CN110320021A - 接触网锚段在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触网锚段在线监测装置，由第一主机1、第一从机2、第二主机3、第二从机4构成。该装置通过微机电加速度传感器、测距传感器、温湿度传感器、卫星数据接收模块、无线通讯模块、无线联网模块和雷达模块实时监测接触网补偿器的坠砣串高度变化，实时监测接触网加速度值变化、硬点变化、振荡幅度变化、断线、补偿器卡滞故障信息，以及环境温湿度、位置和时间信息，并将数据预处理后发送至云端数据分析处理中心，为接触网检修机构提供支持。该装置解决检测车和人工巡视方式无法全时段获取接触网状态、反馈速度慢问题，使检修工作更具有针对性，效率更高，从而提高牵引供电系统质量、提高列车运行的安全性。

Description

接触网锚段在线监测装置

技术领域

本发明涉及接触网状态在线监测装置，尤其是一种电气化铁道接触网锚段状态在线监测装置。

背景技术

接触网担负着为电力机车提供电能的重要任务，它的运行工作状态直接影响着电气化铁道运输能力及安全。由于接触网的特殊性，决定了它露天布置且无备用，接触网本身具有复杂性，同时它在地理空间上的布置，具有跨地域性、跨气候性，需要不间断的工作在平原、丘陵、山区等复杂的地理环境中和风、霜、雨、雪等自然环境的干扰和侵蚀中，如果没有实时的监测接触网健康状态的方法，是不容易做到高效率检修维护，保障接触网工作时刻保持在良好状态的。

接触网出现故障的情况复杂多样，其中主要的有这几类：一是与接触网相关的定位装置故障，引起接触网的导高和拉出值变化。二是受自然风的影响，极端情况下引起接触网共振，接触线剧烈摆动，导高和拉出值超出设计安全值，补偿装置也失去作用。三是接触网的金属疲劳性损坏，接触网突然断线，造成接触网供电臂停电，机车停运。四是接触网锚段补偿装置卡滞，接触网失去弹性，无法保持设计张力要求范围，发生弓网事故。这些故障都会严重影响铁路运输，造成重大经济损失和人员伤亡事故。

目前的接触网状态监测，主要分两类，一类是通过周期性的开出一列检测车跑某一段线路，通过安装在检测车上的传感器，采集接触网的导高和拉出值、硬点等状态参数。另一种是通过人力巡视，目测或使用携带的工具现场测量接触网参数变化。这些监测方法，为接触网的正常工作提供了基本保障，但此二类方法属于周期性计划监测，不能做到实时，无法全天候、全时段获取接触网动态数据，许多引起接触网故障的诱因无法采集到，也无法准确判断故障发生的真正原因，也给接触网检修维护工作带来了不确定性和盲目性，无法做到高效检修、高效排除故障，给安全行车带来隐患。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有接触网监测技术的不足，提供一种实时在线、全时段、全天候的接触网锚段在线监测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：接触网由若干个约几十米到两千米距离不等的接触网锚段组成，接触网的拉出值、导高、张力、摆动幅度、频率、硬点冲击受电力机车受电弓的作用力影响，和自然界环境因素的影响，所引起的状态变化，会经金属材料的接触线传导到该锚段的整段接触线上以及接触线补偿器上。同样为接触线提供悬挂支撑作用的承力索位移变化，也会传导到该锚段的整个承力索上和承力索补偿器上。通过全时段监测补偿装置a值和b值的变化、接触线和承力索的摆动幅度、频率和硬点冲击的变化，并通过无线联网模块，把这些信息上传至云端软件数据分析平台进行分析诊断接触网的运行状态，实现接触网状态的实时性监测、预警和报警。

为实现上述目的，本发明提供一种接触网锚段在线监测设备，所述装置包括：第一主机1和第二从机2，第二主机3和第二从机4。第一主机1、第二主机3分别安装在接触线补偿器的坠砣串5最上层，和承力索补偿器坠砣串12最上层，分别和接触线补偿器坠砣串5、承力索补偿器坠砣串12同步位移。第一主机1、第二主机3均含嵌入式控制板、无线通讯模块、卫星接收模块、无线联网模块、锂电池组、微机电加速度传感器、温湿度传感器、测距传感器，雷达模块，第一主机1和第二主机3的顶盖和侧壁均敷太阳能电池板。第一主机1和第二主机3分别测量接触线补偿器坠砣串5和承力索补偿器坠砣串12到基础面16的垂直距离值，采集环境温湿度值、接触线补偿器坠砣串5和承力索补偿器坠砣串12的加速度值、机车到来时刻值，分别接收第一从机2、第二从机4发来的接触网和承力索加速度值，第一主机1、第二主机3把采集和计算得到的接触网补偿的a值、b值、环境温湿度值、加速度值、机车到来信息值、卫星时间值、经过编码和压缩后，通过无线联网模块，上传到云端软件数据分析平台进行分析诊断接触网的运行状态，实现接触网状态的在线实时监测、预警和报警，第一主机1的安装布置附图1、结构附图2、各模块连接关系附图3。第二主机3的安装布置附图1，结构附图4、各模块连接关系附图5。

第一从机2、第二从机4分别安装在接触网锚段末端的绝缘子串8高压侧的接触线9上，和承力索末端的绝缘子串11高压侧的承力索12上，监测接触线9和承力索12的加速度值，通过无线通讯模块分别发至第一主机1、第二主机3，另外分别接收第一主机1、第二主机3的命令数据、时间同步数据。第一从机2、第二从机4含嵌入式控制板、无线通讯模块、微机电传感器、锂电池组、太阳能电池板，第一从机2的安装布置附图1、结构附图6、各模块连接关系附图7，第二从机4的安装布置附图1、结构附图8、各模块连接关系附图9。

本发明有益效果是：该装置实时监测接触网锚段的关键状态，因天气、环境变化、电力机车通过与因素所引起的接触线补偿器的坠砣串高度变化，和承力索补偿器的坠砣串高度变化，接触线的硬点冲击变化，接触网和承力索的加速度值变化、振荡、摆动幅度、断线、补偿器卡滞故障信息，并将这些数据编码压缩处理后，发送至云端数据分析处理中心处理，为接触网检修机构提供数据。该装置可广泛应于接触网锚段，实现全天候全时段监测，解决检测车和人工巡视方式无法实时获取接触网锚段工作状态、效率低、反馈速度慢问题，可第一时间向接触网检修车间和工区发送接触网锚段工作状态，发送预警、报警信息和故障信息，使接触网检修工作的更有针对性，效率更高，从而提高牵引供电系统的质量，提高列车运行的安全性。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明在接触网锚段一端的安装布置图；

图2为第一主机1结构示意图；

图3为第一主机1各组成模块连接关系图；

图4为第二主机3结构示意图；

图5为第二主机3各组成模块连接关系图；

图6为第一从机2结构示意图；

图7为第一从机2各组成模块连接关系图；

图8为第二从机4结构示意图；

图9为第二从机4各组成模块连接关系图；

图1中1.第一主机，2.第一从机，3.第二主机，4.第二从机，5.接触线补偿器的坠砣串，6.接触线坠砣杆耳环孔中心，7.接触线定滑轮中心，8.接触线绝缘子串，9.接触线，10.接触线补偿绳，11.承力索绝缘子串，12.承力索补偿器的坠砣串，13.承力索坠砣杆耳环孔中心，14.承力索定滑轮中心，15. 承力索补偿绳，16.基础面。

图2中20.雷达模块，21. 太能电池板，22.嵌入式控制板，23. 锂电池组， 24. 金属外壳， 25.固定螺栓，26. 测距传感器，27.温湿度传感器，28. 非金属顶盖，29. 固定拉杆穿孔，30. 固定拉杆，31. 无线通讯模块，32. 微机电加速度传感器，33. 坠砣杆，34. 坠砣杆穿孔，35. 无线联网模块，36. 卫星数据接收模块。

图4中40.雷达模块，41. 太能电池板，42.嵌入式控制板，43. 锂电池组， 44. 金属外壳， 45.固定螺栓，46. 测距传感器，47.温湿度传感器，48. 非金属顶盖，49. 固定拉杆穿孔，50. 固定拉杆，51. 无线通讯模块，52. 微机电加速度传感器，53. 坠砣杆，54. 坠砣杆穿孔，55. 无线联网模组，56. 卫星数据接收模块。

图6中60.嵌入式控制板，61.无线通讯模块，62. 锂电池组，63.微机电加速度传感器1，64.微机电加速度传感器2，65.太阳能电池板，66. 接触线，67.非金属壳体，68.固定螺栓，69.固定螺栓。

图8中80.嵌入式控制板，81.无线通讯模块，82. 锂电池组，83.微机电加速度传感器1，84.微机电加速度传感器2，85.太阳能电池板，86. 承力索，87.非金属壳体，88.固定螺栓，89.固定螺栓。

具体实施方式：

第一主机1、第二主机3分别安装在接触网锚段的接触线补偿器的坠砣串5，和承力索补偿器坠砣串12最上层，分别和接触线补偿器的坠砣串5、承力索补偿器的坠砣串12同步位移。第一从机2、第二从机4分别安装接触线9和承力索12上，和接触线9、承力索12均为刚性连接。第一主机1和第一从机2通过无线通讯模块进行数据通讯，第二主机3和第二从机4通过无线通讯模组进行数据通讯，第一主机1、第二主机3通过无线联网模块和云端数据分析处理平台通讯。

第一主机1、第一从机2和第二主机3、第二从机4无列车通过时都工作在低频模式：第一主机1、第二主机3以每小时为单位采集环境温湿度值、以每小时为单位测量坠砣串到基础面高度值，以外部中断方式采集坠砣串加速度值，有接触网断线、剧烈摆动情况时引起的加速度突变，及时向云端数据分析处理中心发出报警信息。以每24小时为单位接收卫星数据、同步自身和第一从机2、第二从机4时钟，第一从机2的微机电加速度传感器1和第二从机4的微机电加速度传感器1，以每秒钟为单位采集接触网9和承力索12的加速度值，有超限值时及时发给第一主机1和第二主机3。有列车到来时，整个接触网在线监测装置进入高频采集模式：在保持第一从机2的微机电加速度传感器1和第二从机4的微机电加速度传感器1以每秒钟为单位采集时的同时，第一从机2启动微机电加速度传感器2、第二从机4启动微机电加速度传感器2进入每秒10kHz的采集模式，有超限值时把超限值发生时刻前后5秒的所有采集数据，发给第一主机1、第二主机3。第一主机1、第二主机3把采集坠砣串到基础面高度值的频率，从每小时为单位，提高到以每秒为单位采集坠砣串到基础面高度值。

在电气化铁道术语中，坠砣杆耳环孔中心至定滑轮中心的长度称为补偿器的a值，坠砣串最下面一块坠砣的底面至基础面的距离称为补偿器的b值。那么，a11是接触线补偿器的a值，b11是接触线补偿器的b值，a12是承力索补偿器的a值，b12是承力索补偿器的b值。

第一主机1、第二主机3通过以下公式分别计算出接触线补偿器和承力索补偿器的a值和b值。

接触线补偿器的a值= a11=H11-h11-d11

接触线补偿器的b值= b11=h11-L11。

承力索补偿器的a值= a12=H12-h12-d12

承力索补偿器的b值= b12=h12-L12。

H11-定滑轮7中心到基础面16的垂直距离

H12-定滑轮14中心到基础面16的垂直距离

L11-接触线补偿器的坠砣串长度+第一主机1的高度

L12-承力索补偿器的坠砣串长度+第二主机3的高度

d11-接触线坠砣杆耳环孔中心6到第一主机1顶部的垂直距离

d12-承力索坠砣杆耳环孔中心13到第二主机3顶部的垂直距离

h11-第一主机1顶部到基础面16的距离值

h12-第二主机3顶部到基础面16的距离值

第一主机1、第二主机3和第一从机2、第二从机4内置锂电池组，通过敷设在外壳上的太阳能电池板进行充电。第一主机1、第二主机3的嵌入式控制板采用超低功耗控制器对外围无线联网模块，无线通讯模块、温湿度传感器、加速度传感器、测距传感器，雷达模块进行管理，通过无线通讯模块和第一从机2、第二从机4进行短距离通讯，同步时间、发送命令和接收数据。第一从机2、第二从机4通过内置的加速度传感器，分别监测接触线9和承力索12因自然界因素影响或机车受电弓影响引起的摆动、振荡、硬点冲击值，分别发给第一主机1、第二主机3。

第一主机1、第二主机3分别采集得到承力索补偿器和接触线补偿器的a值、b值，环境温湿度值、机车到来信息值，卫星数据值，以及第一从机2、第二从机4发来的加速度值，通过无线联网模块，发送给云端数据分析处理平台，云端数据平台利用这些数据进行分析，实时向接触网检修机构发出接触网健康情况，发出预警、报警和故障信息。实现24小时全天候监测接触网锚段状态，为接触网检修维护工作提供更及时、更准确的信息。

以上说明描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点，显然本发明不限于上述示范实施的细节，例如对该装置采集频率的设置，而且在不背离本发明的原理和基本特征的情况下，能够以他的具体形式实现本发明。因此，应将实施例看做是示范性和非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种接触网锚段在线监测装置，包括第一主机（1）、第二主机（3）、第一从机（2）、以及第二从机（4）其特征是：第一主机（1）、第二主机（3）分别安装在接触线补偿器的坠砣串（5）、承力索补偿器的坠砣串（12）最上层，随坠砣串同步位移，第一主机（1）、第二主机（3）分别采集并计算出补偿器的a值和b值、坠砣串的加速度值，环境的温湿度值、电力机车的到来信息值，第一从机（2）、第二从机（4）分别安装在接触线（9）、承力索（12）上采集加速度值，并分别与第一主机（1）、第二主机（3）无线通讯，第一主机（1）、第二主机（3）把补偿器的a值和b值、坠砣串的加速度值、环境的温湿度值、电力机车的到来信息值，以及从第一从机（2）、第二从机（4）发来的加速度值，经数据编码压缩后发送给云端数据分析处理平台。

2.如权利要求1所述的接触网锚段在线监测装置，其特征在于：第一主机（1）的外壳（24）为金属材料，机壳顶盖（28）为非金属材料，两者均敷设太阳能电池板（21），内置嵌入式控制板（22）、微机电加速度传感器（32）、卫星数据接收模块（36）、无线通讯模块（31）、无线联网模块（35）和锂电池组（23），外置温湿度传感器（27）、测距传感器（26）和雷达模块（20），第二主机（3）的外壳（44）为金属材料，机壳顶盖（48）为非金属材料，两者均敷设太阳能电池板（41），内置嵌入式控制板（42）、微机电加速度传感器（52）、卫星数据接收模块（56）、无线通讯模块（51）、无线联网模块（55）和锂电池组（43），外置温湿度传感器（47）、测距传感器（46）和雷达模块（40）。

3.如权利要求1所述的接触网锚段在线监测装置，其特征在于：第一从机（2）的外壳（67）为非金属材料，外部敷设太阳能电池板（65），内置嵌入式控制板（60）、微机电加速度传感器1（63）、微机电加速度传感器2（64）、无线通讯模块（61）和锂电池组（62），第二从机（4）的外壳（87）为非金属材料，外部敷设太阳能电池板（85），内置嵌入式控制板（80）、微机电加速度传感器1（83）、微机电加速度传感器2（84）、无线通讯模块（81）和锂电池组（82）。

4.如权利要求1所述接触网锚段在线监测装置，其特征在于：第一主机（1）的测距传感器（26）和温湿度传感器（27）外置固定在机壳顶盖（28）边缘，第二主机（3）的测距传感器（46）和温湿度传感器（47）外置固定在机壳顶盖（48）边缘，（26）和（46）的发射和接收面均朝向基础面（16）。

5.如权利要求1所述接触网锚段在线监测装置，其特征在于：第一从机（2）内置微机电加速度传感器，和接触线（9）刚性连接，第二从机（4）内置微机电加速度传感器，和承力索（12）刚性连接。

6.如权利要求1所述接触网锚段在线监测装置，其特征在于：第一主机（1）内置微机电加速度传感器，安装在接触线补偿器的坠砣串（5）最上端，和其刚性连接，第二主机（3）内置微机电加速度传感器，安装承力索补偿器坠砣串（12）最上端，和其刚性连接。

7.如权利要求1所述接触网锚段在线监测装置，其特征在于：采用无线联网模块和云端数据分析处理平台通讯，进行数据的上传和下达。

8.如权利要求1所述接触网锚段在线监测装置，其特征在于：第一主机（1）和第一从机（2）无线短距离通讯，第二主机（3）和第二从机（4）无线短距离通讯。

9.如权利要求1所述接触网锚段在线监测装置，其特征在于：第一主机（1）和第二主机（3）接收卫星时间，同步各自嵌入式控制板的时钟，并发送时钟校准信息，校准第一从机（2）和第二从机（4）嵌入式控制板的时钟。