一种埋地钢管与轨道排流的智能控制系统
技术领域
本发明涉及埋地钢质管道腐蚀防护技术领域，尤其是涉及一种埋地钢管与轨道排流的智能控制系统。
背景技术
轻轨、地铁、有轨电车等城市轨道交通系统均采用直流驱动，由受电弓从馈电线取流，经机车后由走行轨回流。行驶过程中，电流由机车所在的高电位处流向牵引变电所的低电位处，由于轨道电阻的存在，轨道对地存在一定的电位差，导致部分电流外泄进入大地，形成杂散电流。若在临近土壤中有管道等金属构筑物，这些泄漏的电流就会沿管道等回流到变电所或其他低电位处，形成另外的电流回路，从而导致金属结构腐蚀。在杂散电流流入埋地钢制管道的地方(阴极区)，一般不受影响，但当电位过负时，管道表面会析氢，造成防腐绝缘层损坏剥落；杂散电流离开钢管的位置处(阳极区)，金属以铁离子形式溶入周围的电解质中，造成严重的电化学腐蚀，必须采取一定的防护措施。
杂散电流防护措施有被动加强阴极防护和主动排流措施两大类。排流措施是指将流入金属结构的杂散电流有组织的排到大地或干扰源，根据排流对象和排流电压控制措施，有接地排流、直接排流、极性排流和强制排流四种。在现有排流措施中，将管道中电流通过各种手段直接排向大地的方式最为简便，应用也较多，但受限于排流电压和接地电阻等限制，排流效果不佳。从电流流通回路控制来看，将干扰电流直接排回干扰源的措施最为有效，针对城市轨道交通杂散电流而言，则需将管道电流直接排流至轨道，此时要考虑轨道大电流的冲击及轨道电位的变化，同时受运动变化的机车影响，轨道交通杂散电流具有鲜明的动态性和随机性特点，排流控制系统需适应轨道电位和管道电流的动态变化。
名称为“地铁杂散电流排流装置”的中国专利(CN101670791A)公开了一种排流防护装置，要求连接排流网，排流回路较为复杂，未能实现向轨道直接排流，且检测功能单一，无预警处置功能，不能根据轨地电位的变化判断排流是否安全。名称为“一种杂散电流监测排流控制方法”的中国专利(CN 102692885А)，通过计算泄露的电流量控制排流，但参数的选取过于理想化，不能对管地电位与轨地电位进行实时监测，同样也未能向轨道直接排流，排流自动化水平不足，排流效果有待验证。
现有针对地铁杂散电流的排流控制系统均不能做到向轨道直接排流，且不能针对管地电位、轨地电位等数据动态变化，做出合理有效的排流控制，为满足工程需求，亟需开发一套能够自动调节排流电压等参数，向轨道直接排流的智能控制系统。
发明内容
本发明为了解决目前排流装置自动化水平不足、不能实现直接向轨道排流、受干扰金属管道保护效果不佳等问题，提供一种埋地钢管与轨道排流的智能控制系统，该系统将受干扰管道与轨道装置搭接直接向干扰源侧排流，对管地电位、轨地电位、管轨电位实时监测，通过排流电压控制使管地电位稳定在理想范围内，避免出现“排流不足”和“过排流”的现象。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种埋地钢管与轨道排流的智能控制系统，该系统包括：
数据采集与接收单元：用以多通道同步采集管轨电位、管地通电电位、管地断电电位和轨地电位数据，并进行模数转换、存储和发送；
数据处理与控制单元：用以接收数据采集与接收单元发送的数据，并进行可视化处理、绘制图表以及电位数据预警发送排流通断信号；
排流模块：两端分别连接埋地钢管和轨道，用以接收数据处理与控制单元的排流通断信号实现排流控制。
供电模块：用以为数据采集与接收单元、数据处理与控制单元和排流模块供电。
所述的数据采集与接收单元包括数据采集模块、数据发送模块、数据接收模块、参比电极、试片和继电器，所述的数据采集模块分别与数据发送模块、参比电极和试片连接，所述的数据发送模块与数据接收模块通过无线网络通信。
所述的无线网络通信为4G网络通信或5G网络通信。
所述的数据处理与控制单元包括数据分析处理与显示模块和管地电位与轨地电位预警模块，所述的数据分析处理与显示模块与数据接收模块通过RS485串口连接，所述的管地电位与轨地电位预警模块通过通信电缆连接与排流模块连接。
所述的排流模块由排流开关、可调限流电阻以及二极管构成，所述的二极管正向连接埋地钢管，负向连接轨道，所述的排流开关与管地电位与轨地电位预警模块连接。
所述的供电模块为12V直流电源模块。
所述的数据采集模块的采集频率调整范围为0.5-1000HZ，所述的参比电极为铜饱和硫酸铜参比电极。
所述的管地电位与轨地电位预警模块的控制和预警过程如下：
当管地断电电位高于-0.85V，且管轨电位为正值时，则发送开启排流通路信号，并调节排流电压，使管地断电电位不低于-1.2V；
当管轨电位为负值时，则发送断开排流通路信号，若管地断电电位一段时间内低于-1.2V或轨地电位超过90V，则发出预警信号，并发送终止排流指令信号。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本系统直接向轨道进行排流，可以根据管轨电位与排流电压的对应关系，自动调整排流电压，形成排流调节控制机制，使管地电位稳定在更窄的、更理想范围内，避免电位保护不足或者电位过负现象的发生。
二、本系统可以在轨-地电位过高时预警，能够防止因排流造成的轨地电位过高而产生的危险。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，其中箭头表示数据流向，虚线表示通过移动无线网络传输。
图2为数据采集模块采集数据的示意图。
图3为排流模块的结构示意图。
图中标记说明：
1、埋地钢管，2、测试桩，3、管道测试接线柱，4、管道测试接线柱，5、管道测试接线柱，6、钢轨，7、参比电极，8、参比电极，9、继电器，10、试片，11、排流开关，12、可调限流电阻，13、二极管，14、通讯电缆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，本发明提供一种埋地钢管与轨道搭接进行排流的智能控制系统，包括数据采集与接收单元、数据处理与控制单元、排流模块和供电模块。数据采集与接收模块同时具有本地存储与无线远传功能，其中无线功能可通过移动通信网络，将数据传输至指定终端，数据处理与控制单元包含数据分析处理与显示功能和电位预警功能，数据处理与控制单元与排流模块通过专用通信电缆连接，对排流工况进行控制，供电模块分别为数据采集与接收单元、数据处理与控制单元、排流模块供电。
数据采集与接收单元，包括数据采集模块、数据发送模块、数据接收模块、参比电极、试片、继电器、导线。数据采集模块可进行多通道同步采集管轨电位、管地通电电位、管地断电电位、轨地电位等数据，采集频率可实现0.5-1000HZ调整，并将数据进行模数转换，然后由数据发送模块发送，其中远程数据传输通过移动无线网络连接，参比电极选用铜饱和硫酸铜参比电极，试片、继电器用以测试管地断电电位。
如图2所示，数据采集模块可进行多通道同步采集管轨电位、管地通电电位、管地断电电位、轨地电位等数据，其中，a通道采集管轨电位，正极连接管道接线，负极连接轨道接线；b通道采集轨地电位，正极连接轨道接线，负极连接参比电极；c通道采集管地通电电位，正极连接管道接线，负极连接参比电极；d通道采集管道断电电位，正极连接试片接线，负极连接参比电极。采集频率可实现0.5-1000HZ调整，并将数据进行模数转换，然后由数据发送模块发送，其中远程数据传输通过移动无线网络连接。参比电极选用铜饱和硫酸铜参比电极，试片、继电器与管道相连，继电器用以控制试片与管道通断。
数据处理与控制单元具有数据分析处理与显示、管地电位与轨地电位预警、排流启闭信号发送等功能。系统开启后实时显示管地通电电位、管地断电电位、轨地电位、管轨电位等数据，并且将采集的电压数据进行做可视化处理，绘制随时间实时变化的图表。设定数据处理时段(0.5h)，对电位数据进行平均计算。管地断电电位高于-0.85V，且管轨电位为正值时，开启排流通路，并调节排流电压，使管地断电电位不低于-1.2V；当管轨电位为负值时，断开排流通路。若管地断电电位一段时间内(5min)低于-1.2V或者轨地电位超过90V，则给出预警，并发出终止排流指令。
排流模块，包括排流开关、可调限流电阻、二极管单项导通装置等组成，如图3所示，其中二极管正向连接管道，负向连接轨道，根据数据处理与控制单元给定的排流通断信号，进行排流控制。
供电模块，采用12V直流电源为数据采集与接收单元、数据处理与控制单元、排流模块供电，电源为可充电式锂电池，方便野外使用。
