CN103171587A - 一种电气化铁路地面磁枕动态检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电气化铁路地面磁枕动态检测系统，包括用于检测磁感应装置的位置和磁性大小的传感器、信号变换器、模拟量采集卡和工控机，所述的传感器分别通过信号变换器连接模拟量采集卡的输入端，模拟量采集卡的输出端连接工控机的输入端，还包括车辆，所述的车辆两侧的下方分别设置有至少一个传感器，本发明通过在车辆的车体下方安装多组传感器，并启动车辆模拟正常铁路机车高速运行状态下通过传感器检测被测路段磁感应装置的磁性大小、位置等数据，并根据铁道部下发的磁枕安装使用等规定进行比较，从而能快速准确的检测出被测路段磁感应装置的位置和磁性是否符合要求标准，避免了人工测量出现的误检、漏检现象。
Description
技术领域
本发明涉及电气化铁路电力机车安全运行领域，即提高电力机车通过电分相时的安全性，是一种模拟电气化铁路电力机车运行工况，对电力机车自动过分相系统的地面磁枕进行动态检测的方法及检测系统。
背景技术
从1958年第一条电气化铁路开始修建，到2012年12月26日京广高铁正式开通，中国电气化铁路总里程已突破48000公里，超越了原电气化铁路世界第一的俄罗斯，跃升为世界第一位。高速铁路投入运营的线路达到9200公里，均为电气化铁路，居世界第一。郑州局3120公里营业线已经全部改造或新建为电气化铁路，郑西、石武高铁我局运营里程分别为337公里和335公里。
这些电气化铁路均使用电力机车或电力牵引的动车组，电源由地面牵引变电所提供，牵引变电所将国家电网的110千伏或220、330千伏三相交流高压电源变换成为电气化铁路使用的27.5千伏单相工频交流电源，并输送到接触网线路上，供电力机车使用。相邻的牵引变电所之间在电气上必须绝缘，这个绝缘装置称之为分相绝缘器，而且电力机车在通过分相绝缘器时必须断开电力机车主断路器，否则电力机车带载切断电源，受电弓会拉出强烈电弧并短接分相绝缘器，造成两变电所相间短路，引起烧断接触线或承力索、损坏变电所和机车设备等恶性事故。电气化铁路每20-30公里就有一个变电所，过分相前需要司机操作断电，电力机车依靠惯性通过分相绝缘器，过了分相绝缘器要合电才能安全运行，由于依靠机车司机肉眼看断合标断合电，经常有误操作发生，造成电力机车带电闯分相。电力机车过分相时必须断电是电气化铁路安全运行最薄弱的环节之一。
2007年铁道部在全路推广电力机车自动过分相系统，这一问题才得到解决。电力机车自动过分相系统为做到电力机车过分相时自动断开主断路器，每处分相附近单股道预埋4个磁感应装置（轨道的一侧按照一定间距规定设置有两个磁感应装置，两侧一共4个磁感应装置）。磁感应装置是基于免维护地面定位技术的车载自动过分相控制系统的地面磁性设备，电力机车通过时会发出相应信号给机车，通过车载感应接收器和过分相控制装置自动完成电力机车断电过分相。自动过分相地面磁铁式感应装置是嵌入到轨枕里的永久磁铁也简称磁枕，具有耐高温、耐腐蚀、不会丢失等特点。
这些磁性枕的管理和维护由供电部门负责。磁枕的状态直接关系到行车安全，如果磁性枕损坏或丢失，会造成电力机车带电闯分相，造成相邻变电所相间短路，引起烧断接触线或承力索、损坏变电所和机车设备等恶性事故。如2011 年 12 月 17 日洛阳机务段 HXD1C 型 538/537 号重联机车牵引 27032J 次货物列车在巩义东至穆沟站间上行线 K617处带电闯分相造成烧断接触网承力索的事故，严重影响了我局运输生产秩序。目前一直采用用人工测量的方法测量磁枕的剩磁来判断磁枕的状态，而人工测量存在漏检和误检的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气化铁路地面磁枕动态检测系统及检测方法，可以模拟电力机车运行情况下对电力机车自动过分相系统地面磁枕进行动态测量，并能够精确测量其磁场强度和磁枕位置是否符合铁道部的标准要求。
本发明采用下述技术方案：
一种电气化铁路地面磁枕动态检测系统，包括用于检测磁感应装置的位置和磁性大小的传感器、信号变换器、用于系统供电的电源、模拟量采集卡和工控机，所述的传感器分别通过信号变换器连接模拟量采集卡的输入端，模拟量采集卡的输出端连接工控机的输入端，还包括用于模拟电力机车运行的车辆，所述的车辆车体两侧的下方分别设置有至少一个传感器，所述的设置在车辆两侧的传感器在同一枕木的投影距离与铁轨两侧两个磁感应装置在同一枕木上的相对距离相等，且第一、第二传感器与被检测磁感应装置的垂直距离不小于150MM。
所述传感器的个数为六个，以三个为一组分为两组，分别设置在车辆的两侧。
所述的每组传感器包括两个磁阻传感器和一个电磁线圈传感器。
所述的车辆为接触网检测车或接触网作业车。
一种铁路电力机车地面磁枕动态检测方法，包括以下步骤：
A，首先安装本系统到车辆上，所述的传感器的具体安装时根据GB 146.1 -1983；
B，启动车辆，使车辆以一定速度通过被检测铁路路段；同时每组传感器对被测铁路路段的磁枕强度进行检测，当检测到磁枕时，传感器发送磁枕的强度信号到信号变换器；
C，信号变换器接收到磁枕强度信号后，对其进行放大、调零、滤波处理，处理后通过模拟量采集卡传送至工控机；
D，工控机对收集到的信号进行分析处理，在显示屏上显示地面磁枕的磁场强度曲线，并结合线路数据库记录的磁枕初始位置和强度要求，从而直观的显示出所测量铁路段磁枕的位置和强度是否符合铁道部《车载控制电力机车自动过分相技术条件》的要求。
所述传感器的个数为六个，以三个为一组分为两组，分别设置在车辆的两侧。
所述的每组传感器包括两个磁阻传感器和一个电磁线圈传感器。
所述的车辆为接触网检测车或接触网作业车。
本发明通过在车辆的车体下方安装多组传感器，并开动车辆，模拟正常电力机车高速运行状态，通过传感器检测被测路段磁感应装置的磁性大小、位置等数据，并将检测到的数据通过信号变换器和模拟量采集卡传送到工控机进行分析，形成被测线路段的磁感应装置的位置和磁性大小曲线，根据铁道部下发的磁枕安装使用等规定为标准，从而能快速准确的检测出被测路段磁感应装置的位置和磁性是否符合标准要求，避免了人工测量出现的误检、漏检现象。
附图说明
图1为本发明的电路原理图；
图2为本发明所述传感器的安装位置示意图。
具体实施方式
如图1所示电气化铁路地面磁枕动态检测系统，包括用于检测磁感应装置位置和磁性大小的传感器、信号变换器、用于系统供电的电源、模拟量采集卡和工控机，所述的传感器分别通过信号变换器连接模拟量采集卡的输入端，模拟量采集卡的输出端连接工控机的输入端，还包括车辆3，所述的车辆3两侧的下方分别设置有至少一个传感器，所述的设置在车辆3两侧的传感器在同一枕木的投影距离与铁轨两侧两个磁感应装置在同一枕木上的相对距离相等，且第一、第二传感器与被检测磁感应装置的垂直距离不小于150MM。所述的第一、第二传感器与被检测磁感应装置的垂直距离不小于150MM为国标《车载控制电力机车自动过分相技术条件》中7.2.4预埋式轨枕的安装要求规定。具体如下:预埋式轨枕不应处于道岔和钢轨接头处，内部磁感应器应避开信号机及其他轨道设备，距离大于或等于1m。如果原定位置不适合安装，可将安装位置在±2m范围内调整。磁感应器应固定在钢轨外侧，其中心距钢轨内测工作边水平距离（335±15）mm，距信号接收设备垂直距离大于或等于150mm；预埋式轨枕安装时应保证信号接收设备处磁感应强度不低于0.004T。0.004T即为本系统传感器检测界限值，即超过0.004T即为检测到且正常，低于0.004T即为磁枕磁力降低，对其应及时维护和更换。详细的其它标准也可以参照具体规定，使本系统能够最大化的使用车辆模拟动力机车进行动态测量，而且使测量的精度更加精确。
所述传感器的个数为六个，以两个传感器为一组分别设置在车辆3的两侧。第一组传感器设置在车辆3的一侧，第二组传感器设置在另一侧设置，这样能够防止在车辆3运动时由于颠簸偏移而造成的信号误差，每组传感器包括两个磁阻传感器1和一个电磁线圈传感器4，使用两个磁阻传感器1进行同时监测磁枕强度大小，取均值使测试的精度更大。所述的电磁线圈传感器4用来直接检测磁枕的存在，使测量更加直接。
传感器的个数也可以为两个，也可以实现本发明的目的。但是当车辆在电气化铁路上行驶时，遇到弯道或者颠簸时，传感器的相对地面磁枕的位置会有偏移，从而不能检测或者误检。最优选择为六个传感器，这样不仅能避免漏检、误检，也节省成本。
所述的车辆3为接触网检测车或接触网作业车。接触网检测车或接触网作业车均为现有铁路运维使用车辆，具有足够的动力来模拟电力机车的高速行进。也可以为其它具有动力的车体，只要可以模拟电力机车运动的动力车体即能够达到动态测量的要求。
所述的传感器安装完全参照铁道部2008年发布的自动过分相铁道部行业标准《车载控制电力机车自动过分相技术条件》进行传感器的位置安装，这样测量的结果也可以以上述标准的规定为基准，这样使铁道磁枕的维护效果更好。
本发明通过使用接触网检测车来模拟列车的在铁轨上的运动，并且在接触网检测车上安装两组或者多组传感器进行同时测量，然后取每一组的平均值，这样使测量更加精确。所述的两组传感器分别安装在接触网检测车的两侧，从而能够检测在运动过程中所经过的磁枕的位置以及磁枕的磁感应强度，通过信号处理器处理后，再通过模拟量采集卡输送至工控机，工控机对采集到的磁枕信息进行处理分析，从而直观的得到所测路段中磁枕是否符合规范标准。
一种铁路电力机车地面磁枕动态检测方法，包括以下步骤：
A，首先安装本系统到检测车3上，所述的传感器的具体安装时根据GB 146.1 -1983，即为《标准轨距车辆限界》，在7.3.2所述的信号接收设备的安装中有详细规定。
B，启动车辆3，使车辆3以一定速度通过被检测铁路路段；同时每组传感器对被测铁路路段的磁枕强度进行检测，当检测到磁枕时，传感器发送磁枕的强度信号到信号变换器；
C，信号变换器接收到磁枕强度信号后，对其进行放大、调零、滤波处理，处理后通过模拟量采集卡传送至工控机；
D，工控机对收集到的信号进行分析处理，然后在显示屏上显示地面磁枕的磁场强度曲线，并结合线路数据库记录的磁枕初始位置和强度要求从而直观的显示出所测量铁路段磁枕的位置和强度是否符合铁道部《车载控制电力机车自动过分相技术条件》（TB/T 3197-2008）的要求，然后对其进行维护或者更换。
所述的车辆3为接触网检测车，也可以为接触网作业车。这样接触网检测车以一定速度通过被检测铁路段时，安装在接触网检测车上的传感器实时采集被测路段的磁感应装置的位置和大小信息，并与铁轨磁感应装置的安装标准规定进行比对，从而能够直观快速的检查出被测路段磁枕是否符合要求，从而进行维护或者更换。
Claims (8)
1.一种电气化铁路地面磁枕动态检测系统，其特征在于：包括用于检测磁感应装置的位置和磁性大小的传感器、信号变换器、用于系统供电的电源、模拟量采集卡和工控机，所述的传感器分别通过信号变换器连接模拟量采集卡的输入端，模拟量采集卡的输出端连接工控机的输入端，还包括车辆，所述的车辆两侧的下方分别设置有至少一个传感器，所述的设置在车辆两侧的传感器在同一枕木的投影距离与铁轨两侧两个磁感应装置在同一枕木上的相对距离相等，且第一、第二传感器与被检测磁感应装置的垂直距离不小于150MM。
2.根据权利要求1所述的电气化铁路地面磁枕动态检测系统，其特征在于：所述传感器的个数为六个，以三个为一组分为两组，分别设置在车辆的两侧。
3.根据权利要求2所述的电气化铁路地面磁枕动态检测系统，其特征在于：所述的每组传感器包括两个磁阻传感器和一个电磁线圈传感器。
4.根据权利要求1-3任一所述的电气化铁路地面磁枕动态检测系统，其特征在于：所述的车辆为接触网检测车或接触网作业车。
5.一种铁路电力机车地面磁枕动态检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
A，首先安装本系统到车辆上，所述的传感器的具体安装时根据GB 146.1 -1983；
B，启动车辆，使车辆以一定速度通过被检测铁路路段；同时每组传感器对被测铁路路段的磁枕强度进行检测，当检测到磁枕时，传感器发送磁枕的强度信号到信号变换器；
C，信号变换器接收到磁枕强度信号后，对其进行放大、调零、滤波处理，处理后通过模拟量采集卡传送至工控机；
D，工控机对收集到的信号进行分析处理，然后在显示屏上显示地面磁枕的磁场强度曲线，并结合线路数据库记录的磁枕初始位置和强度要求，直观的显示出所测量铁路段磁枕的位置和强度是否符合铁道部《车载控制电力机车自动过分相技术条件》的要求。
6.根据权利要求5所述的电气化铁路地面磁枕动态检测系统，其特征在于：所述传感器的个数为六个，以三个为一组分为两组，分别设置在车辆的两侧。
7.根据权利要求6所述的电气化铁路地面磁枕动态检测系统，其特征在于：所述的每组传感器包括两个磁阻传感器和一个电磁线圈传感器。
8.根据权利要求5-7任一所述的电气化铁路地面磁枕动态检测系统，其特征在于：所述的车辆为接触网检测车或接触网作业车。
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