合閘操作，泄露電導G′RT的計算式為：GRT′=3L×I-IRA-IRBΔURT+ΔURTA+ΔURTB]]>ΔU＝Uon-Uoff式中：G′RT——軌道與隧道間單位電導，單位為西門子每千米(S/km)；I——注入電流，單位為安培(A)；IRA,IRB——分別為被測量段A、B兩端的外側電流，單位為安培(A)；URT——電流注入點軌道與隧道間電壓，單位為伏特(V)；+URTA,URTB——隧道段A、B兩端的軌道與隧道間電壓，單位為伏特(V)；L——被測段長度，單位為千米(km)。在城市軌道交通鋼軌泄露電導(軌地過渡電阻)的實際測試工作中存在諸多困難和問題?，F(xiàn)場需要提供外加大容量的直流電源，測試過程復雜，需要多人配合才能完成，無法滿足在多個位置測試對數(shù)據(jù)同時性和準確性的要求；鋼軌中流過的電流難以直接測量，需通過測量一定長度的鋼軌壓降，再除以鋼軌電阻計算出鋼軌電流。為提高測量精度，必須保證壓降測試段的鋼軌長度；另一方面，根據(jù)雜散電流防護評估要求，一般需要測量兩車站間鋼軌泄露電阻，可見采用該方法難以獲得準確的測試值。因此，設計一種滿足現(xiàn)場測試要求的低功率高精度城市軌道交通軌地過渡電阻測試系統(tǒng)是十分必要的。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種城市軌道交通軌地過渡電阻測試系統(tǒng)及其方法，可提供滿足城市軌道交通軌地過渡電阻測試要求的可編程的低功率電流源，對多個測試位置進行同步測量，并通過補償算法計算軌地過渡電阻，提高測試的準確度，便于對已運行線路的不同區(qū)段開展測試。本發(fā)明所采用的技術方案為：城市軌道交通軌地過渡電阻測試系統(tǒng)，其特征在于：包括互相連接并進行信息交互的測試系統(tǒng)主機和遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置；所述測試系統(tǒng)主機包括可編程控制低功率電流源、自動控制模塊、數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊I、無線通信模塊I、數(shù)據(jù)處理模塊和人機交互模塊；可編程控制低功率電流源數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊I、無線通信模塊I、數(shù)據(jù)處理模塊和人機交互模塊分別與自動控制模塊相連接；所述遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置包括裝置自動控制子模塊、數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊II和無線通信模塊II，數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊II和無線通信模塊II分別與自動控制子模塊相連接。測試系統(tǒng)主機的各模塊安裝于測試系統(tǒng)主機機體內部，機體外部留有相應模塊的端口；測試系統(tǒng)主機的可編程控制低功率電流源置于測試系統(tǒng)主機機體內部，為輸出電流連續(xù)可調的電流源，留有電流輸出端口，通過串口電路與自動控制模塊通信。所述自動控制模塊和自動控制子模塊為ARM單片機系統(tǒng)，包括單片機系統(tǒng)所需的硬件電路以及與對應各模塊之間的通信接口電路。所述數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊I和數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊II均包括電壓測量電路、高精度A/D轉換器及數(shù)據(jù)存儲器；電壓測量電路設置為多路，采集多路電壓信號；A/D轉換器與數(shù)據(jù)存儲器通過接口電路相連，自動控制模塊和自動控制子模塊控制A/D轉換器進行A/D轉換后的結果直接傳送到數(shù)據(jù)存儲器。數(shù)據(jù)處理模塊為DSP處理器，與自動控制模塊和自動控制子模塊通信。自動控制模塊對測試系統(tǒng)進行控制，包括：根據(jù)測試要求控制可編程控制低功率電流源的電流輸出；控制數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊I進行電壓測量與數(shù)據(jù)存儲；通過無線通信模塊I實現(xiàn)與自動控制子模塊進行對時，以保證測試數(shù)據(jù)的同步性；向自動控制子模塊發(fā)送控制指令，同時接收遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置的測試數(shù)據(jù)；向數(shù)據(jù)處理模塊傳輸各測試點的數(shù)據(jù)并向其發(fā)送計算軌地過渡電阻指令；控制人機交互模塊顯示計算結果、接收裝置使用人員輸入的外部指令。無線通信模塊I和無線通信模塊II采用遠距離無線通信技術，具有傳輸數(shù)據(jù)與控制指令的作用。數(shù)據(jù)處理模塊中含有計算軌道與隧道間軌地過渡電阻的補償算法，該算法使用迭代法提高測試精度，具體為：通過測量S、A、B三點處ΔU0′、ΔU0″以及ΔUAl、ΔUBl四個電壓，其中ΔU＝Uon-Uoff，U0′、U0″、UAl和UBl分別為相應位置處長度為l的鋼軌壓降，l單位為米，Rl為鋼軌縱向電阻，則理想情況下，即l距離足夠小，其長度內鋼軌泄露電流可以忽略，單位電導計算式：G0=3L×I0-IRA0-IRB0ΔURT+ΔURTA+ΔURTB]]>I0=I0′+I0′′=ΔU0′Rl+ΔU0′′Rl]]>IRA0=ΔUAlRl]]>IRB0=ΔUBlRl]]>其中：ΔU0′和ΔU0″為電流注入點處長度l的鋼軌壓降測試值；ΔUAl和ΔUBl分別為A、B兩點處長度l的鋼軌壓降測試值；L為被測段長度，單位為千米；Rl為長度l的鋼軌縱向電阻，單位為歐姆；考慮實際情況，為提高測試精度，長度為l需要增大，則其長度內鋼軌泄露電流不能忽略，則有：I0變?yōu)镮RA0變?yōu)镮RB0變?yōu)楣?，需要對測量誤差進行自適應迭代計算：第1次迭代：G1=3L×I1-IRA1-IRB1ΔURT+ΔURTA+ΔURTB=3L×(I0′+ΔURT·G0·l1000+I0′′+ΔURT·G0·l1000)-(IRA0+ΔURTA·G0·l1000)-(IRB0+ΔURTB·G0·l1000)ΔURT+ΔURTA+ΔURTB]]>第2次迭代：G2=3L×I2-IRA2-IRB2ΔURT+ΔURTA+ΔURTB=3L×(I0′+ΔURT·G1·l1000+I0′′+ΔURT·G1·l1000)-(IRA0+ΔURTA·G1·l1000)-(IRB0+ΔURTB·G1·l1000)ΔURT+ΔURTA+ΔURTB]]>以此類推，第k次迭代：Gk=3L×Ik-IRAk-IRBkΔURT+ΔURTA+ΔURTB=3L×(I0′+I0′′+2×ΔURT·Gk-1·l1000)-(IRA0+ΔURTA·Gk-1·l1000)-(IRB0+ΔURTB·Gk-1·l1000)ΔURT+ΔURTA+ΔURTB]]>其中：Gk-1為第k-1次迭代計算結果；當|Gk-Gk-1|<σ時滿足精度要求，迭代結束，Gk即為計算結果，其中σ為人為規(guī)定的精度要求。人機交互模塊為觸摸液晶顯示屏，通過接口電路與自動控制模塊相連，實現(xiàn)計算結果的顯示，同時裝置使用人員可以通過觸摸屏提取裝置中存儲的測試數(shù)據(jù)，并可根據(jù)實際測試要求輸入?yún)?shù)及控制指令，控制裝置的工作狀態(tài)。城市軌道交通軌地過渡電阻測試方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟一：測試系統(tǒng)主機為鋼軌與隧道之間提供直流源，并通過自動控制模塊控制電流大小以及控制電流源開啟和關閉；步驟二：自動控制模塊通過無線通信模塊I向遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置中的自動控制子模塊發(fā)送工作指令、裝置時間信息，裝置自動控制子模塊啟動裝置，接收測試系統(tǒng)主機發(fā)來的裝置時間信息并完成時間校驗和修改，并向自動控制模塊發(fā)送裝置工作狀態(tài)信息；步驟三：自動控制模塊接收到設備就緒信息后控制測試系統(tǒng)主機和遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置通過數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊I和數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊II測量電壓ΔU0′、ΔU0″以及ΔUAl和ΔUBl，并將數(shù)據(jù)暫存；步驟四：測試系統(tǒng)主機接收到遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置發(fā)送的傳輸數(shù)據(jù)請求后，通過無線通信模塊I和無線通信模塊II接收A、B測試點的數(shù)據(jù)，并連同測試系統(tǒng)主機中的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理模塊；步驟五：自動控制模塊向數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送計算軌地過渡電阻指令，數(shù)據(jù)處理模塊通過迭代法計算軌地過渡電阻，并將計算結果傳送至人機交互模塊，人機交互模塊顯示計算結果并生成相應的報表；同時，裝置使用人員可通過人機交互模塊向測試系統(tǒng)輸入測試參數(shù)和控制指令。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：一、本發(fā)明將可編程的低功率電流源嵌入測試系統(tǒng)主機中，解決了大容量直流電源不易攜帶的問題，并可根據(jù)現(xiàn)場測試要求實現(xiàn)對電流源的自動控制。二、本發(fā)明中采用自動控制技術，結合數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理以及高精度電壓測量技術等，實現(xiàn)對軌地過渡電阻高精度的自動化測量；并可通過人機交互技術實現(xiàn)對測試系統(tǒng)的編程式控制，滿足工程實踐中對不同測試區(qū)段不同測試環(huán)境的測試要求。三、本發(fā)明中使用的補償算法是迭代法，通過每次迭代計算出來的泄露電導(軌地過渡電阻)，進一步計算一定長度鋼軌的泄露電流，減小計算鋼軌電流時由于沒有考慮泄露電流影響而產(chǎn)生的誤差，從而提高測試精度。附圖說明圖1為GB/T28026.2-2011中規(guī)定的軌道與隧道間單位電導(軌地過渡電阻)G′RT測量方法；圖2為本發(fā)明實施例的結構示意圖；圖3為本發(fā)明實施例的空間示意圖；圖4為本發(fā)明實施例的軌地過渡電阻測量方法。圖中，A、B為測試點，L為被測區(qū)段長度，S為電流注入點及測試點。具體實施方式下面結合具體實施方式對本發(fā)明進行詳細的說明。本發(fā)明涉及的城市軌道交通軌地過渡電阻測試系統(tǒng)，包括互相連接并進行信息交互的測試系統(tǒng)主機1和遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置2，完成控制指令與測試數(shù)據(jù)的傳輸。所述測試系統(tǒng)主機1包括可編程控制低功率電流源3、自動控制模塊4、數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊I5、無線通信模塊I6、數(shù)據(jù)處理模塊7和人機交互模塊8；可編程控制低功率電流源3數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊I5、無線通信模塊I6、數(shù)據(jù)處理模塊7和人機交互模塊8分別與自動控制模塊4相連接。所述遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置2包括裝置自動控制子模塊9、數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊II10和無線通信模塊II11，數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊II10和無線通信模塊II11分別與自動控制子模塊9相連接。測試系統(tǒng)主機1的各模塊安裝于測試系統(tǒng)主機1機體內部，機體外部留有相應模塊的端口；測試系統(tǒng)主機1的可編程控制低功率電流源3置于測試系統(tǒng)主機1機體內部，為輸出電流連續(xù)可調的電流源，留有電流輸出端口，通過串口電路與自動控制模塊4通信。所述自動控制模塊4和自動控制子模塊9為ARM單片機系統(tǒng)，包括單片機系統(tǒng)所需的硬件電路以及與對應各模塊之間的通信接口電路。自動控制模塊4對測試系統(tǒng)進行控制，包括：根據(jù)測試要求控制可編程控制低功率電流源3的電流輸出；控制數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊I5進行電壓測量與數(shù)據(jù)存儲；通過無線通信模塊I6實現(xiàn)與自動控制子模塊9進行對時，以保證測試數(shù)據(jù)的同步性；向自動控制子模塊9發(fā)送控制指令，同時接收遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置2的測試數(shù)據(jù)；向數(shù)據(jù)處理模塊7傳輸各測試點的數(shù)據(jù)并向其發(fā)送計算軌地過渡電阻指令；控制人機交互模塊8顯示計算結果、接收裝置使用人員輸入的外部指令。所述數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊I5和數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊II10均包括電壓測量電路、高精度A/D轉換器及數(shù)據(jù)存儲器；電壓測量電路設置為多路，采集多路電壓信號；A/D轉換器與數(shù)據(jù)存儲器通過接口電路相連，自動控制模塊4和自動控制子模塊9控制A/D轉換器進行A/D轉換后的結果直接傳送到數(shù)據(jù)存儲器。所述數(shù)據(jù)處理模塊7為DSP處理器，與自動控制模塊4和自動控制子模塊9通信。所述無線通信模塊I6和無線通信模塊II11采用遠距離無線通信技術，具有傳輸數(shù)據(jù)與控制指令的作用。數(shù)據(jù)處理模塊7中含有計算軌道與隧道間軌地過渡電阻的補償算法，該算法使用迭代法提高測試精度，具體為：通過測量S、A、B三點處ΔU0′、ΔU0″以及ΔUAl、ΔUBl四個電壓，其中ΔU＝Uon-Uoff，U0′、U0″、UAl和UBl分別為相應位置處長度為l的鋼軌壓降，l單位為米，Rl為鋼軌縱向電阻，則理想情況下，即l距離足夠小，其長度內鋼軌泄露電流可以忽略，單位電導計算式：G0=3L×I0-IRA0-IRB0ΔURT+ΔURTA+ΔURTB]]>I0=I0′+I0′′=ΔU0′Rl+ΔU0′′Rl]]>IRA0=ΔUAlRl]]>IRB0=ΔUBlRl]]>其中：ΔU0′和ΔU0″為電流注入點處長度l的鋼軌壓降測試值；ΔUAl和ΔUBl分別為A、B兩點處長度l的鋼軌壓降測試值；L為被測段長度，單位為千米；Rl為長度l的鋼軌縱向電阻，單位為歐姆；考慮實際情況，為提高測試精度，長度為l需要增大，則其長度內鋼軌泄露電流不能忽略，則有：I0變?yōu)镮RA0變?yōu)镮RB0變?yōu)楣?，需要對測量誤差進行自適應迭代計算：第1次迭代：G1=3L×I1-IRA1-IRB1ΔURT+ΔURTA+ΔURTB=3L×(I0′+ΔURT·G0·l1000+I0′′+ΔURT·G0·l1000)-(IRA0+ΔURTA·G0·l1000)-(IRB0+ΔURTB·G0·l1000)ΔURT+ΔURTA+ΔURTB]]>第2次迭代：G2=3L×I2-IRA2-IRB2ΔURT+ΔURTA+ΔURTB=3L×(I0′+ΔURT·G1·l1000+I0′′+ΔURT·G1·l1000)-(IRA0+ΔURTA·G1·l1000)-(IRB0+ΔURTB·G1·l1000)ΔURT+ΔURTA+ΔURTB]]>以此類推，第k次迭代：Gk=3L×Ik-IRAk-IRBkΔURT+ΔURTA+ΔURTB=3L×(I0′+I0′′+2×ΔURT·Gk-1·l1000)-(IRA0+ΔURTA·Gk-1·l1000)-(IRB0+ΔURTB·Gk-1·l1000)ΔURT+ΔURTA+ΔURTB]]>其中：Gk-1為第k-1次迭代計算結果；當|Gk-Gk-1|<σ時滿足精度要求，迭代結束，Gk即為計算結果，其中σ為人為規(guī)定的精度要求。人機交互模塊8為觸摸液晶顯示屏，通過接口電路與自動控制模塊4相連，實現(xiàn)計算結果的顯示，同時裝置使用人員可以通過觸摸屏提取裝置中存儲的測試數(shù)據(jù)，并可根據(jù)實際測試要求輸入?yún)?shù)及控制指令，諸如：被測區(qū)段長度L、電流源輸出電流大小、所要求迭代計算的精度等，控制裝置的工作狀態(tài)。測試系統(tǒng)主機1與遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置2的測試與數(shù)據(jù)傳輸可實現(xiàn)實時性和同步性，減小由于不同步產(chǎn)生的誤差。圖3示出本發(fā)明實施例的空間示意圖。測試系統(tǒng)主機1在S點處，遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置2在A、B點處，其中A、B為被測區(qū)段的始端和終端。圖4是基于上述系統(tǒng)的城市軌道交通軌地過渡電阻測試方法，包括以下步驟：步驟一：測試系統(tǒng)主機1為鋼軌與隧道之間提供直流源，并通過自動控制模塊4控制電流大小以及控制電流源開啟和關閉；步驟二：自動控制模塊4通過無線通信模塊I6向遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置2中的自動控制子模塊9發(fā)送工作指令、裝置時間信息，裝置自動控制子模塊9啟動裝置，接收測試系統(tǒng)主機1發(fā)來的裝置時間信息并完成時間校驗和修改，并向自動控制模塊4發(fā)送裝置工作狀態(tài)信息；步驟三：自動控制模塊4接收到設備就緒信息后控制測試系統(tǒng)主機1和遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置2通過數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊I5和數(shù)字式高精度電壓測量與存儲模塊II10測量電壓ΔU0′、ΔU0″以及ΔUAl和ΔUBl，并將數(shù)據(jù)暫存；步驟四：測試系統(tǒng)主機1接收到遠端數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置2發(fā)送的傳輸數(shù)據(jù)請求后，通過無線通信模塊I6和無線通信模塊II11接收A、B測試點的數(shù)據(jù)，并連同測試系統(tǒng)主機1中的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理模塊7；步驟五：自動控制模塊4向數(shù)據(jù)處理模塊7發(fā)送計算軌地過渡電阻指令，數(shù)據(jù)處理模塊7通過迭代法計算軌地過渡電阻，并將計算結果傳送至人機交互模塊8，人機交互模塊8顯示計算結果并生成相應的報表；同時，裝置使用人員可通過人機交互模塊8向測試系統(tǒng)輸入測試參數(shù)和控制指令。本發(fā)明的內容不限于實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權利要求所涵蓋。當前第1頁1 2 3