新型地铁(轻轨)迷流在线监测系统介绍

    1.概述
    我国随着各大城市经济建设的迅速发展和人民物质生活的不断提高，城市交通成为当前亟待解决的重大问题，许多城市通过修建地铁和轻轨来解决日益突出的交通问题。地铁和轻轨通过牵引供电系统向动车组提供动力，但由于地下潮湿，城市地下管网密集，供电电流会通过地下金属管网流动，从而导致钢筋、管道的锈蚀，造成一定的危害，因此各城市地铁在修建过程中，一方面通过采取措施防止迷流的扩散，另一方面通过配置迷流监测系统进行监测，防止迷流对地下管线和基础钢筋的腐蚀影响。（参考《www.jianzhu518.com》）
    2.现有迷流监测系统介绍
    现有杂散电流监测系统一般由参比电极、参比电极接线盒、整体道床测量端子、隧道测量端子、杂散电流测量用电缆、微机综合测试装置及信号测试端子箱（ 变电所内）构成。
    参比电极的作用是作为杂散电流极化电压测量的基准点。一般有 CuSO4、Zn、MuO3 等 几种，CuSO4 为液态参考电极，测量精度高，但适用寿命相对较短，维护不方便；Zn 为金属参考电极，寿命长，但测量精度较低，在精确测量系统不便采用 ；MuO3 参考电极为胶状参考电极，具有电压稳定、耐极化性能好、使用寿命长、内阻小的特点，符合阴极保护工程中对参比电极的要求。目前作为各迷流监测工程首选材料。
    监测系统采用小分区监测方式，即按车站分区，每个车站（ 变电所内控制室或检修室）内安装一台杂散电流测试端子箱，将该车站及车站两端附近区段的测试端子及参比电极端子经参比电极接线盒，由统一的测量电缆引入至车站变电所控制室或检修室内的测试端子箱，通过移动式微机综合测试装置与变电所内测试箱连接来对各车站的测试点的测试端子电位进行测量、数据处理和报表打印。使用的综合测试装置用来通过与变电所内测试端子箱相连，对各测试点杂散电流测试端子与参考电极间电压进行测量的设备，综合测试装置一般包括：便携式笔记本电脑、综合测试箱、打印机及各设备间连接线。
    测试装置设备连接原理图参考如下：
    安装于变电所内的测试箱通过信号电缆将分布在车站区段的各测试点的参考电极电位及收集网端子电位集中在一起，通过电缆将这些电压信号输入至综合测试箱，微机系统通过数据采集卡将这些数据进行采集处理后转发到便携机，形成各测试点的电位、时间等各种曲线和统计数据。
    该型设备结构简单，安装也较方便，但根据地铁迷流监测点多，沿线分布的特点，采用该型集中数据采集方式进行迷流监测，一是信号点分散，要通过长距离电缆进行数据传输，易造成信号衰减，导致采集精度较低，二是每套设备连接监测点数量少，需在多处设置集中监测装置，不利于对整条线路的宏观监测。
    3.新型迷流在线监测系统介绍
    为克服不足，国内新研制一种分布式远程迷流在线监测系统，针对地铁轻轨迷流监测需求特点，将智能数据采集器下放到监测点，每处数据采集器可监测多达八处参比电极或结构钢筋电位，并且可自动调整电位采集范围，从而可进行高精度的保证数据的可信度，同时采集器采用全密封三防结构，方便沿线安装。各智能数据采集器通过远程通信线将数据发送到监控主机处，监控主机实现实时数据分析、报表管理打印和迷流越限报警工作。

    高精度智能采集模块主要完成参考电极——道床钢筋和参考电极——结构钢电压的监测，采用高精度工业级 16 位采集单元和智能数据处理通讯单元模块组成。它把采集到的模拟信号装换成数字信号保存起来，供监控主机使用。采集模块具有自检功能，便于系统的检修，并且根据实际要求可设置测量范围，以保证系统的最大精度。为保证数据长距离传输，通信线路上可加设信号中继器。监测系统管理软件实现自动监测、存档、分析地铁杂散电流极化电压，超限报警和采集模块故障定位，显示或打印相关报表、曲线。主机系统根据实际安装和实施方案不同，主机可以是便携式笔记本电脑、嵌入式微机系统或 SCA-DA系统微机。
    该系统主要功能有：装置自检、采集模块参数配置、实时数据测量显示、超限报警、采集量程自动切换、计算数据存档、历史数据查询、数据分析、历史数据报表生成、显示、打印(报表、棒图、曲线图)、采集模块掉电、通讯故障定位等功能。
    系统主要特点有：采用 16位多路高精度智能数据采集模块采集道床钢筋和结构钢筋极化电位。采用信号中继器加大传输距离，保证数据传输的高可靠性。有自检功能，能准确定位采集模块故障位置。用 WIN-DOWS98/WINDOWS2000 的微机管理系统界面友好，易于操作，便于软件升级。多个参数可由用户按实际按需要设定。底层模块满足防水、防潮、防震要求，非常适合地铁隧道安装使用。系统结构如下图所示。
    U1k'=U1k- U0
    U2k'=U2k- U0
    以一小时为平均间隔时间，采集频率 1Hz，则每小时该点结构钢电位平均值为 ū1=1/3600(ΣU1k')
    ū2=1/3600 (ΣU2k')
    监测主机通过通讯接口、中继器与采集模块进行 485 半双工通信。主机发送广播命令使各模块同时执行数据采集，之后定时轮询各个模块，取得各采集点的实时数据。系统主机每秒读入各点采集实时数据，根据上述原理计算每小时各点电位平均值，进行数据库保存。通过系统软件可进行各时间段某一采集点的道床钢筋和结构钢筋电位数据报表或曲线查询，也可查询某一时刻线路各采集点的数据报表或曲线，在采集结果超限时可进行报警处理。当某处采集模块掉电或通讯故障时，系统可报警并确定故障模块地点，以便于维护。
    监控主机全天不间断工作，监测中心操作人员可随时按多种方式（ 最大值、最小值、平均值）查询某一采集点的各时段（ 按日、按月、按年）历史数据或某时段全线的所有采集点的数据，并可对数据进行自动分析，生成报表、棒图、曲线图等，用于显示或打印。

   
    5. 软件说明
    系统软件采用 WIN-DOWS98/WINDOWS2000 为操作平台，应用 VB、VC 编程技术开发应用软件，采用虚拟驱动技术与底层数据采集硬件进行数据通讯，同时采用良好数据结构的数据库进行数据存储和管理。
    应用软件采用菜单界面和控件方式进行操作，系统可通过配置菜单设置数据采集模块地址、通讯波特率等参数，通过设备检测检查外接模块数量，并可设定模块工作位置，建立网络拓扑结构图。
    通过启动采集控件开始进行实时数据采集，计算并存储相关数据。操作人员可通过选择时间段和采集模块目标号察看曲线图。
    6.小结
    本文通过分析现有地铁迷流监测系统的缺陷，介绍了一种新型迷流监测系统的结构特点，通过分析表明该系统消了信号转接环节, 大大提高了系统的可靠性和智能程度以及采集精度，并且可实现故障定位，结构为分散分布式，符合当今远程数据采集技术发展趋势，其推广应用必将提高地铁迷流监测的可靠程度和检修管理的自动化程度。
   
    【参考文献】
    [1]地铁迷流对钢筋混凝土中钢筋腐蚀的试验研究, 周晓军等, 铁道学报, 1999 年第 21 卷第 5 期。
    [2]广州地铁杂散电流监测系统设计与应用, 赵煜等, 城市轨道交通研究, 2001 年第 1 期。
    [3]KM- 1 型地铁迷流监测系统说明书, 天津凯发电气公司, 2001年。