CN104090188A - 用于检测电连接线夹的连接状态的采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检测电连接线夹的连接状态的采集系统，包括：电连接线夹，固定在接触网上；电连接线，通过所述电连接线夹与所述接触网电连接；采集装置，固定在所述电连接线上，从所述电连接线感应出所述采集装置所需的电压，采集所述电连接线夹的微电压，并计算出所述电连接线夹与所述接触网之间的接触电阻值，将所述电连接线夹的信息传输至数据转换装置；以及卡箍，固定在所述接触网上，并通过高温导线连接至所述采集装置。采集装置无源感应取电，实现安装后免维护，电连接线夹的信息通过无线通信方式及时发送，保证电连接线的正确安全稳定运行。

Description

用于检测电连接线夹的连接状态的采集系统

技术领域

本发明涉及接触网的电连接线夹的连接状态检测领域，具体涉及一种用于检测电连接线夹的连接状态的采集系统。

背景技术

高铁具有高架桥、高路基、长大隧道、全封闭线路状况的特点。随着高铁的快速发展，供电专业的安全责任越来越重，运输组织对供电系统的要求越来越高。但是，牵引供电接触网的运行环境特殊且复杂、物理变化多端，使得供电系统不可避免地发生各种故障和事故。因此，需要对供电系统的运行状态进行实时监测，在电网发生故障时快速实现故障定位，缩短故障处理时间，提高供电可靠性。

然而高铁全封闭的线路状况造成工作人员无法利用传统的人盯、眼看、手摸的传统检测方式进行检测。

现有的检测技术主要通过人工进行远距离现场作业和巡视，不仅消耗时间、人力和物力，而且检测速度慢，效率低下。这种人工检测利用红外线测温技术或变色测温片技术一般只对重点部位和区域巡检，容易出现漏检情况。为了保证作业人员的人身安全，必须在施工现场实施人身安全防护措施，这又增加了作业人员和作业内容。而且，红外线测温技术受环境影响较大，导致误差较大。对于电气连接部位由于机械松动、电化学、化学腐蚀而导致接触电阻不断增大的初期(即在检测对象升温之前)，红外线测温技术无法检测到，判断性很差。所以，无论是变色测温片技术还是红外线测温技术，对于电气连接部位过热的趋势性检测是完全无效的。

由于多数输电线路地处偏远，难以按常规办法解决电源供给问题，因而在线检测装置的供电一般采用太阳能供电，然而太阳能供电受能量转换率、气候环境及成本等因素限制，无法充分满足装置对全天候和长期稳定功能方面的要求，不得不加入蓄电池以存储电能。但由于蓄电池本身的寿命问题(一般2至3年)，使得装置的维护成本大大增加，导致电连接线上难以实现在线实时监控。

发明内容

为了预防电气连接部位出现“松、脱、断、裂”等隐患，并弥补目前在用的各类检测产品在功能上的不足，本发明开发了一种用于检测电连接线夹的连接状态的采集系统，可有效解决高铁特有的高架桥、高路基、长大隧道、全封闭的线路状况造成的人员无法检测的难题，同时也摆脱了传统检测方式。

根据本发明的，提供了一种用于检测电连接线夹的连接状态的采集系统，包括：电连接线夹，固定在接触网上；电连接线，通过所述电连接线夹与所述接触网电连接；采集装置，固定在所述电连接线上，从所述电连接线感应出所述采集装置所需的电压，采集所述电连接线夹的微电压，并计算出所述电连接线夹与所述接触网之间的接触电阻值，将所述电连接线夹的信息传输至数据转换装置；以及卡箍，固定在所述接触网上，并通过高温导线连接至所述采集装置。采集装置无源感应取电，实现安装后免维护，电连接线夹的信息通过无线通信方式及时发送，保证电连接线的正确安全稳定运行。

进一步地，所述采集装置包括外壳以及位于所述外壳中的以下组件：无源感应电源，通过电磁感应从电连接线获取电能，提供所述采集装置的运行所需的电压，并根据所述电压计算所述电连接线夹的电流值；采集器，采集所述电连接线夹的微电压信号和所述无源感应电源的电压信号；信号处理器，利用所述采集器所采集的所述无源感应电源的电压信号和所述电连接线夹的微电压信号，计算出所述电连接线夹与接触网之间的接触电阻值；以及无线通信模块，将所述电连接线夹的信息传输至数据转换装置。采用无源感应电源取电无需安装电池，具有适应各种恶劣天气、全天候稳定可靠供电、长期免维护运行等优点，而且克服了太阳能供电的不足。

优选地，所述无源感应电源向所述采集器、所述信号处理器和所述无线通信模块供电，所述无源感应电源包括串联连接的互感器、整流电路、滤波电路、分压电路。互感器上设置有线圈，从所述电连接线上感应出电压；所述整流电路将所感应的交流电压转换成直流电压；所述滤波电路对所述互感器获得的电压进行滤波处理，滤波后的电压分两路输出，一路通过电源芯片输出稳定的电压，为采集装置的运行提供电源；另一路经过所述分压电路输出减小一定倍数的电压至所述采集器。

进一步地，采集器包括多个不同档位的信号放大电路。

优选地，信号放大电路中的电阻值可变，通过改变所述电阻值来设定放大倍数。

优选地，电连接线夹的信息包括该电连接线夹的连接状态信息和安装位置信息。

进一步地，无线通信模块将所述电连接线夹的信息通过2.4G无线方式传输至车载中继或手持机。

优选地，外壳包括两个半壳，所述两个半壳在两侧通过活动插销连接在一起。

进一步地，该采集装置还包括防止所述外壳从所述电连接线脱落的防脱落组件。

优选地，所述防脱落组件包括固定件、防松垫片和螺栓，所述固定件为中部弯曲的长条片状，两端具有插入所述螺栓的螺栓孔，所述防松垫片安装于所述固定件与所述螺栓之间。

根据本发明提供的用于检测电连接线夹的连接状态的采集系统，利用电连接线夹与接触网之间的接触电阻值作为监测参数，以此来反映电连接状态的品质。利用无源感应电源感应取电，可实现全天候供电和安装后免维护；利用采集器和信号处理器自动采集、处理电连接线夹的连接状态信息；并且通过无线通信方式将实时采集的电连接线夹的信息自动发送到机车的车载中继或手持机上，技术人员无需赴现场即可远程及时发现电连接线夹的工作状态变化并得知该电连接线夹的位置信息，进而迅速采取相应的措施，从而保证电连接线的正确安全稳定运行；此外，该采集系统适于户外恶劣工作环境，体积小，重量轻，安装方便，接线简单。

附图说明

图1示出了根据本发明的用于检测电连接线夹的连接状态的采集系统的实际安装图；

图2示出了图1所示的采集系统的结构示意图；

图3示出了采集装置的结构示意图；

图4示出了图3所示的无源感应电源的示意性电路图；

图5示出了图3所示的采集器对电连接线夹的微电压进行采集放大处理的电路原理图；

图6示出了采集装置与电连接线的实际安装图；

图7示出了采集装置与电连接线的安装结构示意图；以及

图8示出了用于将采集装置与电连接线固定的防脱落组件。

具体实施方式

下面参照附图详细介绍本发明的示例性实施例。提供这些示例性实施例的目的是为了得本领域普通技术人员能够清楚地理解本发明，并且根据这里的描述能够实现本发明。附图和具体实施例不旨在对本发明进行限定，本发明的范围由所附权利要求限定。

图1示出了根据本发明的用于检测电连接线夹的连接状态的采集系统的实际安装图；图2示出了图1所示的采集系统的结构示意图。该采集系统包括：电连接线夹70，固定在接触网80上；电连接线60，通过所述电连接线夹70与所述接触网电连接；采集装置，固定在所述电连接线上，从所述电连接线感应出所述采集装置所需的电压，采集所述电连接线夹的微电压，并计算出所述电连接线夹与所述接触网之间的接触电阻值，将所述电连接线夹的信息传输至数据转换装置；以及卡箍，固定在所述接触网上，并通过高温导线连接至所述采集装置。

图3示出了采集装置100的结构示意图。该采集装置100(见图6和图7)包括外壳10以及位于外壳10中的以下组件：无源感应电源20，通过电磁感应从电连接线60(图1和图6)获取电能，并提供所述采集装置中的其他组件所需的电压；采集器30，采集电连接线夹70(见图1)的微电压信号和无源感应电源20的电压信号；信号处理器40，利用采集器30所采集的无源感应电源20的电压信号和电连接线夹的微电压信号，计算出电连接线夹70与接触网80(见图1)之间的接触电阻值；以及无线通信模块50，将电连接线夹70的信息传输至数据转换装置。

如图3所示，实线箭头表示电流的流向，空心箭头表示信号的流向。无源感应电源20将所感应的电压经滤波分压处理后提供给采集器30、信号处理器40和无线通信模块50，向这些组件供电(如实线箭头所示)。采集器30所采集的电连接线夹70的微电压信号SIG1传输至信号处理器40，同时采集器30所采集的无源感应电源20的电压信号SIG2传输至信号处理器40，信号处理器40利用电压信号SIG2和微电压信号SIG1，计算出电连接线夹70与接触网80之间的接触电阻R(详见后述)，并将所得到的接触电阻R传输至无线通信模块50(如空心箭头所示)。

无源感应电源20是一种高压感应取电的新型电源装置，利用电连接线60周围感应的电磁能量获取电能，并实现稳定电压输出，作为电连接线60上实时在线地信号采集、处理、传输等的电源供给。

图4示出了图3所示的无源感应电源20的示意性电路图。

如图4所示，无源感应电源20包括串联连接的互感器21、整流电路22、滤波电路23、分压电路24。互感器21上设置有线圈，当电连接线60上有电流产生时，利用互感器21的电气特性感应出电压IN；整流电路22将所感应的交流电压转换成直流电压；滤波电路23对所述直流电压进行滤波处理，滤波后的电压分两路输出，一路通过电源芯片输出稳定的电压，为整个采集系统的运行提供电源；另一路经过分压电路24输出减小一定倍数的电压至采集器30，从而采集器30得到电压信号SIG2。因此，监测电连接线夹70的接触电阻的采集装置100不需要安装电池，采集装置自身通过无源感应电源20利用无源感应的方式从电连接线60取得工作电源，因此可以实现安装后免维护。

此外，无源感应电源20适应的环境温度范围广：最高温度+85℃，最低温度-30℃，日平均气温不超过+42℃；而且，大气中应该没有严重影响互感器21绝缘的污秽及浸蚀性爆炸性介质。因此，该无源感应电源20具有适应各种恶劣天气、全天候稳定可靠供电等优点，克服了太阳能供电的不足之处。

采集器30对电连接线夹70的微电压信号和无源感应电源20的电压信号进行采集。图5示出了图3所示的采集器30对电连接线夹70的微电压信号SIG1进行采集放大处理的电路原理图。采集器30包括多个不同档位的信号放大电路，各信号放大电路中的电阻值可变，通过改变所述电阻值来设定放大倍数。例如，采用LMV324(NS品牌)作为信号放大电路的主要器件，该信号放大电路有三个档位SIG1_1、SIG1_2、SIG1_3可选，可以分别更改设置其中的R3和R4、R7和R8、R15和R16的阻值来设定放大倍数。信号处理器40根据微电压信号值的范围自动选择选择哪个档位SIG1_1、SIG1_2、SIG1_3作为信号输入端，这种方法提高了信号采集的精度。首先采集器30对微电压信号SIG1做一个周期的采样，然后利用傅里叶变换得到微电压信号的幅值，再利用幅值的大小自动选择信号放大电路的档位(即，自动选择放大倍数)，档位选择完成后对该微电压信号采样例如5个周期，计算出5个周期的平均值，把该平均值作为测得的微电压U1。

同时，采集器30对无源感应电源20的分压电路23输出的电压信号进行采集，由于SIG2部分的信号已经进行滤波处理，仅需要采样一个周期即获取电压U2。

然后，采集器30所采集的无源感应电源20的电压U2和电连接线夹70的微电压U1提供给信号处理器40的模数转换控制(ADC)端口。信号处理器40利用采集器30所采集的无源感应电源20的电压U2和电连接线夹70的微电压U1，计算出电连接线夹70与接触网80之间的接触电阻值R。具体地，无源感应电源20的互感器21在电连接线60上感应出交流电压，通过滤波、分压处理经采集器30采集后向信号处理器40输出U2，根据互感器21的感应曲线的线性度计算出电连接线60(或电连接线夹70)的当前电流值I，然后就可以计算出电连接线夹70与接触网80之间的接触电阻值R＝U1/I。

信号处理器40计算出电连接线夹70与接触网80之间的接触电阻值R后，发送给无线通信模块50。无线通信模块50将电连接线夹70的信息传输至数据转换装置，电连接线夹70的信息包括该电连接线夹的连接状态信息和安装位置信息。之后，无线通信模块50将电连接线夹70的信息通过2.4G ZigBee技术无线传输至数据转换装置(例如，车载中继或手持机)。技术人员远程即可监控电连接线夹70的连接状态，如果发现某个电连接线夹70的连接状态不合格，通过传输的电连接线夹70的位置信息，可提早发现该电连接线夹70的隐患并及时处理。

图6示出了采集装置100与电连接线60的实际安装图，图7示出了采集装置100与电连接线60的安装结构示意图。如图6和图7所示，采集装置100的外壳10包括两个外壳包括两个半壳11，两个半壳11将电连接线60夹持在中间，然后在半壳的两侧通过活动插销12将两个半壳11连接在一起，从而将采集装置100安装在电连接线60上。

采集装置100还包括防止外壳10从电连接线60脱落的防脱落组件14。图8示出了用于将采集装置100与电连接线60固定的防脱落组件14。如图8所示，防脱落组件14包括固定件141、防松垫片142和螺栓143，固定件141为中部弯曲的长条片状，两端具有插入螺栓143的螺栓孔，防松垫片142安装于固定件141与螺栓143之间。采集装置100的外壳10在上部具有相应的螺纹孔。安装时，在采集装置100安装在电连接线60上之后，利用活动插销12将两个半壳11连接在一起，利用固定件141中部弯曲的特征，将电连接线60夹持在外壳与固定件141之间，然后螺栓143顺序穿过防松垫片142和固定件141，并旋入外壳10的螺纹孔中。该防脱落组件在采集装置的安装、使用过程中保证采集装置可靠地固定在电连接线上。

根据本发明提供的采集装置，利用电连接线夹与接触网之间的接触电阻值作为监测参数，以此来反映电连接状态的品质。利用无源感应电源感应取电，可实现全天候供电和安装后免维护；利用采集器和信号处理器自动采集、处理电连接线夹的连接状态信息；并且通过无线通信方式将实时采集的电连接线夹的信息自动发送到机车的车载中继或手持机上，技术人员无需赴现场即可远程及时发现电连接线夹的工作状态变化并得知该电连接线夹的位置信息，进而迅速采取相应的措施，从而保证电连接线的正确安全稳定运行；此外，该采集装置适于户外恶劣工作环境，体积小，重量轻，安装方便，接线简单。

安装采集系统时，拔出采集装置100的活动插销12，打开采集装置100的外壳10，根据白色高温导线末端的卡箍90类型，选择采集装置100的安装方向。将采集装置100卡在电连接线60上，合上外壳10，重新插入活动插销12。利用防脱落组件14固定采集装置100在电连接线60上的位置，使采集装置100不会上下左右晃动。

当电连接线60上有电流产生时，无源感应电源20感应出电压并向采集器30、信号处理器40和无线通信模块50供电。采集器30采集电连接线夹70的微电压信号SIG1和无源感应电源20感应出的电压信号SIG2，并传输至信号处理器40，信号处理器40利用电压信号SIG2和微电压信号SIG1，计算出电连接线夹70与接触网80之间的接触电阻R，并将所得到的接触电阻R传输至无线通信模块50，再由无线通信模块50将电连接线夹70的信息传输至数据转换装置。

根据本发明提供的用于检测电连接线夹的连接状态的采集系统，利用电连接线夹与接触网之间的接触电阻值作为监测参数，以此来反映电连接状态的品质。利用无源感应电源感应取电，可实现全天候供电和安装后免维护；利用采集器和信号处理器自动采集、处理电连接线夹的连接状态信息；并且通过无线通信方式将实时采集的电连接线夹的信息自动发送到机车的车载中继或手持机上，技术人员无需赴现场即可远程及时发现电连接线夹的工作状态变化并得知该电连接线夹的位置信息，进而迅速采取相应的措施，从而保证电连接线的正确安全稳定运行；此外，采集装置适于户外恶劣工作环境，体积小，重量轻，安装方便，接线简单。

虽然已经示出并描述了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员可以对其进行各种更改和替换，这些并不背离本发明的精神和范围。因此，将理解的是，已经通过示例而非限定的方式描述了本发明。

Claims (10)

1.一种用于检测电连接线夹的连接状态的采集系统，包括：

电连接线夹，固定在接触网上；

电连接线，通过所述电连接线夹与所述接触网电连接；

采集装置，固定在所述电连接线上，从所述电连接线感应出所述采集装置所需的电压，采集所述电连接线夹的微电压，并计算出所述电连接线夹与所述接触网之间的接触电阻值，将所述电连接线夹的信息传输至数据转换装置；以及

卡箍，固定在所述接触网上，并通过高温导线连接至所述采集装置。

2.根据权利要求1所述的用于电连接线夹的连接状态的采集系统，其中，所述采集装置包括外壳以及位于所述外壳中的以下组件：

无源感应电源，通过电磁感应从电连接线获取电能，提供所述采集装置的运行所需的电压，并根据所述电压计算所述电连接线夹的电流值；

采集器，采集所述电连接线夹的微电压信号和所述无源感应电源的电压信号；

信号处理器，利用所述采集器所采集的所述无源感应电源的电压信号和所述电连接线夹的微电压信号，计算出所述电连接线夹与接触网之间的接触电阻值；以及

无线通信模块，将所述电连接线夹的信息传输至数据转换装置。

3.根据权利要求2所述的用于电连接线夹的连接状态的采集系统，其中，所述无源感应电源向所述采集器、所述信号处理器和所述无线通信模块供电，所述无源感应电源包括串联连接的互感器、整流电路、滤波电路、分压电路，所述互感器上设置有线圈，从所述电连接线上感应出电压；所述整流电路将所感应的交流电压转换成直流电压；所述滤波电路对所述直流电压进行滤波处理，滤波后的电压分两路输出，一路通过电源芯片输出稳定的电压，为采集装置的运行提供电源；另一路经过所述分压电路输出减小一定倍数的电压至所述采集器。

4.根据权利要求2所述的用于电连接线夹的连接状态的采集系统，其中，所述采集器包括多个不同档位的信号放大电路。

5.根据权利要求4所述的用于电连接线夹的连接状态的采集系统，其中，所述信号放大电路中的电阻值可变，通过改变所述电阻值来设定放大倍数。

6.根据权利要求2所述的用于电连接线夹的连接状态的采集系统，其中，所述电连接线夹的信息包括该电连接线夹的连接状态信息和安装位置信息。

7.根据权利要求6所述的用于电连接线夹的连接状态的采集系统，其中，所述无线通信模块将所述电连接线夹的信息通过2.4G无线方式传输至车载中继或手持机。

8.根据权利要求2所述的用于电连接线夹的连接状态的采集系统，其中，所述外壳包括两个半壳，所述两个半壳在两侧通过活动插销连接在一起。

9.根据权利要求8所述的用于电连接线夹的连接状态的采集系统，还包括防止所述外壳从所述电连接线脱落的防脱落组件。

10.根据权利要求9所述的用于电连接线夹的连接状态的采集系统，其中，所述防脱落组件包括固定件、防松垫片和螺栓，所述固定件为中部弯曲的长条片状，两端具有插入所述螺栓的螺栓孔，所述防松垫片安装于所述固定件与所述螺栓之间。