CN101954915A - 实时断轨检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁路轨道检测装置及使用方法。一种断轨检测装置，包括有轨行机车的两条钢轨，其主要特点在于，在所述的两条钢轨之间设有至少一对电气短接线，一对电气短接线与钢轨围成电气隔离单元；在电气隔离单元的一条钢轨上设有至少一个电流传感器，所述的电流传感器与电流信号接收处理单元电连接，电流信号接收处理单元再将断轨信号输出到输出装置。本发明的优点是：本发明采用直接短路式无绝缘轨道电路，该电路尽管存在分路死区而不能作为传统轨道电路使用，但在断轨检测方面却因其设备简单而显得优越。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁路轨道检测装置及方法。
背景技术
铁路运营线上的钢轨断裂，严重威胁行车安全，是导致行车事故的重大隐患之一。断轨一旦发生，要求至少能向前方来车发出信号并使之有足够时间采取防范措施，否则，必将造成车毁人亡的重大恶性事故。要及时发现断轨并制止恶性运营事故的发生，就需要实时检测断轨。目前被广泛使用的轨行机车运行控制的主要设备是轨道电路。根据轨道电路的工作原理，断轨的发生被轨道电路显示为区间内火车的占用，即轨道断裂和区间内轨行机车占用的显示结果相同。所以在安装轨道电路的区段，轨道电路完成了实时检测断轨的任务。
尽管轨道电路在轨行机车运行控制方面作用重大，但也存在一些问题。轨道电路工作状态受道床条件的影响很大。比如在长大隧道及潮湿地段，由于道床漏泄过大，道床电阻太低，轨道电路经常发生“红光带”故障，严重影响运输安全及效率。尽管可以采取诸如道床清筛(洗)、轨道电路区段分割、加装补偿电容等措施，但不能解决根本问题。如何让轨道占用、机车信号传输脱离钢轨成为解决问题的关键。为此，使用非轨道电路为基础的自动闭塞系统正在研制中。比如，计轴加环线式自动闭塞是在每个闭塞分区设置计轴设备，替代轨道电路检查该区段是否空闲或占用，并以沿钢轨敷设的环线电缆替代钢轨向机车传递信号。另外，随着包括使用全球定位技术，卫星通信和基于其他通信技术的轨行机车定位和控制系统等新列控技术的出现， 彻底摆脱和解决了依赖钢轨完成轨行机车占用检查和传输机车信号的问题。在这种情况下，再使用轨道电路就没有必要。没有了轨道电路，也就无法进行实时断轨检测，这为运营安全埋下了重大隐患。所以，必须研究新的实时断轨检测方法。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种结构简单，检测方便的断轨检测装置及方法。以解决在没有轨道电路的情况下进行实时断轨检测。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种断轨检测装置，包括有轨行机车的两条钢轨，其主要特点在于，在所述的两条钢轨之间设有至少一对电气短接线，一对电气短接线与钢轨围成电气隔离单元；在电气隔离单元的一条钢轨上设有至少一个电流传感器，所述的电流传感器与电流信号接收处理单元电连接，电流信号接收处理单元再将断轨信号输出到输出装置
所述的输出装置可以是报警继电器，也可以是其他接收、输出设备。
进一步，还包括在牵引变电所供电区间末端的接触网和钢轨之间设置有电阻。
进一步，还包括有所述的电流信号接收处理单元与切换控制单元电连接，所述的切换控制单元还与所述的电阻电连接，在所述的电阻支电路上设有第一开关，切换控制单元用于控制第一开关的开合。
进一步，还包括在所述的电气隔离单元中间位置的两条钢轨之间设置有电压源。所述的电压源是工频电源。
进一步，还包括有所述的切换控制单元与所述的电流信号接收处理单元电连接，所述的切换控制单元还与所述的电压源电连接，在所述的电压源支电路上设有第二开关，切换控制单元用于控制第二开关的开合。
所述的电流信号接收处理单元，包括有滤波器，微处理器，可编程逻辑 控制器，逻辑模块等为常规技术。
本发明还提供一种断轨检测方法，包括有如下步骤：
步骤一(101)，在钢轨上产生电流；
步骤二(102)，利用设置在钢轨上的至少一个电流传感器采集电流信号；
步骤三(103)，测出传感器在不同钢轨状态下电流信号；
步骤四(104)，将采集的电流信号与断轨阈值进行比较并发送断轨信号。
进一步，所述的步骤一为牵引变电所通过机车向钢轨供电。
进一步，所述的步骤一为牵引变电所向通过所述的电阻向钢轨供电。
进一步，所述的步骤一为跨接在钢轨之间的电压源向钢轨供电。
本发明的有益效果是：
1)新型断轨检测方法采用直接短路式无绝缘轨道电路，该电路尽管存在分路死区而不能作为传统轨道电路使用，但在断轨检测方面却因其设备简单而显得优越。
2)新型断轨检测方法的本质是中央供电(信号)、两端直接短路、两端电流接受式无绝缘轨道电路，信号电源可以是工频电源。
3)新型断轨检测方法综合采用了电流传感器测得的钢轨电流及其组合进行检测。这样做的好处是，在不明显增加设备复杂性的前提下，不仅能够利用钢轨中不平衡牵引回流进行断轨检测、而且也能够在没有牵引回流时检测断轨，还能够很好地消除环境等因素引起的各种共模干扰。
4)受轨道一次参数和环境因素影响小；
5)室外设备简单；
6)抗牵引回流干扰能力强，同时也可以利用牵引回流进行检测。
附图说明
图1为本发明的实施例1的结构图；
图2为本发明的实施例2的结构图；
图3为本发明的实施例3的结构图；
图4为本发明的实施例4的结构图；
图5为本发明的实施例5的方法流程图；
图6为本发明的实施例6的方法流程图；
图7为本发明的实施例7的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：见图1，一种断轨检测装置，包括有轨行机车的两条钢轨1，在所述的两条钢轨之间设有一对电气短接线2(AB、CD)，一对电气短接线2(AB、CD)与钢轨1围成电气隔离单元；在电气隔离单元的钢轨上设有四个电流传感器11，12，13，14，所述的电流传感器11，12，13，14与电流信号接收处理单元4电连接并将断轨信号输出到输出装置5。所述的电流信号接收处理单元包括有滤波器，微处理器，可编程逻辑控制器，逻辑模块等。
两电气短接线之间的距离2-4km。
电流传感器安装在电气短接线端点附近的钢轨上。
当轨行机车3行驶在电气化铁路上，或停在铁路上时，则牵引变电所10到轨行机车之间的钢轨上就产生牵引回流。表1给出了传感器在不同钢轨状态下电流信号(假设在没有断轨时两个钢轨的牵引回流相等且为1)。
表1牵引回流作用时传感器电流信号
| 没有 | AB间 | DE间 | BC间 | EF间 |
| 断裂 | 断裂 | 断裂 | 断裂 | 断裂 | |
| I11 | -1 | 0 | -2 | 0 | -2 |
| I12 | 1 | 2 | 0 | 2 | 0 |
| I13 | 1 | 0 | 2 | 0 | 2 |
| I14 | -1 | -2 | 0 | -2 | 0 |
| I11+i12 | 0 | 2 | -2 | 2 | -2 |
| I13+i14 | 0 | -2 | 2 | -2 | 2 |
| I11+i12+i13+i14 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
表中I11、I12、I13、I14是四个电流传感器(11，12，13，14)中采集的电流。由表1可以看出，牵引回流作用时，四个传感器电流信号及其组合的电流信号在不同的钢轨状态下，其数值有明显的差别，据此可以判断是否存在断轨。断轨阈值可以根据表1进行选择设定。
实施例2，见图2，与实施例1相同，不同的是还包括有一个电阻7，所述的电阻设置在牵引变电所供电区间末端的接触网和钢轨之间。
如果没有轨行机车行驶在电气化铁路上，或停在铁路上时，则牵引变电所到轨行机车之间的钢轨上就没有牵引回流。此时，可在牵引变电所供电区间末端的接触网和钢轨之间跨接一个电阻。该电阻大小的确定原则是在能够检测出断轨的前提下消耗的功率最小(相当于一辆空载运行机车的等效电阻)。这样，该电阻和牵引变电所之间的钢轨上就会有电流流过。传感器检测到的电流信号随钢轨状态的变化情况和表1所示一样。4个传感器电流信号及其组合的电流信号在不同的钢轨状态下，其数值有明显的差别，据此可以判断是否存在断轨。
实施例3：见图3，与实施例1相同，不同的是还包括有电压源8，所述的电压源设置在所述的电气隔离单元中间位置的两条钢轨之间。所述电压源的频率可以是50Hz。
在没有牵引回流情况下(如在非电气化铁路，或电气化铁路上没有轨行机车等)，可以通过外加电源的方法在钢轨上产生电流，
表2给出了图3中电流传感器在不同的钢轨状态时的电流信号(设轨道完整时，各传感器电流相等且为1)。
表250Hz电压源作用时传感器电流
| 没有断 裂 | AB间 断裂 | DE间 断裂 | BC间 断裂 | EF间 断裂 | |
| iA | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| iD | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| iC | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| iF | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| iA+iD | 2 | 0 | 0 | 2 | 2 |
| iC+iF | 2 | 2 | 2 | 0 | 0 |
| iA+iD+iC+iF | 4 | 2 | 2 | 2 | 2 |
从表2可以看出，四个电流传感器及其组合的电流信号在不同的钢轨状态下，其数值有明显的差别，据此可以判断是否存在断轨。断轨阈值可以根据表2进行选择设定。
实施例4：见图4，与实施例1、实施例2和实施例3相同，不同的是还包括有切换控制单元6与所述的电流信号接收处理单元4电连接，所述的切换控制单元6还与所述的电阻7和电压源8电连接，在电阻7支电路上设有第一开关，在电压源8支路上设有第二开关，切换控制单元用于控制第一开关与第二开关的开合。根据不同情况切换开关实现实施例1、实施例2和实施例3的方案。
实施例5：本发明还提供一种断轨检测方法，包括有如下步骤：
步骤一101，牵引变电所通过轨行机车在钢轨上产生电流；
步骤二102，利用设置在钢轨上的两对电流传感器采集电流信号；
步骤三103，测出传感器在不同钢轨状态下电流信号；
表1牵引回流作用时传感器电流信号
| 没有 | AB间 | DE间 | BC间 | EF间 |
| 断裂 | 断裂 | 断裂 | 断裂 | 断裂 | |
| I11 | -1 | 0 | -2 | 0 | -2 |
| I12 | 1 | 2 | 0 | 2 | 0 |
| I13 | 1 | 0 | 2 | 0 | 2 |
| I14 | -1 | -2 | 0 | -2 | 0 |
| I11+i12 | 0 | 2 | -2 | 2 | -2 |
| I13+i14 | 0 | -2 | 2 | -2 | 2 |
| I11+i12+i13+i14 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
步骤四104，将采集的电流信号与断轨阈值进行比较并发送断轨信号。
实施例6：与实施例5相同，不同的是步骤101，牵引变电所通过所述的电阻在钢轨上产生电流；步骤三103，测出传感器在不同钢轨状态下电流信号；
表1牵引回流作用时传感器电流信号
| 没有 断裂 | AB间 断裂 | DE间 断裂 | BC间 断裂 | EF间 断裂 | |
| I11 | -1 | 0 | -2 | 0 | -2 |
| I12 | 1 | 2 | 0 | 2 | 0 |
| I13 | 1 | 0 | 2 | 0 | 2 |
| I14 | -1 | -2 | 0 | -2 | 0 |
| I11+i12 | 0 | 2 | -2 | 2 | -2 |
| I13+i14 | 0 | -2 | 2 | -2 | 2 |
| I11+i12+i13+i14 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
实施例7：与实施例5相同，不同的是所述的步骤101为利用跨接在钢轨之间的电压源在钢轨上产生电流。步骤三103，测出传感器在不同钢轨状态下电流信号；
表250Hz电压源作用时传感器电流
| 没有断 | AB间 | DE间 | BC间 | EF间 |
| 裂 | 断裂 | 断裂 | 断裂 | 断裂 | |
| iA | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| iD | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| iC | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| iF | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| iA+iD | 2 | 0 | 0 | 2 | 2 |
| iC+iF | 2 | 2 | 2 | 0 | 0 |
| iA+iD+iC+iF | 4 | 2 | 2 | 2 | 2 |
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种断轨检测装置，包括有轨行机车的两条钢轨，其特征在于，在所述的两条钢轨之间设有至少一对电气短接线，一对电气短接线与钢轨围成电气隔离单元；在电气隔离单元的一条钢轨上设有至少一个电流传感器，所述的电流传感器与电流信号接收处理单元电连接，电流信号接收处理单元再将断轨信号输出到输出装置。
2.如权利要求1所述的断轨检测装置，其特征在于，还包括在牵引变电所供电区间末端的接触网和钢轨之间设置有电阻。
3.如权利要求1所述的断轨检测装置，其特征在于，还包括有所述的电流信号接收处理单元与切换控制单元电连接，所述的切换控制单元还与所述的电阻电连接，在所述的电阻支电路上设有第一开关，切换控制单元用于控制第一开关的开合。
4.如权利要求1所述的断轨检测装置，其特征在于，还包括在所述的电气隔离单元中间位置的两条钢轨之间设置有电压源。
5.如权利要求1所述的断轨检测装置，其特征在于，所述的电压源是工频电源。
6.如权利要求3所述的断轨检测装置，其特征在于，还包括有所述的切换控制单元与所述的电流信号接收处理单元电连接，所述的切换控制单元还与所述的电压源电连接，在所述的电压源支电路上设有第二开关，切换控制单元用于控制第二开关的开合。
7.一种断轨检测方法，包括有如下步骤：
步骤一(101)，在钢轨上产生电流；
步骤二(102)，利用设置在钢轨上的至少一个电流传感器采集电流信号；
步骤三(103)，测出传感器在不同钢轨状态下电流信号；
步骤四(104)，将采集的电流信号与断轨阈值进行比较并发送断轨信号。
8.如权利要求6所述的断轨检测方法，其特征在于，所述的步骤一(101)为牵引变电所通过机车向钢轨供电。
9.如权利要求8所述的断轨检测方法，其特征在于，所述的步骤一(101)为牵引变电所通过所述的电阻向钢轨供电。
10.如权利要求8所述的断轨检测方法，其特征在于，所述的步骤一(101)为跨接在钢轨之间的电压源向钢轨供电。
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