工控自动化技术文摘：传感器应用技术征文LEM电量隔离传感器在地铁排流柜中的应用

摘要 简要介绍了排流柜在城市轨道交通系统中的应用，并结合排流柜工作原理重点阐述了北京LEM电子有限公司的几款电量隔离传感器在该装置中的应用。

随着城市轨道交通事业的发展，国内的城轨线路越来越多。目前已建成或在建的城市已达到16座。预计到2010年，我国城市轨道交通的通车里程将达到1500km,投资规模将达到5000多亿。为了节省地面空间，大多数城轨线路采用地下铁路的形式。排流柜作为地铁杂散电流监测系统中的一个设备，对保障城轨线路的安全运行有着不可或缺的作用。以下结合排流柜在地铁中的应用简要介绍设置排流柜的必要性及排流柜的工作原理，最后重点分析LEM电量传感器在排流柜中的应用。

目前，世界各国的城市轨道交通普遍采用直流供电制式，对其牵引供电系统而言，牵引电回路为：牵引变电所整流器正极à馈电线à架空式接触网或接触轨式接触网à动车车辆à钢轨à牵引变电所整流器负极。在这一回路中，电流通过走行钢轨回流至牵引变电所整流器负极。由于钢轨与大地之间不是完全绝缘的，加上运行过程中弓网及轮轨摩擦产生的金属粉尘，在地下潮湿的环境中导致轨道与大地之间的绝缘电阻不断降低。这样由钢轨回流至牵引变电所的电流就有一部分经由大地流回牵引变电所。这部分电流因大地土壤的导电性质、地下金属管道或结构钢筋位置的不同，可以分布很广，故称之为“杂散电流”，有的资料上也称之为“迷流”。

泄漏地下的杂散电流会对沿线的建筑物钢筋、金属管道等造成腐蚀，降低建筑结构或地下金属管道的使用寿命，同时对地铁隧道的结构造成很大威胁。因此如何有效地避免或减小这种危害是城轨直流牵引供电系统所亟待解决的一个课题。

在长期的工程实践中，人们找到了解决办法，即在地铁土建施工时，在轨道道床下设置钢筋，把每一个供电区间的钢筋网延轨道纵向焊接成网，在牵引变电所附近引出接线端子。把这张钢筋网通常叫“排流网”，按图一所示进行电气连接，从而为迷流提供了一条低阻值的回流通道。当丛轨道上泄漏的杂散电流电荷在泄漏到地下时，即被这一电气通道俘获，因为电流总是走阻值低的路径回流，所以泄漏到地下的杂散电流必然通过此路径最终回到整流器负极。从而减小了这部分有害电流向地下泄漏而造成的危害。

目前应用在地铁线路的排流柜分为两种，一种为手动排流柜，另一种为智能排流柜（自动排流柜）。图二为智能排流柜原理框图。智能排流柜主要器件为排流二极管D、限流电阻R1、IGBT、斩波电阻R2、电流传感器、电压传感器、快速熔断器和负荷开关。二极管用来保证杂散电流单方向回流，负荷开关完成排流柜的投切。应用电流和电压传感器是对排流柜运行状态进行检测，装置将这些检测数据通过RS485通信接口上传至杂散电流监测系统，监测系统根据全线杂散电流的分布和严重程度为地铁运营提供维修保养依据。

目前，我厂研制生产的排流柜有两种型号，分别为手动排流柜和智能排流柜。两种产品上均选用了LEM传感器。其中供深圳地铁一号线的手动排流柜已连续运行近两年。目前运行状况良好，选用的两种传感器也经受了考验。

该装置选用的电流传感器型号为BLFK-400S4,该传感器为应用霍尔效应的开环电流传感器，原边电流Ip产生的磁通量聚集在磁路中，并由霍尔器件检测出霍尔电压信号，经过放大器放大，该电压信号能精确地反映原边电流。

（1）该传感器输出为电压信号，可直接驱动数字表头显示。装置中将电流传感器输出信号分为两路，一路去装置的检测系统，完成数据采集。另一路去在数字表头，实时显示排流电流大小，其副边电压输出的形式和幅值与数字显示表头的输入完全匹配，省去了采样电阻和信号处理的中间环节。方便了产品设计。

（2）该型传感器采用了对开式结构，体积小，重量轻、方便安装和维护。在排流柜中，主回路电器之间的连接全部是铜母线，传感器采用穿孔方式安装在铜母线上。当进行维护时，对开式结构可以免去拆下铜母线的麻烦，使产品调试和维护减少了不小的工作量。

该装置选用的电压传感器型号为AV100-250，该型传感器测量精度高，特别是在小电压范围内表现出色。在满足精度、线性度等性能的同时，由于其具有出色的绝缘性能，经受住了交流绝缘耐压3kV的1分钟的考验。使主回路和辅助回路彻底的绝缘。