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Application of LEM Electrical Isolated Transducers in a Leaking Current Device of Metro
李 鋒 李寶恩 路春蓮
（中國(guó)北車集團(tuán)永濟(jì)電機(jī)廠 陜西西安 710016）
摘 要 簡(jiǎn)要介紹了排流柜在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用，并結(jié)合排流柜工作原理重點(diǎn)闡述了北京LEM電子有限公司的幾款電量隔離傳感器在該裝置中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 排流柜 雜散電流 電量隔離傳感器 應(yīng)用
1 前言
隨著城市軌道交通事業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的城軌線路越來(lái)越多。目前已建成或在建的城市已達(dá)到16座。預(yù)計(jì)到2010年，我國(guó)城市軌道交通的通車?yán)锍虒⑦_(dá)到1500km,投資規(guī)模將達(dá)到5000多億。為了節(jié)省地面空間，大多數(shù)城軌線路采用地下鐵路的形式。排流柜作為地鐵雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的一個(gè)設(shè)備，對(duì)保障城軌線路的安全運(yùn)行有著不可或缺的作用。以下結(jié)合排流柜在地鐵中的應(yīng)用簡(jiǎn)要介紹設(shè)置排流柜的必要性及排流柜的工作原理，最后重點(diǎn)分析LEM電量傳感器在排流柜中的應(yīng)用。
2 雜散電流
目前，世界各國(guó)的城市軌道交通普遍采用直流供電制式，對(duì)其牽引供電系統(tǒng)而言，牽引電回路為：牽引變電所整流器正極à饋電線à架空式接觸網(wǎng)或接觸軌式接觸網(wǎng)à動(dòng)車車輛à鋼軌à牽引變電所整流器負(fù)極。在這一回路中，電流通過(guò)走行鋼軌回流至牽引變電所整流器負(fù)極。由于鋼軌與大地之間不是完全絕緣的，加上運(yùn)行過(guò)程中弓網(wǎng)及輪軌摩擦產(chǎn)生的金屬粉塵，在地下潮濕的環(huán)境中導(dǎo)致軌道與大地之間的絕緣電阻不斷降低。這樣由鋼軌回流至牽引變電所的電流就有一部分經(jīng)由大地流回牽引變電所。這部分電流因大地土壤的導(dǎo)電性質(zhì)、地下金屬管道或結(jié)構(gòu)鋼筋位置的不同，可以分布很廣，故稱之為“雜散電流”，有的資料上也稱之為“迷流”。
泄漏地下的雜散電流會(huì)對(duì)沿線的建筑物鋼筋、金屬管道等造成腐蝕，降低建筑結(jié)構(gòu)或地下金屬管道的使用壽命，同時(shí)對(duì)地鐵隧道的結(jié)構(gòu)造成很大威脅。因此如何有效地避免或減小這種危害是城軌直流牽引供電系統(tǒng)所亟待解決的一個(gè)課題。
在長(zhǎng)期的工程實(shí)踐中，人們找到了解決辦法，即在地鐵土建施工時(shí)，在軌道道床下設(shè)置鋼筋，把每一個(gè)供電區(qū)間的鋼筋網(wǎng)延軌道縱向焊接成網(wǎng)，在牽引變電所附近引出接線端子。把這張鋼筋網(wǎng)通常叫“排流網(wǎng)”，按圖一所示進(jìn)行電氣連接，從而為迷流提供了一條低阻值的回流通道。當(dāng)叢軌道上泄漏的雜散電流電荷在泄漏到地下時(shí)，即被這一電氣通道俘獲，因?yàn)殡娏骺偸亲咦柚档偷穆窂交亓鳎孕孤┑降叵碌碾s散電流必然通過(guò)此路徑最終回到整流器負(fù)極。從而減小了這部分有害電流向地下泄漏而造成的危害。  圖一：雜散電流排流原理圖
3 排流柜簡(jiǎn)介
目前應(yīng)用在地鐵線路的排流柜分為兩種，一種為手動(dòng)排流柜，另一種為智能排流柜（自動(dòng)排流柜）。圖二為智能排流柜原理框圖。智能排流柜主要器件為排流二極管D、限流電阻R1、IGBT、斬波電阻R2、電流傳感器、電壓傳感器、快速熔斷器和負(fù)荷開(kāi)關(guān)。二極管用來(lái)保證雜散電流單方向回流，負(fù)荷開(kāi)關(guān)完成排流柜的投切。應(yīng)用電流和電壓傳感器是對(duì)排流柜運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，裝置將這些檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)RS485通信接口上傳至雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)全線雜散電流的分布和嚴(yán)重程度為地鐵運(yùn)營(yíng)提供維修保養(yǎng)依據(jù)。
4 LEM傳感器在手動(dòng)排流柜中的應(yīng)用
目前，我廠研制生產(chǎn)的排流柜有兩種型號(hào)，分別為手動(dòng)排流柜和智能排流柜。兩種產(chǎn)品上均選用了LEM傳感器。其中供深圳地鐵一號(hào)線的手動(dòng)排流柜已連續(xù)運(yùn)行近兩年。目前運(yùn)行狀況良好，選用的兩種傳感器也經(jīng)受了考驗(yàn)。
該裝置選用的電流傳感器型號(hào)為BLFK-400S4,該傳感器為應(yīng)用霍爾效應(yīng)的開(kāi)環(huán)電流傳感器，原邊電流Ip產(chǎn)生的磁通量聚集在磁路中，并由霍爾器件檢測(cè)出霍爾電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器放大，該電壓信號(hào)能精確地反映原邊電流。
該傳感器能在電隔離條件下測(cè)量直流、交流，脈沖以及各種不規(guī)則波形的電流。其主要電參數(shù)如下：
原邊額定有效值電流 400 A
原邊電流測(cè)量范圍 700A
副邊額定電壓 4V
電流消耗 25mA
絕緣耐壓 6kV，1分鐘
其線性度、零點(diǎn)失調(diào)電壓、響應(yīng)時(shí)間等動(dòng)態(tài)參數(shù)均達(dá)到排流柜對(duì)傳感器的要求。之所以選用該傳感器，重點(diǎn)考慮了以下幾點(diǎn)。
（1）該傳感器輸出為電壓信號(hào)，可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)字表頭顯示。裝置中將電流傳感器輸出信號(hào)分為兩路，一路去裝置的檢測(cè)系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)采集。另一路去在數(shù)字表頭，實(shí)時(shí)顯示排流電流大小，其副邊電壓輸出的形式和幅值與數(shù)字顯示表頭的輸入完全匹配，省去了采樣電阻和信號(hào)處理的中間環(huán)節(jié)。方便了產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
（2）該型傳感器采用了對(duì)開(kāi)式結(jié)構(gòu)，體積小，重量輕、方便安裝和維護(hù)。在排流柜中，主回路電器之間的連接全部是銅母線，傳感器采用穿孔方式安裝在銅母線上。當(dāng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，對(duì)開(kāi)式結(jié)構(gòu)可以免去拆下銅母線的麻煩，使產(chǎn)品調(diào)試和維護(hù)減少了不小的工作量。
（3）工作環(huán)境溫度范圍寬，且在高濕度環(huán)境條件能可靠工作。經(jīng)過(guò)近兩年的工業(yè)運(yùn)行，傳感器經(jīng)受住了深圳濕熱的氣候環(huán)境。
該裝置選用的電壓傳感器型號(hào)為AV100-250，該型傳感器測(cè)量精度高，特別是在小電壓范圍內(nèi)表現(xiàn)出色。在滿足精度、線性度等性能的同時(shí)，由于其具有出色的絕緣性能，經(jīng)受住了交流絕緣耐壓3kV的1分鐘的考驗(yàn)。使主回路和輔助回路徹底的絕緣。
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