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杂散电流的防治与检测方法研究

作　者: 杜文平
导　师: 张英梅
学　校: 太原理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 杂散电流检测系统硬件地铁
分类号: U231.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 9次
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内容摘要

随着社会的不断进步，城市的交通运输也迅速发展起来，城铁，地铁，轻轨等交通运输工具在各大城市已经走进了人们的生活，随之而来的杂散电流问题也引起了社会的广泛关注。杂散电流由管道流向土壤使管体遭受腐蚀，据统计，1安培直流杂散电流在一根钢管上流进流出，一年内将导致大约10公斤金属的蚀失。目前，对深圳地铁的实测结果表明，地铁采用额定电压为DC1500V的直流供电系统，额定牵引电流可高达3000A，按5％计算，流入地下的杂散电流值可达150A。如此大的杂散电流对周围的管线设施和建筑基础结构的使用寿命产生了严重威胁。由于构成管道的金属中含有杂质(主要是碳)，两种不同的导体在土壤中的电解质作用下形成一个个微小的原电池。在杂散电流和原电池的共同作用下，阳极电流集中于管道表面某些点上，在这些点处形成微小的凹坑。随着时间的推移，这些凹坑不断变深，当发展成贯穿性小孔时，管道就会发生泄漏，缩短管道的使用寿命。如果不及时防护会给国民经济造成巨大的损失，甚至危及运行安全。综上所述，研究杂散电流的检测与防治有重要的意义!本文首先阐述了杂散电流的定义，引起杂散电流的原因以及杂散电流的危害，总结了国内外对杂散电流的防治方法。提出了杂散电流的研究方案，在实验室进行杂散电流检测的模拟研究的基础上，自行设计了一套模拟装置，来模拟地铁杂散电流的分布情况。最后，详细介绍了自行设计的杂散电流检测系统。论文包括系统分析、系统结构设计、系统软硬件部分实现、系统调试几部分。对系统开发中的每一部分进行了说明，并且重点介绍了杂散电流检测系统的硬件部分的实现。本文与以往相关设计最大的不同点就是，自主设计了一套以CPLD和单片机为核心的硬件检测系统，此系统可以实现数据的采集，处理，存储，并且可以和上位机进行通信。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-16
  1.1 杂散电流介绍  12
  1.2 目前杂散电流的防治方法  12-13
  1.3 课题来源与主要研究内容  13-14
  1.4 选题的意义  14
  1.5 本课题的主体设计思想  14-16
第二章杂散电流的基础研究  16-36
  2.1 杂散电流的定义  16
  2.2 杂散电流的产生原因  16-19
  2.3 影响地铁杂散电流的因素  19-20
  2.4 杂散电流腐蚀  20-22
    2.4.1 杂散电流腐蚀机理  20-21
    2.4.2 杂散电流腐蚀对象  21-22
  2.5 杂散电流的防治方法以及国内外杂散电流的研究动态  22-28
    2.5.1 杂散电流的防治方法  22-25
    2.5.2 减少杂散电流的方法  25-26
    2.5.3 防止杂散电流的方法  26-28
  2.6 举例:南京地铁杂散电流的防护措施  28-31
    2.6.1 车站、明挖隧道杂散电流防护措施  29-30
    2.6.2 矿山法隧道杂散电流防护措施  30-31
    2.6.3 后构法隧道杂散电流防护措施  31
  2.7 地铁杂散电流防护措施与要求  31-32
    2.7.1 消除杂散电流产生的根源，最大限度地减小杂散电流  31
    2.7.2 构造杂散电流收集网  31-32
    2.7.3 对地铁附近重要的地下金属管线等的防护措施  32
  2.8 国内外研究动态  32-34
    2.8.1 管/地电位检测技术  32
    2.8.2 直流电压梯度测试技术(DCVG)  32-33
    2.8.3 Pearson检测技术  33
    2.8.4 管内电流检测技术  33
    2.8.5 变频—选频法  33-34
    2.8.6 管中电流—电位法  34
  2.9 现有检测仪器介绍  34-36
第三章杂散电流的检测系统的组成结构  36-44
  3.1 系统构成  36-40
    3.1.1 参比电极  36
    3.1.2 传感器  36-37
    3.1.3 通信电缆  37
    3.1.4 数据转接器  37
    3.1.5 智能监测装置  37-38
    3.1.6 微机管理系统  38-39
    3.1.7 监测系统功能  39
    3.1.8 运行数据的打印功能  39
    3.1.9 系统自检功能  39-40
  3.2 实验室模拟装置  40-44
    3.2.1 实验室模拟装置的建立  41
    3.2.2 实验室模拟装置的理论研究  41-42
    3.2.3 实验室模拟装置的简化模型  42-44
第四章杂散电流检测系统的硬件结构  44-68
  4.1 功能介绍  44-45
    4.1.1 系统原理  44-45
    4.1.2 现有资源介绍  45
  4.2 检测试验板各部分功能介绍  45-57
    4.2.1 检测试验板模拟部分原理框图  45-46
    4.2.2 模拟部分相关芯片介绍  46-49
    4.2.3 检测试验板数字部分原理框图  49
    4.2.4 数字部分相关芯片介绍  49-57
  4.3 检测系统工作原理  57-68
    4.3.1 模拟部分工作原理介绍  57
    4.3.2 数字部分工作原理介绍  57-68
第五章杂散电流检测系统上位机软件的实现  68-72
  5.1 开发工具的选择  68-69
  5.2 系统初始化模块及运行界面  69-72
    5.2.1 电流自动监测系统参数设置  69-70
    5.2.2 数据采集模块及运行界面  70
    5.2.3 数据处理模块及显示界面  70-71
    5.2.4 数据打印保存模块及运行界面  71-72
第六章实验分析及软硬件调试  72-78
  6.1 硬件调试  72-73
    6.1.1 硬件调试步骤  72
    6.1.2 硬件调试过程  72-73
  6.2 软件调试  73
  6.3 实验数据分析  73-78
    6.3.1 无杂散电流检测  73-74
    6.3.2 杂散电流检测  74-78
第七章关于杂散电流检测的未来的展望  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-86
攻读学位期间发表的学术论文目录  86

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