CN103207357B - 一种铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统，其包括反射镜组与电晕监测仪；所述反射镜组位于电晕监测仪正前方，由设置在同一水平线上的第一、第二、第三和第四平面反射镜四块平面反射镜组成，所述四块平面反射镜的子午面均与所述电晕监测仪镜头的子午面重合，所述四块平面反射镜与所述电晕监测仪镜头的光轴呈锐角设置，第一和第三平面反射镜组成的第一双反射镜组设置在所述电晕监测仪的镜头的光轴左侧，第二和第四平面反射镜组成的第二双反射镜组与第一双反射镜组对称设置在所述电晕监测仪的镜头的光轴右侧，第三和第四平面反射镜之间留有间隙。本发明能对车顶三个间隔较大的绝缘瓷瓶实现低成本的电晕监测，节省大量的设备费用。
Description
技术领域
本发明涉及电晕监测系统，具体的说，涉及一种铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统。
背景技术
高铁（动车）机车的运行能量是通过机车顶部上方的接触网（正极）与铁轨（负极）提供的，其中机车供电设备通过车顶受电弓与接触网接触，电流通过受电弓连接的线路传入机车供电设备，因此在车顶受电弓及其下方的线路必须与车体绝缘。
目前国内高铁（动车）普遍使用3个绝缘瓷瓶将车顶受电弓与车身隔离，由于铁路机车运行里程长，所经地区的地形、地理、气候及污染源种类较多，而绝缘瓷瓶裸露在车顶，常年遭受风吹雨淋，易被污染而导致绝缘强度降低，在运行中（尤其是雨、雪、雾天气）容易发生高压爬电污闪击穿故障造成途停，严重危害运输安全。再者，安装于高铁（动车）机车上的绝缘瓷瓶因常年遭受震动、冲击等极易出现老化破损或开裂现象，这也会造成绝缘瓷瓶绝缘性的下降。绝缘瓷瓶的各种问题若不及时清理或更换就会有被击穿的危险。绝缘瓷瓶被击穿后会形成闪断而造成整个机车供电线路中断，严重威胁铁路机车运输安全。
电晕（电弧）放电现象是绝缘瓷瓶出现上述绝缘性故障的一种前兆，电晕（电弧）放电发出的光信号覆盖日盲紫外波段，因此可以使用电晕监测仪对绝缘瓷瓶的电晕放电现象进行监测，从而对绝缘瓷瓶的故障进行前期诊断。电晕监测仪可屏蔽日光对电晕监测的干扰，具有灵敏度高、抗干扰能力强、定位准确、使用方便等诸多特点，可实现对日间电晕的检测监测。
由于电晕（电弧）放电发出的日盲紫外光信号强度极其微弱，故要求探测距离越近越好。但是目前市场上使用较多、性能较好的电晕监测仪的视角均较小，常见视角主要为5°×3.75°，而铁路机车车顶的3个绝缘瓷瓶间隔较大，使用单台小视角电晕监测仪不易同时覆盖所有绝缘瓷瓶。同时，当铁路机车靠近至一定距离后，两侧的两个绝缘瓷瓶也因视场区域有限而无法同时被监测视场所覆盖。考虑到目前市场上电晕监测仪单价较高，固定架设多个电晕监测仪进行多目标观测的方案受成本所限不易推广实施，因此有必要设计一种多目标电晕监测方案，通过使用单台电晕监测仪同时监测三个绝缘瓷瓶的方法，为铁路机车电晕监测节省大量的设备费用，并大大提高铁路机车供电运行安全系数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统，通过采用多组反射镜拼接组合视场，使固定架设的单台电晕监测仪同时监测机车顶部三个相互间隔较大的绝缘瓷瓶。
本发明解决上述技术问题所采用技术方案为：一种铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统，其包括反射镜组与电晕监测仪；
所述反射镜组位于电晕监测仪正前方，由设置在同一水平线上的第一、第二、第三和第四平面反射镜四块平面反射镜组成，所述四块平面反射镜的子午面均与所述电晕监测仪镜头的子午面重合，所述四块平面反射镜与所述电晕监测仪镜头的光轴呈锐角设置，第一和第三平面反射镜组成的第一双反射镜组设置在所述电晕监测仪的镜头的光轴左侧，第二和第四平面反射镜组成的第二双反射镜组与第一双反射镜组对称设置在所述电晕监测仪的镜头的光轴右侧，第三和第四平面反射镜之间留有间隙；
左侧入射的光线经过第一双反射镜组反射后进入所述电晕监测仪的镜头，右侧入射的光线经过第二双反射镜组反射后进入所述电晕监测仪的镜头，中间入射的光线从第三和第四平面反射镜之间的间隙直接进入所述电晕监测仪的镜头。
优选地，所述反射镜组位于所述电晕监测仪正前方1m之内。
优选地，所述反射镜组中4块平面反射镜均与所述电晕监测仪镜头的光轴成40°至50°夹角，更优选地，第一和第二反射镜与该光轴成45°夹角，第三和第四反射镜与该光轴成46.5°夹角。
优选地，所述铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统安装在平直段轨道的上方，所述第一和第二反射镜的反射面中心之间的间距与铁路机车车顶两端的两个绝缘瓷瓶的间距相同。
所述第三和第四反射镜在所述电晕监测仪镜头平面内的投影分别覆盖该镜头视场的左侧和右侧约三分之一的面积，第一反射镜的面积与第三反射镜覆盖视场对应，第二反射镜的面积与第四反射镜覆盖视场对应。
所述反射镜组中的平面反射镜均为前表面镀有保护膜的镀铝或镀银反射镜，优选地，该保护膜为氟化镁保护膜。
优选地，所述电晕监测仪中设有日盲紫外成像通道和可见光成像通道，即所述电晕监测仪为日盲紫外和可见光双通道成像仪，以便为日盲紫外图像提供清晰的背景参考信息。
采用本发明所述的铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕检测系统可在保证灵敏度的前提下，使用单台电晕监测仪对车顶三个间隔较大的绝缘瓷瓶实现低成本的电晕监测，从而为铁路机车领域节省大量的设备费用，并大大提高铁路机车供电运行安全系数。
附图说明
图1为国内高铁（动车）机车所用受电弓示意图；
图2为本发明铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统结构图；
图3为本发明应用于铁路电气化接触网钢柱上的示意图；
图4为本发明应用于高铁（动车）站台的屋架上或隧道口的洞门处的示意图；
图5为本发明电晕监测仪所成图像的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，为目前国内铁路机车车顶普遍使用的受电弓示意图，受电弓1-1主要通过三个绝缘瓷瓶1-2a、1-2b、1-2c安装于机车车顶。目前国内铁路机车所使用的受电弓弓头长度有1450mm、1950mm、2085mm、2160mm等，其中高铁（动车）机车上所使用的受电弓弓头长度主要为1950mm，本实施例以弓头长度为1950mm、受电弓通过三个绝缘瓷瓶1-2a、1-2b、1-2c安装于机车车顶为例进行说明，其两端的两个绝缘瓷瓶间隔约为1100mm。而目前市场上使用较多性能较好的电晕监测仪的视角均较小，常见视角主要为5°×3.75°。因此，当高铁（动车）机车靠近至一定距离后，两侧间隔约为1100mm的两个绝缘瓷瓶因视场区域有限而无法同时被监测视场所覆盖。
本发明提出的一种铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统，通过在特定位置固定架设多个反射镜拼接组合视场，使得单台电晕监测仪的视场可覆盖机车顶部3个间隔较大的绝缘瓷瓶。参见图2，为该铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统结构图，其包括反射镜组2-1与电晕监测仪2-2。
绝缘瓷瓶1-2、反射镜组2-1、电晕监测仪2-2在光的传播方向上依次排列。反射镜组2-1与电晕监测仪2-2固定安装于铁轨上方的建筑物或设施上，如图3安装于铁路电气化接触网钢柱上，或如图4安装于铁路站台的屋架上等，其中反射镜组2-1位于电晕监测仪2-2正前方，优选的，反射镜组2-1位于电晕监测仪2-2正前方1m之内以便于安装、调试。如图3或图4，电晕监测仪2-2前方的轨道为平直轨道，以使得铁路机车运行时三个绝缘瓷瓶在电晕监测仪视场中的水平位置相对稳定。
反射镜组2-1由第一至第四平面反射镜2-1a、2-1b、2-1c和2-1d组成，其所有反射镜的子午面均与电晕监测仪2-2镜头的子午面重合。第一和第二反射镜2-1a与2-1b反射面中心的间距与图1所示两端的两个绝缘瓷瓶1-2a、1-2b的间距相同，第三反射镜2-1c及第四反射镜2-1d位于第一反射镜2-1a与第二反射镜2-1b之间，且两者在电晕监测仪2-2镜头平面内的投影分别覆盖该镜头的左右约三分之一，第一反射镜2-1a、第二反射镜2-1b的面积分别与第三反射镜2-1c、第四反射镜2-1d的覆盖视场一一对应。反射镜组2-1中所有反射镜均与电晕监测仪2-2镜头的光轴成40°至50°夹角，优选的，反射镜组2-1中两端第一、第二反射镜2-1a、2-1b与该光轴成45°夹角，第三、第四反射镜2-1c、2-1d与该光轴成46.5°夹角，并使得电晕监测仪2-2前方的光信号经反射镜组2-1反射后入射至电晕监测仪2-2。为了使反射镜组2-1中所有反射镜均能反射日盲紫外光及可见光，第一至第四平面反射镜2-1a、2-1b、2-1c和2-1d为镀铝或镀银反射镜，镀铝或镀银反射镜前表面还镀有保护膜，即有两层镀膜，先镀铝或银，再度保护膜防止铝或银被氧化，其中镀铝或镀银反射镜对日盲紫外光及可见光均具有高反射率，保护膜可以防止铝或银被氧化。优选地，保护膜选取氟化镁保护膜。
电晕监测仪2-2采用市场上使用较多的日盲紫外/可见光双通道成像设备，如江苏紫峰光电科技有限公司生产的ZF-S1双通道电晕监测仪或以色列Ofil公司生产的双通道日盲紫外成像仪，其可以在可见光背景图像上叠加日盲紫外图像以确定电晕放电的位置，具有灵敏度高、抗干扰能力强、定位准确、使用方便等特点。当然，在不要求准确定位机车顶部放电绝缘瓷瓶而只需要监测是否有放电现象时，所述电晕监测仪2-2也可以为日盲紫外单通道成像模块。优选的，本实施例选用视角为5°×3.75°的电晕监测仪，因为其性能较好、成像质量高。
参见图2，在使用该铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统时，假设图2中A、B、C分别对应于铁路机车车顶的三个相互间隔较大的绝缘瓷瓶，当铁路机车在一段平直的轨道上由远及近驶向电晕监测仪2-2时，绝缘瓷瓶A上电晕发出的光信号被平面反射镜2-1a和2-1c两次反射后入射至电晕监测仪2-2；绝缘瓷瓶C上电晕发出的光信号被平面反射镜2-1b和2-1d两次反射后入射至电晕监测仪2-2；绝缘瓷瓶B上电晕发出的光信号由平面反射镜2-1c和2-1d之间的间隙直接入射至电晕监测仪2-2，电晕监测仪中所成图像的示意图如图5所示，因而使用单台电晕监测仪即可同时监测相互间隔较大的3个受电弓绝缘瓷瓶的电晕放电现象。
参见图3和图4，图3和图4为分别将本发明所述电晕监测系统安装于铁路电气化接触网的钢柱上及安装于铁路站台的屋架上的示意图，其安装要求及工作方式与上述说明内容相同，此处不再另行描述。
应当理解，当弓网绝缘瓷瓶的数量、弓网绝缘瓷瓶间的间距以及弓网绝缘瓷瓶的排布方式发生改变时，可对本实施例所述技术方案作相应变化以适应实际需要。因此以上所介绍的仅为本发明专利的较佳实施例而已，不能以此来限定本发明专利的权利范围，依本发明专利权利要求所做的等同变化，仍属于本发明专利所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统，其特征是，该系统包括反射镜组与电晕监测仪；
所述反射镜组位于电晕监测仪正前方，由设置在同一水平线上的第一、第二、第三和第四平面反射镜四块平面反射镜组成，所述四块平面反射镜的子午面均与所述电晕监测仪镜头的子午面重合，所述四块平面反射镜与所述电晕监测仪镜头的光轴呈锐角设置，第一和第三平面反射镜组成的第一双反射镜组设置在所述电晕监测仪的镜头的光轴左侧，第二和第四平面反射镜组成的第二双反射镜组与第一双反射镜组对称设置在所述电晕监测仪的镜头的光轴右侧，第三和第四平面反射镜之间留有间隙；
左侧入射的光线经过第一双反射镜组反射后进入所述电晕监测仪的镜头，右侧入射的光线经过第二双反射镜组反射后进入所述电晕监测仪的镜头，中间入射的光线从第三和第四平面反射镜之间的间隙直接进入所述电晕监测仪的镜头。
2.根据权利要求1所述的电晕监测系统，其特征是，所述反射镜组位于所述电晕监测仪正前方1m之内。
3.根据权利要求1所述的电晕监测系统，其特征是，所述反射镜组中的4块平面反射镜均与所述电晕监测仪镜头的光轴成40°至50°夹角。
4.根据权利要求1所述的电晕监测系统，其特征是，所述反射镜组中的第一和第二反射镜与所述电晕监测仪镜头的光轴成45°夹角，第三和第四反射镜与所述电晕监测仪镜头的光轴成46.5°夹角。
5.根据权利要求1所述的电晕监测系统，其特征是，所述铁路机车弓网绝缘瓷瓶的电晕监测系统安装在平直段轨道的上方，所述第一和第二反射镜的反射面中心之间的间距与铁路机车车顶两端的两个绝缘瓷瓶的间距相同。
6.根据权利要求1所述的电晕监测系统，其特征是，所述第三和第四反射镜在所述电晕监测仪镜头平面内的投影分别覆盖该镜头的左右约三分之一的面积，第一反射镜的面积与第三反射镜覆盖视场对应，第二反射镜的面积与第四反射镜覆盖视场对应。
7.根据权利要求1所述的电晕监测系统，其特征是，所述反射镜组中的平面反射镜为镀铝或镀银反射镜, 镀铝或镀银反射镜的前表面还镀有保护膜。
8.根据权利要求7所述的电晕监测系统，其特征是，所述反射镜组中的平面反射镜所镀的保护膜为氟化镁保护膜。
9.根据权利要求1所述的电晕监测系统，其特征是，所述电晕监测仪为日盲紫外和可见光双通道成像设备。
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