CN104019741B - 一种接触网导线状态检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触网导线状态检测装置及检测方法，该装置包括若干个检测模块和信号处理装置，检测模块包括激光器、中间设有发散装置的固定板、四象限光电池板和无线传输模块，激光器固定在接触网一端的支架上，固定板固定在接触网导线上，四象限光电池板安装在接触网另一端的支架上，通过无线传输模块与信号处理装置相连。在接触网导线未发生偏移时，激光器发射光线的中心、发散装置中心、四象限光电池板中心位于一条直线上。该方法是根据采集的各个电池产生的电压信号大小，以及激光器、发散装置、四象限光电池板的位置关系，计算出导线是否偏移，以及偏移的方向和大小。本发明具有简单可靠、实时性好、成本低、安装方便、易于维护的优点。

Description

一种接触网导线状态检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及铁路牵引供电领域，特别涉及一种接触网导线状态检测装置及检测方法。

背景技术

接触网导线也称为电车线，是接触网中一个重要的组成部分。电力机车运行中受电弓滑板直接与接触网导线接触摩擦，并从导线上获得电能，其性能、接触线截面积的选择应满足牵引供电计算的要求。为了使受电弓安全地获得电能，要求接触网导线尽量保持为一条直线，不要发生弯曲。但是由于接触网完全暴露在户外，易受环境因素影响，其导线在一段时间后就会发生弯曲，此时需要及时找到弯曲发生位置，并进行调整。

中国目前电气化铁路快速发展，但是牵引供电设备的维修仍采用定期停电检修试验方式，这样的试验方式所得出的测试结果不能全面反映设备在实际运行状态下的真实情况，并且停电对铁路正常运行会造成一定影响。

伴随着我国铁路第六次大面积提速以及客运专线的大规模建设与运营，高速电气化铁路接触网动态检测的重要性越来越引起接触网设计、施工、运营维护、行业管理以及科学研究等相关领域的广泛关注。铁路运输是国民经济的动脉，而接触网则是电气化铁路的动脉。通过对接触网的参数进行综合实时监测，以保证轨道交通牵引供电的质量，对电气化铁路正常运营来说具有重大意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种接触网导线状态检测装置，该装置具有简单可靠、实时性好、成本低、安装方便、易于维护的优点。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述接触网导线状态检测装置的检测方法，该方法可以准确计算接触网导线偏移方向、大小和故障位置，检测准确，使用方便。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种接触网导线状态检测装置，包括检测模块和信号处理装置，所述检测模块包括激光器、中间设有发散装置的固定板、四象限光电池板，所述激光器固定在接触网一端的支架上，固定板固定在接触网导线上，四象限光电池板安装在接触网另一端的支架上，与信号处理装置相连；在接触网导线未发生偏移时，激光器发射光线的中心、发散装置中心、四象限光电池板中心位于一条直线上。本发明通过采用四象限光电池板，可以在导线发生偏移时使照射在其上的光线发生偏移，从而可以产生测量所需的偏移信号以用于检测。

优选的，所述状态检测装置中包括若干个检测模块和一个信号处理装置，每个检测模块分别设置在不同的接触网导线上。

优选的，所述四象限光电池板和信号处理装置之间设置有用于传递四象限光电池板的电压信号的无线传输模块。

作为另一种优选方案，所述固定板上设有菲涅尔波带片。从而可以利用激光的相干性来判定接触网导线的状态。

优选的，所述固定板一角设置卡槽，在接触网导线相应位置安装一底座，固定板通过卡槽固定在该底座上。既牢固，亦不会妨碍电力传输。

优选的，所述发散装置可以包括方孔或十字孔型。

一种基于上述接触网导线状态检测装置的检测方法，包括步骤：

(1)调整激光器发射光线的中心、发散装置中心、四象限光电池板中心位于一条直线上；

(2)激光器实时发射激光线；

(3)采集四象限光电池板上的4个电池分别产生的电压值；

(4)将步骤(3)采集的电压值发送到信号处理装置，信号处理装置根据各个电池产生的电压信号大小，以及激光器、发散装置、四象限光电池板的位置关系，计算出导线是否偏移，或者偏移的方向和大小。

具体的，所述步骤(4)中，若步骤(3)采集的4个电压值相等，则接触网导线未发生偏移；若不相等，则说明接触网导线发生偏移。

更进一步的，所述步骤(4)中，若接触网导线发生偏移，则偏移的方向和大小的计算过程如下：

设四象限光电池板中右上角产生的电压信号为U₁，右下角产生的电压信号为U₂，左下角产生的电压信号为U₃，左上角产生的电压信号为U₄，则接触网导线的偏移为：

△x＝(U₁+U₂)-(U₃+U₄)；

△y＝(U₁+U₄)-(U₂+U₃)；

其中，△x、△y的正负代表方向；

若△x为正值，则导线向左偏移，若△x为负值，则导线向右偏移；同理，若△y为正值，则导线向下偏移，若△y为负值，则导线向上偏移；

导线偏移角度θ为：

θ＝arctan(△x/△y)。

优选的，所述步骤(3)中采集的电压值通过无线传输方式发送到信号处理装置。无线传输方式可采用任意一种现有的传输技术，例如基于ZigBee技术的无线网络等，因此不需要另外增加信号线路。

更进一步的，所述接触网导线上设置若干个检测模块，每个检测模块均分别对应一个无线传输模块，对每个无线传输模块进行编号，在上传采集的该检测模块的电压值时同时上传该编号。从而可以直接根据该编号确定故障发生位置。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明可以实时检测接触网导线状态，不需停电检修，不仅不会妨碍列车运行，而且可以反映列车实际运行状态下的真实情况。

2、本发明通过无线传输模块编号可以确定故障发生位置，避免盲目的逐一排查，不仅争取了更多的维修时间，避免不必要的事故，还减轻了人力物力。

3、本发明结构简单、实时性高，且成本较低，便于推广使用。

附图说明

图1是本发明装置中检测模块的结构示意图。

图2是本发明装置中四象限光电池板的结构示意图。

图3是本实施例1检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例接触网导线状态检测装置，包括检测模块和信号处理装置，所述检测模块如图1所示，包括：激光器、中间设有发散装置的固定板1、四象限光电池板2，以及未在图中示出的无线传输模块。在实际使用时，可以在重点地段设置一个本发明提出的状态检测装置，从而每个检测模块对应一个信号处理装置。也可以在每段接触网导线上均分别设置一个本发明提出的状态检测装置，所有检测模块对应一个信号处理装置，此时在每个检测模块上的无线传输模块设置一编号，从而可以方便后面根据编号来确定故障发生的位置。上述激光器固定在接触网一端的支架上，固定板通过卡槽固定在接触网导线上，四象限光电池板和无线传输模块安装在接触网另一端的支架上。

实际应用中，发散装置可以为方孔或十字孔型。

以多个检测模块对应一个信号处理装置为例，说明本实施例的检测方法，具体如下：

(1)在每一段要检测的接触网导线上均安装上述检测模块，安装时保证接触网导线未发生偏移，使激光器发射光线的中心、发散装置中心、四象限光电池板中心位于一条直线上。对每个无线传输模块进行编号。

(2)开启激光器，激光器实时发射检测激光线。为了尽可能避免光电池上光斑的衍射，本实施例采用激光光源。激光线通过固定板上的发散装置后照射在四象限光电池板上。

(3)按照预先设定的采集周期采集四象限光电池板上的4个电池分别产生的电压值。

(4)无线传输模块将对应检测模块检测的电压值和其自身的编号发送到信号处理装置。

(5)信号处理装置首先检测这4个电压值是否相等，如果相等，则说明激光器产生的光线通过发散装置射在四象限光电池板的中心，接触网导线未发生偏移，则返回步骤(3)。若不相等，则说明激光器产生的光线通过发散装置发生衍射，衍射在光电池板上的图像不对称，说明接触网导线发生偏移，进入步骤(6)。

(6)结合图2，设四象限光电池板的探测到的4个电压信号分别为U₁，U₂，U₃，U₄，则接触网导线的偏移为：

△x＝(U₁+U₂)-(U₃+U₄)

△y＝(U₁+U₄)-(U₂+U₃)

其中，△x、△y的正负代表方向；

若△x为正值，则导线向左偏移，若△x为负值，则导线向右偏移。同理，若△y为正值，则导线向下偏移，若△y为负值，则导线向上偏移。

导线偏移角度θ为：

θ＝arctan(△x/△y)。

显然，可以在无线传输模块设置一A/D转换模块，从而可以在传输给信号处理装置前就对采集到的电压值进行模数转换。

本发明还可以在以上构思的基础上做一些其它的等效改变，例如，可以利用菲涅尔波带片替代发散装置，根据激光的相干性来判定接触网导线的状态；也在激光器外壳上设置螺孔，便于固定激光器。基于此类的各种微小改变以及等效变换均应包含在权利要求所述的范围之内。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种接触网导线状态检测装置，其特征在于，包括检测模块和信号处理装置，所述检测模块包括激光器、中间设有发散装置的固定板、四象限光电池板，所述激光器固定在接触网一端的支架上，固定板固定在接触网导线上，四象限光电池板安装在接触网另一端的支架上，与信号处理装置相连；在接触网导线未发生偏移时，激光器发射光线的中心、发散装置中心、四象限光电池板中心位于一条直线上；所述状态检测装置中包括若干个检测模块和一个信号处理装置，每个检测模块分别设置在不同的接触网导线上；

所述发散装置为方孔或十字孔型，激光器产生的光线通过发散装置发生衍射；或者利用菲涅尔波带片替代发散装置，根据激光的相干性来判定接触网导线的状态；

所述四象限光电池板和信号处理装置之间设置有用于传递四象限光电池板的电压信号的无线传输模块；

所述接触网导线上设置若干个检测模块，每个检测模块均分别对应一个无线传输模块，对每个无线传输模块进行编号，在上传采集的该检测模块的电压值时同时上传该编号；

所述固定板一角设置卡槽，在接触网导线相应位置安装一底座，固定板通过卡槽固定在该底座上。

2.一种基于权利要求1所述的接触网导线状态检测装置的检测方法，其特征在于，包括步骤：

(1)调整激光器发射光线的中心、发散装置中心、四象限光电池板中心位于一条直线上；

(2)激光器实时发射激光线；

(3)采集四象限光电池板上的4个电池分别产生的电压值；

(4)将步骤(3)采集的电压值发送到信号处理装置，信号处理装置根据各个电池产生的电压信号大小，以及激光器、发散装置、四象限光电池板的位置关系，计算出导线是否偏移，以及偏移的方向和大小。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，若接触网导线发生偏移，则偏移的方向和大小的计算过程如下：

设四象限光电池板中右上角产生的电压信号为U₁，右下角产生的电压信号为U₂，左下角产生的电压信号为U₃，左上角产生的电压信号为U₄，则接触网导线的偏移为：

△x＝(U₁+U₂)-(U₃+U₄)；

△y＝(U₁+U₄)-(U₂+U₃)；

其中，△x、△y的正负代表方向；

若△x为正值，则导线向左偏移，若△x为负值，则导线向右偏移；同理，若△y为正值，则导线向下偏移，若△y为负值，则导线向上偏移；

导线偏移角度θ为：

θ＝arctan(△x/△y)。

4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中采集的电压值通过无线传输方式发送到信号处理装置。