模拟地铁杂散电流自动监测系统中电流测量技术手段研究
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摘要
杂散电流对地铁周围的埋地金属管道、通讯电缆外皮以及地铁主体结构钢筋等发生电化学腐蚀，产生严重的危害。目前国内外对地铁杂散电流防护措施多采用被动的防护措施，尽管有些城市地铁实现了杂散电流的实时监测，并且有针对性进行人工治理，但目前还不能实现有效的自动监控并防治，任何采取积极主动的防护措施，从根源上来消除杂散电流的产生，在监测系统和自动防治上找到好的契合点，是一个涉及电子、自动测试、电防护领域的重大课题。
本文介绍了地铁杂散电流产生的机理、危害以及目前所采用的防护手段，提出了对地铁杂散电流实行自动监控电源补偿的防治方案；介绍了实验室模拟地铁杂散电流物理模型的设计和实现过程，在对电流测量手段进行分析的基础上，详细的说明了其电流自动监测系统的检测电路设计和参数选择过程；简要的介绍了监测系统的计算机运行界面；并对杂散电流模拟情况和实验结果进行了详细的分析。
通过系统调试和实验结果分析，证明该物理模型较好的模拟了实际地铁杂散电流的情况，其自动监测系统中检测电路的设计实现了在线监测，系统具有良好的线性度和稳定性，能够满足科研需要，为日后探讨自动监控电源补偿防治方案的有效性提供了实验基础和科研依据。
Metro stray current causes serious electrochemical corrosion in metal pipelines, communication cable epidermis and rebars in concrete main structure buried underground nearby metro. Now the protection methods of metro stray current adopted in our country or abroad are almost passive. Though the monitoring systems of metro stray current and artificial protection work have been used and done in many cities, the efficient and automatic protection method has not been found. How to adopt active and effective protection method of metro stray current, to eliminate the resource of its generation and find good coalition between monitoring and auto-protecting is an important research problem involved in the research areas of electronics, auto-testing system and electrochemical corrosion protection.
This paper introduces the generation mechanism and damages of metro stray current, and the protection methods now adopted in metro. Then a new protection project is expounded, which can protect metro stray current by means of monitoring and auto-compensating with power supply. The process of design and realization of metro modeling in laboratory is also introduced in particularly. Based on analyzing the methods of current testing, this paper explicates the design and parameter option process of testing circuit in model's current auto-testing system. The computer user interface is also summarized. In the end of this paper, a detail analysis of the metro stray current condition in physical metro model and experiment data is .given.
Through debugging this system and analyzing the data, experiments have proved that this physical model has reflected the current distribution in the metro rail, and the design of testing circuit in its auto-testing system has realized the current testing timely and efficiently. And this system's linearity and stability are very good. So it can satisfy the need of research work, which would provide the experiment basis and data for the research of attesting the efficiency of the monitoring and
auto-compensating project in the further.
本文介绍了地铁杂散电流产生的机理、危害以及目前所采用的防护手段，提出了对地铁杂散电流实行自动监控电源补偿的防治方案；介绍了实验室模拟地铁杂散电流物理模型的设计和实现过程，在对电流测量手段进行分析的基础上，详细的说明了其电流自动监测系统的检测电路设计和参数选择过程；简要的介绍了监测系统的计算机运行界面；并对杂散电流模拟情况和实验结果进行了详细的分析。
通过系统调试和实验结果分析，证明该物理模型较好的模拟了实际地铁杂散电流的情况，其自动监测系统中检测电路的设计实现了在线监测，系统具有良好的线性度和稳定性，能够满足科研需要，为日后探讨自动监控电源补偿防治方案的有效性提供了实验基础和科研依据。
Metro stray current causes serious electrochemical corrosion in metal pipelines, communication cable epidermis and rebars in concrete main structure buried underground nearby metro. Now the protection methods of metro stray current adopted in our country or abroad are almost passive. Though the monitoring systems of metro stray current and artificial protection work have been used and done in many cities, the efficient and automatic protection method has not been found. How to adopt active and effective protection method of metro stray current, to eliminate the resource of its generation and find good coalition between monitoring and auto-protecting is an important research problem involved in the research areas of electronics, auto-testing system and electrochemical corrosion protection.
This paper introduces the generation mechanism and damages of metro stray current, and the protection methods now adopted in metro. Then a new protection project is expounded, which can protect metro stray current by means of monitoring and auto-compensating with power supply. The process of design and realization of metro modeling in laboratory is also introduced in particularly. Based on analyzing the methods of current testing, this paper explicates the design and parameter option process of testing circuit in model's current auto-testing system. The computer user interface is also summarized. In the end of this paper, a detail analysis of the metro stray current condition in physical metro model and experiment data is .given.
Through debugging this system and analyzing the data, experiments have proved that this physical model has reflected the current distribution in the metro rail, and the design of testing circuit in its auto-testing system has realized the current testing timely and efficiently. And this system's linearity and stability are very good. So it can satisfy the need of research work, which would provide the experiment basis and data for the research of attesting the efficiency of the monitoring and
auto-compensating project in the further.
引文
[1] 周晓军，高波．地铁迷流对钢筋混凝土中钢筋腐蚀的试验研究．铁道学报，1999，21(5)：99～105
[2] 周晓军，高波，郭建国等．地铁区间隧道杂散电流对金属管线的腐蚀及其防护．铁道建筑．2000(11)：22～23
[3] 朱孝信．地铁的杂散电流腐蚀与防治．材料开发与应用．1997，12(5)：40～47
[4] 中华人民共和国地下铁道设计规范．GB50157—92．国家技术监督局、中华人民共和国建设部．北京：中国计划出版社，1993
[5] 高敬宇，易友祥．地铁杂散电流的分析．天津理工学院学报，1996，12(3)：52～55
[6] 马沂文，马宏儒．必须重视城市轨道交通系统杂散电流腐蚀的防护．城市管理与科技，2001，3(3)：19～21
[7] 马宏儒．北京地下铁道的杂散电流腐蚀与防护．城市轨道交通，1990(10)：11～19
[8] 高敬宇，易凡．地铁及轻轨杂散电流腐蚀的防护措施．天津理工学院学报，1996，12(1)：32～36
[9] 易友祥，李凤沼，王干一等．一种积极有效的地铁杂散电流防护方案．天津理工学院学报，1995，11(2)：1～5
[10] UhigHH, Revie R W. Corrosion and Con'osion Control. A Wilcy-Interscicnce Publication. JOHN WELWY & SONS, 1985 (Third Edition): 261～268
[11] 周晓军，高波．地铁杂散电流分布及其对砼衬砌耐久性的影响．西部探矿工程，1999，11(6)：31～39
[12] 吴祥祖，张庆贺，高卫平．地铁杂散电流产生机理及其防护措施．建筑安全，2003(5)：28～30
[13] 大境彰．铁道技术研究资料，1981，38(4)：171～178
[14] 于宁．直埋热力管道土壤腐蚀与防护．管道技术与设备，2002(1)：44～46
[15] 铁道第二勘察设计院主编．《地铁工程设计指南》．北京：中国铁道出版社，2002
[16] 北京地铁研究所．CJJ49—92地下铁道杂散电流防护技术规程．北京：建
筑工业出版社，1993
[17] 赵煜，李威．广州地铁杂散电流实时监测系统设计及应用．城市轨道交通研究，2001(1)：63～65
[18] 赵煜．广州地铁一号线杂散电流腐蚀防护分析．腐蚀与防护，2001，22(8)：360～362
[19] 徐光强．大连快轨3号线杂散电流现场监测系统方案及应用．继电器，2003，31(9)：40～42
[20] 汪园园．杂散电流监测方案的探讨．电气化铁道，2001(1)：48～50
[21] 张国忠赵家贵编著．《检测技术》北京：中国计量出版，1998年第一版
[22] 施涛昌．霍尔电流传感器及其应用．电气开关，1996(4)：45～47
[23] 张维娜，杜忠．霍尔电流传感器在绝缘在线测量中的应用．高电压技术，1996，22(2)：30～32
[24] 吕勇军．模拟光耦HCNR201及其在数据采集系统中的应用．国外电子元器件，2003(4)：68～69
[25] Agilent HCNR200/201 Manual Agilent公司, 1999
[26] 赵昕，刘洪涛．高线性模拟光耦HCNR201原理及其在检测电路中的应用．国外电子元器件，2003(2)：24～25
[27] 杨小晨，王欣．高精度线性光耦HCNR200／201及其应用．仪器仪表用户，2003，10(5)：41～42
[28] National Semiconductor LM158/258/358 Manual, National Semiconductor Corporation, May 1999
[29] PC-6333多功能模入模出接口卡技术说明书．北京中泰研创科技有限公司
[30] 姚天任等编著．《现代数字信号处理》华中理工大学出版社，2000年第二版
[31] Internet国际互联网
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