CN108872715B - 轨道电路补偿电容实时检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轨道电路补偿电容实时检测系统，其包括记录器采集单元，无线传输单元，服务器软件，客户端软件；记录器采集单元用于采集机车运行过程中经过的各轨道电路中的感应电压和机车运行信息；无线传输单元用于将记录器采集单元采集的数据实时上报给服务器软件；服务器软件接收到上传的轨道电路感应电压数据后，利用补偿电容检测算法进行分析，将分析结果推送给客户端软件显示；客户端软件接收服务器软件推送的分析结果后以图形化方式显示，提示故障报警信息；由此本发明能在线实时检测轨道电路补偿电容故障，提高检测补偿电容故障效率。

Description

轨道电路补偿电容实时检测系统

技术领域

本发明涉及实时在线检测地面设备故障的故障诊断方案，特别是指电务系统的技术运维部门管辖的轨道电路中补偿电容的检测方案。

背景技术

目前铁路现场应用中对于轨道电电路补偿电容故障检测主要依靠人工实地测量和专用轨道检测车定期巡查两种方式来检测已经发生故障的补偿电容，人工实地测量可以准确测量补偿电容的容值，更换故障的补偿电容；专用轨道检测车定期巡查后，汇总出检测结果反馈给各管辖单位，进行更换或维修。

现有的两种补偿电容故障检测方法虽然准确率较高，但也存在一些缺陷，主要表现在：

1.工作量大：人工实地测量需要针对所有轨道电路中的补偿电容逐个进行测量，工作量巨大，检测效率低，造成人力浪费。

2.报警滞后，更换不及时：专用轨道检测车是定期巡检，对发生故障的补偿电容，不能及时报警，可能导致补偿电容故障发现不及时而危机列车安全和降低列车运行效率。

3.检测成本大，专用轨道检测车需要专业人员利用专业设备和软件系统实现检测功能，检测成本较高。

发明内容

本发明主要解决轨道电路补偿电容故障检测中人工作业工作量大，检测成本高，报警滞后的问题，提供一种提高轨道电路补偿电容故障检测效率的方案。

本发明提供一种轨道电路补偿电容实时检测系统，其包括记录器采集单元，无线传输单元，服务器软件，客户端软件；

其中，记录器采集单元用于采集机车运行过程中经过的各轨道电路中的感应电压和机车运行信息；无线传输单元用于将记录器采集单元采集的数据实时上报给服务器软件；服务器软件接收到上传的轨道电路感应电压数据后，利用补偿电容检测算法进行分析，将分析结果推送给客户端软件显示；客户端软件接收服务器软件推送的分析结果后以图形化方式显示，提示故障报警信息；

所述补偿电容检测算法是指服务器软件通过对轨道电路进行区段划分、过滤调谐区数据，获取轨道电路主轨内的感应电压数据，根据补偿电容的平布特点和补偿电容处幅值包络曲线特征点，确定补偿电容位置，再根据补偿电容位置附近的幅值包络曲线的形状和特征量与历史数据对比，从而检测出发生故障的补偿电容，并记录发生故障的轨道区段信息和电容故障位置。

由此本发明带来如下的技术效果：能在线实时检测轨道电路补偿电容故障，提高检测补偿电容故障效率。

附图说明

图1为本发明轨道电路补偿电容实时检测系统的组成框图；

图2为本发明轨道电路补偿电容实时检测系统的处理流程图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不已任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

由于传输信号的载频比较高，钢轨对高频率的信号呈现较高的感抗特性，会造成信号传输衰耗增大并直接导致信号的有效传输距离减小。为此，通过采用在轨道电路上等间隔加装补偿电容的方式以平衡钢轨对高载频信号表现出的高感抗，以使得轨道电路传输特性趋于阻性。

补偿电容主要由塞钉、带有防护管的金属连线以及电容器三部分组成，其不属于调谐区设备。

根据现场数据表明补偿电容的故障模式主要集中于断线和容值下降。其中，补偿电容的容值下降主要是由于环境、温度等原因导致补偿电容的容值降低到标准规定的正常范围之内的情况。而补偿电容断线故障主要是由于补偿电容器与钢轨的连线在实际中发生断裂故障，使得补偿电容与钢轨之间的连接呈现开路状态。

补偿电容位于各轨道区段主轨内，可根据载频编码获取的各轨道区段内的感应电压数据包含列车经过调谐区时的感应电压数据，并可利用列车经过调谐区时感应电压幅值的突变现象提取出各轨道区段主轨部分的感应电压数据。

通常补偿电容均匀分布在各轨道区段主轨内，但在实际应用过程中由于抽样及插值误差等原因，在主轨部分的感应电压数据中补偿电容往往不是等间隔分布，会有一定的偏移误差，因此在补偿电容分布间隔大致相等的基础上利用幅值包络曲线的极小值及斜率变化的极大值点等特征点精准确定补偿电容的位置。

补偿电容状态及容值的变化会影响感应电压幅值包络曲线的形状，在曲线中可提取补偿电容位置附近曲线的上升与下降量及斜率变化等特征量，构建补偿电容故障诊断评价指标实现补偿电容断线诊断与容值下降诊断。

优选实施例

图1为本发明的轨道电路补偿电容实时检测系统的组成框图，本发明的故障实时检测系统包括记录器采集单元，无线传输单元(例如DTU模块，Data Transmission Unit，数据传输单元)，服务器软件，客户端(或手持终端)软件；其中：

记录器采集单元：用于采集机车运行过程中经过的各轨道电路中感应电压和机车运行信息；

无线传输单元(例如DTU模块)：用于将记录器采集单元采集的数据通过GPRS或3G、4G、wifi等方式实时上报给服务器软件；

服务器软件：接收到上传的轨道电路感应电压数据后，利用补偿电容检测算法进行分析，将分析结果推送给客户端或手持终端软件显示；

客户端(或手持终端)软件：接收服务器软件推送的分析结果后以图形化方式显示，提示故障报警信息，以便用户维修更换。

记录器采集单元实时采集机车运行过程中轨道电路的感应电压和机车运行信息(速度、灯位、载频编码、信号机)，并通过无线传输单元(如DTU模块)利用GPRS、3G、4G、wifi等方式传输给具有固定IP的服务器软件。

服务器软件安装到一台具有固定IP的计算机上，负责监听固定IP和端口处的数据，当接收到记录器采集单元发送的机车运行数据和轨道电路感应电压数据后，先根据载频编码划分各轨道区段，并提取各轨道区段内的距离系下每个点的感应电压数据，由于列车在运行过程中不可能保持匀速运行，通常处于变速运动状态，这使得按照时间采集机车信号感应电压幅值包络数据在列车分路点上的分布并不均匀，利用插值算法将感应电压幅值包络数据进行等距离插值，来消除列车运行速度对感应电压幅值包络的影响。

服务器软件经过轨道电路区段划分、过滤调谐区数据，获取轨道电路主轨内的感应电压数据，根据补偿电容的平布特点和补偿电容处幅值包络曲线特征点，确定补偿电容位置，再根据补偿电容位置附近的幅值包络曲线的形状和特征量与历史数据对比，从而检测出发生电容断线或容值下降的补偿电容，并记录发生故障的轨道区段信息和电容故障位置，实时推送给客户端或手持终端软件。

客户端(或手持终端)软件接收到补偿电容故障报警信息后，以图形方式直观显示出所在轨道电路区段的感应电压曲线以及故障电容位置，提醒现场工作人员进行维修更换。

图2为本发明的轨道电路补偿电容实时检测系统的处理流程图，具体如下：

首先，在机车正常运行过程中，记录器采集单元实时采集机车经过的轨道电路的感应电压和机车运行信息，主要包括速度、灯位、载频编码、信号机、公里标、时间、感应电压等信息。

其次，记录器采集单元将实时采集到的这些信息通过DTU模块，利用GPRS网络远程传输到服务器软件，服务器软件将接收到的感应电压数据和机车运行信息进行保存。

接着服务器软件根据机车运行信息中的载频变化点和对应的时间，划分不同的区段信息，区段信息主要包括开始时间、结束时间、载频信息等。

划分好区段后，开始从接收到的感应电压数据里提取该区段对应的数据，将对应的时间系下的感应电压数据根据速度和时间转换成距离系的每米的电压值。

然后将区段开始处和结束前29米的调谐区的电压数据进行过滤，提取经过主轨的感应电压数据。

再根据补偿电容的分布特性，利用区段内感应电压包络的极小值及斜率变化的极大值点确认该区段内各补偿电容的位置信息。

然后根据每个电容位置附近的曲线包络的上升和下降及斜率变化等特征量判断该处电容是否故障。

如果电容故障服务器软件生成报警信息，并推送给在线的客户端软件，客户端软件接收到报警信息后以图文形式提示现场人员进行维修处理。

另一可选的方案

所述检测系统可通过机车信号记录器将机车运行过程中采集的轨道电路感应电压信息存入数据存储卡，例如CF卡，等机车入库后，由工作人员下载CF卡数据，再经过软件分析汇总发生故障的补偿电容。

该方案相比本发明的优选实施例有一定的滞后性，有的机车可能运行十天半个月才入库，也会增加一定的人力成本，需要人工参与，上车获取CF数据，不能自动分析。

本发明的有益效果在于：

1.减少大量人工作业：工作人员不用经常盲目的去实地测量，接收到软件的报警信息后，只需安排人去指定位置进行有效性测量，减少了大量重复的实地测量工作。

2.补偿电容故障报警及时：采用实时数据分析报警，能在发生故障第一时间进行报警提示，工作人员可以及时进行更换，提高列车运输效率。

3.降低列车运行安全风险：根据历史数据对比，能在补偿电容容值下降时进行预警提示，提示工作人员进行维修，降低了故障率，减少了行车安全风险。

以上所述仅为本发明方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轨道电路补偿电容实时检测系统，其包括记录器采集单元，无线传输单元，服务器软件，客户端软件；

其中，记录器采集单元用于采集机车运行过程中经过的各轨道电路中的感应电压和机车运行信息；所述记录器采集单元实时采集的机车运行信息包括速度、灯位、载频编码、信号机；

无线传输单元用于将记录器采集单元采集的数据实时上报给服务器软件；无线传输单元可以是DTU模块，记录器采集单元将实时采集到的这些信息通过DTU模块传输到服务器软件；

所述服务器软件安装到一台具有固定IP的计算机上，负责监听固定IP和端口处的数据；

服务器软件接收到上传的轨道电路感应电压数据后，利用补偿电容检测算法进行分析，将分析结果推送给客户端软件显示；

客户端软件接收服务器软件推送的分析结果后以图形化方式显示，提示故障报警信息；所述客户端软件可以是手持终端软件；

所述补偿电容检测算法是指服务器软件通过对轨道电路进行区段划分、过滤调谐区数据，获取轨道电路主轨内的感应电压数据，根据补偿电容的分 布特点和补偿电容处幅值包络曲线特征点，确定补偿电容位置，再根据补偿电容位置附近的幅值包络曲线的形状和特征量与历史数据对比，从而检测出发生故障的补偿电容，并记录发生故障的轨道区段信息和电容故障位置；

所述服务器软件根据补偿电容的分布特性，利用所述区段内感应电压包络的极小值及斜率变化的极大值点确认该区段内各补偿电容的位置信息；然后根据每个补偿电容位置附近的曲线包络的上升和下降以及斜率变化特征量判断该处电容是否故障。

2.根据权利要求1所述的轨道电路补偿电容实时检测系统，其特征在于，

当服务器软件接收到记录器采集单元发送的机车运行数据和轨道电路感应电压数据后，先根据载频编码划分各轨道区段，并提取各轨道区段内的距离系下每个点的感应电压数据，再利用插值算法将感应电压幅值包络数据进行等距离插值，来消除列车运行速度对感应电压幅值包络的影响。

3.根据权利要求1或2所述的轨道电路补偿电容实时检测系统，其特征在于，所述服务器软件根据所述机车运行信息中的载频变化点和对应的时间，划分不同的区段信息，所述区段信息主要包括开始时间、结束时间、载频信息；

划分好区段后，开始从接收到的感应电压数据里提取该区段对应的数据，将对应的时间系下的感应电压数据根据速度和时间转换成距离系的每米的电压值。

4.根据权利要求1所述的轨道电路补偿电容实时检测系统，其特征在于，所述客户端软件接收到所述分析结果后，以图形方式直观显示出所在轨道电路区段的感应电压曲线以及故障电容位置，提醒现场工作人员进行维修更换。

5.根据权利要求1所述的轨道电路补偿电容实时检测系统，其特征在于，所述电容发生的故障可以是发生电容断线或容值下降；根据历史数据对比，所述检测系统能在补偿电容容值下降时进行预警提示。

6.根据权利要求1所述的轨道电路补偿电容实时检测系统，其特征在于，所述DTU模块利用GPRS、3G、4G或wifi方式传输给具有固定IP的所述服务器软件。

7.根据权利要求1所述的轨道电路补偿电容实时检测系统，其特征在于，所述检测系统可通过机车信号记录器将机车运行过程中采集的轨道电路感应电压信息存入数据存储卡，等机车入库后，由工作人员下载数据存储卡数据，再通过软件分析汇总发生故障的补偿电容。

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