[发明专利]高铁地磁感应电流监测方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于高铁电气系统的监测技术领域，特别涉及一种高铁地磁感应电流监测方法及装置。

背景技术

伴随着强烈空间天气风暴的发生，磁层—电离层中的空间电流体系对地球的磁场产生强烈扰动，这时在地面上可以观测到全球性的地磁场强烈变化现象，称为“磁暴”。根据电磁感应定律可知：时变的磁场会在大地中感应出电场并因大地的电导形成地电流，当地面上存在导电性能良好的人工网络时(如：铁轨、输电线路、输油管线等)就会在其中产生地磁感应电流(简称GIC)。以往，由于我国大部分国土处于中低纬度区域，且铁路运营里程短、范围小、速度慢，因此磁暴的影响问题并不突出。

近年来，随着中国铁路的高速发展，四纵四横高铁网的建设，与传统铁路不同的是，高速铁路电气系统大量采用了如列车运行控制系统、铁路数字移动通信系统(GSM-R)、调度集中系统(CTC)、防灾监控设备等数字化、自动化设备，却更易受到电磁干扰。以及无砟轨道、以桥代路等技术，使得高铁运行环境变得复杂。7.23甬温线特大事故发生后，高铁电气系统电磁干扰问题引起了业内的重视，这也是关系铁路行车安全的重大问题。因此迫切需要一种监测高铁GIC，并记录高铁中GIC产生的时间，持续时间及其数量级的装置，为研究GIC在铁路供电系统中的存在情况及其对铁路设备运行的危害程度提供有效手段。

在国家自然基金项目(批准号：41374189)资助下，课题组在研究GIC对我国高铁电气系统的影响问题。由于高铁磁暴效应的监测国内外都还未开展，所以，课题希望借鉴电网GIC研究成果，研究分析高铁磁暴效应的监测方法与技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高铁地磁感应电流监测方法及装置。

本发明采用高铁地磁暴侵害监测记录装置，记录导致牵引网和轨道电路受到影响的各监测点的监测量；监测的变量包括牵引主变压器、AT所自耦变压器的直流电流。在监测量越过限值时发出报警信号，以便及时了解地磁暴对铁路系统的影响；具体实现方案如下：

1)GIC监测点选择，

牵引变电所内设置了牵引回流收集的工程装置-集中接地箱(JD箱)，为独立箱式结构，内部汇集了连接两轨条的扼流变压器中点引线、PW保护线、贯通地线等牵引回流导线，并与变压器接地极相连，用于除了经正馈线回流的少数牵引电流的回流；

为了监测牵引网和轨道电路钢轨中的GIC大小，考虑到牵引变电所内是不允许安装铁路系统外设备，可在JD箱内与牵引主变压器接地极、钢轨的连接电缆(或铜排)上安装霍尔传感器,霍尔传感器选择在牵引供电系统二次侧安装，以及钢轨的连接电缆上，不会对列车的运行造成影响；

2)高铁GIC信号的提取，

与牵引电流及各次谐波相比较，取样信号中GIC幅值很小，以及各种干扰噪声的存在，使得取样信号具有较低信噪比，若只通过传统的低通滤波器滤除噪声，信号中的有用成分也会模糊掉。小波分析是时域和频域窗窗口大小可变的局部化分析，可有效的去除信号中局部高频噪声干扰。小波去噪的步骤为小波分解、阈值处理小波系数和重构信号，如今小波分析在小波在信号分析中的应用十分广泛，它可以用于边界的处理与滤波、时频分析、信噪分离与提取弱信号，这里不详细介绍小波分析。所以这部分的开发主要是包括小波去噪、滤波器、快速傅立叶变换分解出GIC信号。

3)数据采集与处理，数据采集和处理模块是以高铁GIC阈值和磁暴特征作为启动及分析处理判据，实现对高铁GIC波形录制和数据记录，具体信号采集和处理如下：

(1)某牵引变电所内四台牵引变压器接地相中的直流信号，主变每个接地相为2路信号(2*4)。由于普通磁电式传感器无法测量0.1-0.001Hz的准直流信号，而霍尔传感器能采集到的信号频率范围很宽，则用霍尔传感器进行直流信号采集；

(2)钢轨回流中的直流信号，共1*2＝2路。测量的信号为钢轨回路中流经扼流变压器的直流信号，用于分析该直流对扼流变压器的影响。

(3)上述采集到的电信号需先经过信号调理板将接入的信号转变成数据采集卡的适宜处理的形式，主要是对输入信号进行放大、缩小、滤除干扰信号等。信号接入采集卡进行A/D转换，对输入的模拟量进行采样、量化、编码过程得到数字信号，再传输到嵌入式工控机由软件采用数字信号处理方法进行分析处理并显示结果数据。

4)数据存储和管理