CN107985344B - 断轨检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种断轨检测方法及装置。所述方法包括：判断第一电压是否低于第一电压阈值；如果第一电压大于等于第一电压阈值，则继续比较接地装置的中心点电流是否小于第一电流阈值；如果是，则比较第一电流和第二电流的矢量差值是否满足第一预定条件；如果所述矢量和值满足预定条件，则判定钢轨发生断轨；如果否，则比较第三电流和第四电流的矢量和值是否满足第二预定条件；如果所述矢量和值满足预定条件，则判定钢轨发生断轨。本申请实施例提供的方法及装置通过两条钢轨上的电流大小而使用不同的判断方法判断断轨，不受横向电路的影响，使判断结果更加精确。

Description

断轨检测方法及装置

技术领域

本申请属于轨道检测技术领域，尤其涉及一种断轨检测方法和装置。

背景技术

断轨是指构成轨道电路必要的电流通路的钢轨，由于机械损伤或者应力积累等原因，发生断裂且处于完全电气断离的状态。断轨对列车的行车安全构成极大威胁，是造成多次客货列车脱轨事故的直接原因。因此，对断轨的预警与实时检查成为必要的监测内容。

目前，无论计轴系统、还是基于卫星定位的系统还是基于通信的定位，均无法实时反映线路是否完整的特性，轨道检查车辆根据特定周期检查，不具备实时性。而轨道电路利用钢轨作为其电流通路，发生在钢轨上的电路结构变化，如分路、断裂等，将实时影响接收器的接收电压，正是基于这一特点，轨道电路成为目前几乎唯一有可能实时断轨检查的工具。

目前，无论是自然衰耗式还是电气隔离式的无绝缘轨道电路，均是利用断轨时轨道电路接收器接收的电压发生跌落的原理。如图1，在发生断轨之前，钢轨作为电信号的良好传导体，可将发送器发出的信号有效传导至接收器，当钢轨某处断离时，钢轨中电流发生中断，由发送器送出的电流只能绕过断轨点才能到达接收器。通常，电流还可以经由钢轨-道砟电阻-大地-道砟电阻-钢轨的通路流向接收器，但与作为良导体的钢轨相比，上述绕道通路的阻抗大大增加，导致能到达接收器的电流在断轨后大大减少，接收电压发生跌落。

如图2所示为现有技术中的牵引供电系统，电力机车升弓后从接触网上取得电能，经主变压器降压后，供给机车电机。馈电线、接触网、钢轨和回流线组成一个双导线供电系统，并经电力机车形成一个闭合回路。牵引供电回路中流动的电流为牵引电流。由于钢轨与大地之间存在电导，因此牵引电流在流经电力机车后有部分电流通过钢轨泄露入大地。

然而，为保障铁道钢轨、道床人员的人身安全，钢轨一般会有接地措施以降低牵引电流带来的钢轨电压抬升。这种接地是通过将轨道电路的空心线圈或者扼流变的中心点与轨旁接地线相连实现的，也叫作横向连接。横向连接对轨道电路的断轨检查有重要的影响，因为信号电流可通过由发送端通过横向连接线经由轨旁接地线到达接收端的通路继续流向接收器。横向连接造成的电流通路会使得接收器的断轨残压增大。而近年来重载、高速铁路中的牵引电流越来越大，为降低钢轨电压，则需要减小两个横向连接之间的距离，而这一距离的减小又进一步压缩电压跌落式断轨检查技术的断轨检查裕量。

为保证断轨检查而给轨道电路带来了限制和问题，目前存在如下问题：

在区间，横向连接及接地是确保轨面人身安全电压的条件，同时也构成了钢轨的外部迂回回路，可能会导致钢轨断轨无法得到检查。为了保证外部回路阻抗，必须对其外部回路的设置间距进行了限制。

在站内，为了防止轨道电路外部迂回回路造成轨道电路丧失分路，必须在一侧回流位置采用单扼流或断开扼流中点连接线。在客专线路上，这种连接线方式引发回流不畅击穿绝缘、车轮过绝缘节时电路切断引发电弧灼伤绝缘节和钢轨轨头。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明实施例公开了一种断轨检测方法和装置。

第一方面，本申请实施例中提供了一种断轨检测装置，包括：

接地装置，设置于两条钢轨之间，并与两条钢轨连接；

发送装置，连接两条钢轨，并向钢轨发送信号电流；

接收装置，连接两条钢轨，并接收上述信号电流；

接触网，向车辆供给电能，并在钢轨中形成牵引电流

处理器，当接地装置中心点的电流小于第一电流阈值时，使用信号电流的矢量差判断是否发生断轨，否则，使用牵引电流的矢量和判断是否发生断轨

可选的，所述接地装置为空心线圈，所述空心线圈的中心点接地。

可选的，所述信号电流的矢量差/牵引电流的矢量和由处理器计算获得。

可选的，所述信号电流的矢量差/牵引电流的矢量和由接地装置的接地点的入地电流获得。

可选的，所述装置还包括报警装置，当判断断轨时，实时发出警报。

另一方面，本申请实施例中提供了一种断轨检测方法，包括：

判断第一电压是否低于第一电压阈值，所述第一电压是接收装置处的电压；如果第一电压大于等于第一电压阈值，则继续比较接地装置的中心点电流是否小于第一电流阈值；

如果是，则比较第一电流和第二电流的矢量差值是否满足第一预定条件，所述第一电流和第二电流分别是第一钢轨和第二钢轨上的信号电流；如果所述矢量和值满足预定条件，则判定钢轨发生断轨。

如果否，则比较第三电流和第四电流的矢量和值是否满足第二预定条件，所述第三电流和第四电流分别是第一钢轨和第二钢轨上的牵引电流；如果所述矢量和值满足预定条件，则判定钢轨发生断轨。

可选的，所述第一预定条件为：第一电流和第二电流的差值的绝对值与第一电流和第二电流的和值的比值大于0.5；所述第二预定条件为：第三电流和第四电流的绝对值的和值与第三电流和第四电流的和值的绝对值的比值大于0.5。

可选的，如果第一电压小于第一电压阈值，则发出断轨警报。

可选的，如果差值/和值不满足预定条件，判断钢轨处于调整状态。

可选的，在一预定时间之后，如果第一电压大于第一电压阈值，则停止警报。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1是本申请实施例中背景技术示意图；

图2是本申请实施例中牵引供电系统示意图；

图3是本申请一个实施例提供的无断轨情况下断轨检测装置的示意图；

图4是本申请另一个实施例提供的断轨情况下断轨检测装置的示意图

图5是本申请再一个实施例提供的断轨情况下断轨检测装置的局部示意图；

图6是本申请又一个实施例提供的断轨检测方法的示意图。

具体实施方式

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本领域技术人员可以理解，本申请中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同设备、模块或参数等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

图3是本申请一个实施例提供的无断轨情况下断轨检测装置的示意图，如图3所示，两条铁轨303，304，铁轨之间有道床电阻，该装置包括设置于两条钢轨303，304之间的接地装置306，307，该接地装置可以是空心线圈，该空心线圈的中心点为接地点，设置于钢轨之间的发送装置301，其向钢轨发送信号电流，接收装置302，用于接收发送装置301所发送的信号电流。牵引变电所向接触网供电，当车辆升弓时，通过接触网获取电能，从而驱动车辆运行，馈电线、接触网、钢轨和回流线组成一个双导线供电系统。因此钢轨中存在反向对称的信号电流I₁和I₂，同向的对称牵引电流I₃和I₄。处理器305，通过电流I₁和I₂判断钢轨是否发生断轨，如有断轨发生，则发出断轨信号；或者通过电流I₃和I₄判断钢轨是否发生断轨，如有断轨发生，则发出断轨信号，图3所示的是无断轨发生的情况，在这种状态两条钢轨上的两个信号电流和两个牵引电流分别是处于对称平衡状态的，即在同一位置处，上下轨条中的信号店楼是等大反向的，牵引电流是等大同向的，此时处理器305不输出断轨信号。

图4是本申请一个实施例提供的断轨情况下断轨检测装置的示意图，如图4所示，当轨道电路处于断轨状态时，由于在断轨点一条钢轨303中电流通路被切断，而另一条钢轨304仍然正常流通电流，导致两条钢轨的状态不再对称。上下两根钢轨的电流不再等大同向，在断轨点，这一特征体现得最为明显，因为发生断轨的那根轨条中流过电流为零，而另一根轨条中仍有电流流过，若引入不平衡度来衡量两个电流的不平衡程度的话，对于信号电流其定义如下：

而对于牵引电流其定义如下：

断轨前，上下轨条电流等大同向，I₂＝I₁,I₃＝I₄,β＝0,

断轨时，在断轨点，I₁＝0，I₂≠0，I₃＝0,I₄≠0不平衡度β＝100％,

在其他位置上，β和

是一个介于0和100％的数。

在接地点，钢轨的不平衡也会反映到接地点的入地电流上。如图5，在平衡状态下，钢轨、接地设备和引接线组成的割集，由于上下轨条电流对称同向，根据基尔霍夫电流定律，接地点入地电流为I_N＝I₁-I₂＝0，I_N’＝I₃+I₄＝2I₃＝2I₄；

断轨后，钢轨处于不平衡状态，上下轨条电流不再对称，因而会造成接地点入地电流变化，引接线电流I₁≠I₂，I₃≠I₄，入地电流I_N正是两侧上下不平衡矢量之差，入地电流I_N’正是两侧上下不平衡矢量之和，此时，受端轨面接地点位置的不平衡度表达式如下：

若以上受端轨面接地点3个信号电流满足如下关系：

则可以判断，钢轨出现断轨。

若以上受端轨面接地点3个牵引电流满足如下关系：

则可以判断，钢轨出现断轨。

当然，判断断轨的β阈值和

阈值可以根据实际情况或经验来设置，比如轨道的材料发生变化或者环境的温度发生变化，可能β>40％或

的时候就已经可以判断断轨。

处理器305的输入端，可以输入I₁、I₂、I₃、I₄四个电流，而由于I_N＝|I₁-I₂|，I_N’＝|I₃+I₄|因此处理器的输入端也可以直接输入I_N和I_N’。

通过上述两种方式均可以判断钢轨是否断轨，但是通过“引接线信号电流不平衡判断法”可以判断断轨，但是采集时的精度受牵引电流和谐波的影响，对判断的准确性影响较大；

通过“引接线牵引电流不平衡判断法”判断断轨，但是当牵引电流较小或者无牵引电流时，该方法将失效；

因此本发明的另外一个实施例中，综合上述两种方式方法来判断是否发生断轨。

图6为本申请一个实施例提供的断轨检测方法，如图6所示，包括以下步骤：

步骤601，判断第一电压是否低于第一电压阈值；

在一个实施例中，所述第一电压为接收装置处的轨面电压，当发生异常情况时时，轨面电压跌落，该第一电压阈值可以根据经验或试验数据来设置，对于不同的环境和不同的轨道材料，该阈值可以不同。

步骤602，如果第一电压大于等于第一电压阈值，则继续比较接地装置的中心点电流是否小于第一电流阈值；

一般来说，如果所述第一电压大于等于第一电压阈值，现有技术会直接将其视为没有断轨发生，但是由于横向电路的存在，这种情况可能已经生了断轨。因此在一个实施例中，如果第一电压大于等于第一电压阈值，则继续比较接地装置的中心点电流是否小于第一电流阈值，来进一步判断是否出现断轨。

在一个实施例中，所述第一电流阈值等于20A。

步骤603，如果是，则比较第一电流和第二电流的矢量差值是否满足第一预定条件，所述第一电流和第二电流分别是第一钢轨和第二钢轨上的信号电流；如果所述矢量差值满足预定条件，则判定钢轨发生断轨。

所述的预设条件可以是第一电流和第二电流的矢量差值与第一电流和第二电流的矢量和值的比值大于0.5：

当然这个比值可以根据经验或试验数据来设置，对于不同的环境和不同的轨道材料，该阈值可以不同。

步骤604，如果否，则比较第三电流和第四电流的矢量和值是否满足第二预定条件，所述第三电流和第四电流分别是第一钢轨和第二钢轨上的牵引电流；如果所述矢量和值满足预定条件，则判定钢轨发生断轨。

所述的预设条件可以是第三电流和第四电流的矢量差值与第三电流和第四电流的矢量和值的比值大于0.5：

当然这个比值可以根据经验或试验数据来设置，对于不同的环境和不同的轨道材料，该阈值可以不同。

在一个实施例中，如果上述矢量差与矢量和的比值满足预设条件，比如比值大于0.5，则判定钢轨发生断轨，此时可以发出警报，警示发生断轨，所示警报可以通过继电器发出，比如判定断轨，则继电器落下，发出红光或者警报音等。

在步骤603和604之后，还包括，如果所述差值/和值不满足预设条件，则判定钢轨处于正常调整状态；此时，判定钢轨未发生断轨，继电器吸起，不发出警报，跳转到步骤601继续对钢轨进行监控。

在步骤601之后，还包括步骤605，如果第一电压低于第一电压阈值，则判定钢轨发生异常情况，发出警报；

这种情况，就是传统判断断轨的方法，当接受装置处的电压发生跌落，则判断钢轨断轨，在本发明实施例中，将其视为异常情况，暂时发出警报，根据后续的条件进一步判断是否发生异常情况。所述异常情况为列车占用、电缆断线、设备故障或断轨。

步骤606，经过预定时间之后，如果第一电压高于或等于第一电压阈值，则停止警报；如果第一电压还是低于第一电压阈值，则判断异常情况未消除，继续保持报警。

通常情况下，如果异常情况消失，则接收装置处的电压恢复正常，继电器吸起，警报停止。如果在预定时间之后，第一电压依然低于第一电压阈值，则判断异常情况依然存在，则保持继电器落下，保持警报。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对原有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

而前述的计算机可读取存储介质包括以存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方式或技术来实现的物理易失性和非易失性、可移动和不可因东介质。计算机可读取存储介质具体包括，但不限于，U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其他固态存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)、HD-DVD、蓝光(Blue-Ray)或其他光存储设备、磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备、或能用于存储所需信息且可以由计算机访问的任何其他介质。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种断轨检测装置，包括：

接地装置，设置于两条钢轨之间，并与两条钢轨连接；

发送装置，连接两条钢轨，并向钢轨发送信号电流；

接收装置，连接两条钢轨，并接收上述信号电流；

接触网，向车辆供给电能，并在钢轨中形成牵引电流；

处理器，判断第一电压是否低于第一电压阈值，所述第一电压表示所述接收装置处的轨面电压，基于横向电路的存在，如果第一电压大于等于第一电压阈值，当接地装置中心点的电流小于第一电流阈值时，

使用信号电流的矢量差判断是否发生断轨，其中，比较第一电流和第二电流的矢量差值是否满足第一预定条件，所述第一电流和第二电流分别是第一钢轨和第二钢轨上的信号电流，如果所述矢量差值满足第一预定条件，则判定钢轨发生断轨，所述第一预定条件为：

其中，β表示产生信号电流时受端轨面接地点位置的不平衡度，I₁、I₂分别表示经过两条所述钢轨的信号电流、I_N表示接地点入地信号电流；

否则，使用牵引电流的矢量和判断是否发生断轨，比较第三电流和第四电流的矢量和值是否满足第二预定条件，所述第三电流和第四电流分别是第一钢轨和第二钢轨上的牵引电流，如果所述矢量和值满足第二预定条件，则判定钢轨发生断轨，所述第二预定条件为：

其中，

表示产生牵引电流时受端轨面接地点位置的不平衡度，I₃、I₄分别表示经过两条所述钢轨的牵引电流、I_N表示接地点入地牵引电流；

如果第一电压低于第一电压阈值，则判定钢轨发生异常情况，发出警报，经过预定时间之后，如果第一电压高于或等于第一电压阈值，则停止警报，钢轨恢复正常，继续判断第一电压是否低于第一电压阈值。

2.如权利要求1所述的断轨检测装置，所述接地装置为空心线圈，所述空心线圈的中心点接地。

3.如权利要求1所述的断轨检测装置，所述信号电流的矢量差/牵引电流的矢量和由处理器计算获得。

4.如权利要求1所述的断轨检测装置，所述信号电流的矢量差/牵引电流的矢量和由接地装置的接地点的入地电流获得。

5.如权利要求1所述的断轨检测装置，所述装置还包括报警装置，当判断断轨时，实时发出警报。

6.一种断轨检测方法，包括：

接地装置，设置于两条钢轨之间，并与两条钢轨连接；

发送装置，连接两条钢轨，并向钢轨发送信号电流；

接收装置，连接两条钢轨，并接收上述信号电流；

接触网，向车辆供给电能，并在钢轨中形成牵引电流；

处理器，判断第一电压是否低于第一电压阈值，所述第一电压是接收装置处的电压；

如果第一电压大于等于第一电压阈值，基于横向电路的存在，则继续比较接地装置的中心点电流是否小于第一电流阈值；

如果是，则比较第一电流和第二电流的矢量差值是否满足第一预定条件，所述第一电流和第二电流分别是第一钢轨和第二钢轨上的信号电流；如果所述矢量差值满足预定条件，则判定钢轨发生断轨；

如果否，则比较第三电流和第四电流的矢量和值是否满足第二预定条件，所述第三电流和第四电流分别是第一钢轨和第二钢轨上的牵引电流；如果所述矢量和值满足预定条件，则判定钢轨发生断轨；

所述第一预定条件为：

其中，β表示产生信号电流时受端轨面接地点位置的不平衡度，I₁、I₂分别表示经过两条所述钢轨的信号电流、I_N表示接地点入地信号电流；

所述第二预定条件为：

其中，

表示产生牵引电流时受端轨面接地点位置的不平衡度，I₃、I₄分别表示经过两条所述钢轨的牵引电流、I_N表示接地点入地牵引电流；

如果第一电压小于第一电压阈值，则发出断轨警报；

在一预定时间之后，如果第一电压大于第一电压阈值，则停止警报，钢轨恢复正常，继续判断第一电压是否低于第一电压阈值。

7.如权利要求6所述的断轨检测方法，如果差值/和值不满足预定条件，判断钢轨处于调整状态。

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