CN111693000A - 一种轨道交通接触网补偿监控装置及监测方法 - Google Patents

一种轨道交通接触网补偿监控装置及监测方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种轨道交通接触网补偿监控装置及监测方法，包括间隔设置于支柱上的水平上、下支架，水平上、下支架分别位于接触线配重和承力索配重的上、下部，在水平上支架上设置有第一、第二测距传感器，在水平下支架上设置有第三、第四测距传感器；在支柱上设置有用于采集并处理第一、第二、第三和第四测距传感器数据信号的控制主机。本申请优点在于结构简单，安装简便，测量精度高，监测速度快。便于检修人员快速获知每一处接触网下锚补偿装置的状态，为检修接触网下锚补偿装置提供基础依据，便于准确的作出分析及预判，及时排除隐患，防止发生重大事故；有效减轻巡视量，大大提高工作效率，降低维护成本。

Description

一种轨道交通接触网补偿监控装置及监测方法
技术领域
本申请涉及轨道交通技术领域，尤其是涉及一种轨道交通接触网补偿监控装置及监测方法。
背景技术
近几十年来，我国的铁路交通及城市轨道交通建设得到了迅猛发展；截止至2019年底，在城市轨道交通方面我国已有39个城市开通了地铁，运营总里程达6600公里；在国铁方面，铁路营业里程达到13.9万公里，其中高铁3.5万公里，居世界第一。
由于铁路沿线需要配套相应的电气化设备为列车提供电力保障，因此电气化铁路伴随着电力机车应运而生。电气化铁路中的接触网架空柔性悬挂由接触悬挂、接触网支持结构和附加悬挂三部分组成，其中接触悬挂是架空接触网的核心，一般在1500米的距离作为一个独立的锚段关节布置。当周围环境温度发生变化时，线索受温度变化的影响热胀冷缩，出现伸长或缩短的现象；为了弥补热胀冷缩导致的线索张力变化，在锚段两端线索下锚处安装有补偿装置，从而使线索在补偿装置配重串的重力作用下能够自动调整张力，并保持线索弛度满足技术要求，使接触悬挂的稳定性与弹性得到改善，提高接触网运营质量。
现有的接触网下锚补偿装置均是在承力索和接触线的终端处分别通过一组牵拉滑轮组来连接承力索配重和接触线配重，之后由承力索配重和接触线配重来带动牵拉滑轮组拉紧承力索和接触线，以克服线索受温度变化的影响而出现的伸长或缩短；虽然滑轮组能够增大传动比，使配重串块数得以减少，但配重串在上升和下降时的距离也会按倍数增大，当配重串的升降超出允许范围时(如：下降过多使配重串底面接触地面，或上升过多使配重串的挂杆上端耳环孔卡在定滑轮槽中)，就会使补偿装置失去补偿作用。因此，为避免补偿装置失去补偿作用，就需要人力定期巡视各个补偿装置并及时调整配重串的升降范围，从而确保接触线始终维持一定的张力，不出现断线事故；但由于铁路线上每隔1500米就会设置一接触网下锚补偿装置，导致巡视量非常大，人工定期巡视的传统检查方式费时费力，且精度不高、效率低下，且只能发现已经发生事故的接触网下锚补偿装置，不能做到事故预防；另外，还大大增加了人力投入，以及接触网检测车等特殊车辆的使用成本，既不经济也不利于施工和维护。
发明内容
本申请目的在于提供一种测量精度高、监测速度快、能够预防事故的电气化铁路接触网下锚补偿装置专用监控设备，能够有效减轻巡视量，降低接触网下锚补偿装置的维护成本。
为实现上述目的，本申请可采取下述技术方案：
本申请所述的电气化铁路接触网下锚补偿装置专用监控设备，包括间隔设置于支柱上的水平上支架和水平下支架，所述水平上支架和水平下支架分别位于接触线配重和承力索配重的上、下部，在所述水平上支架上设置有分别监测所述接触线配重和承力索配重向上运动距离的第一测距传感器和第二测距传感器，在所述水平下支架上设置有分别监测所述接触线配重和承力索配重向下运动距离的第三测距传感器和第四测距传感器；在所述支柱上设置有用于采集并处理所述第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器和第四测距传感器数据信号的控制主机，控制主机将数据传输至总控中心，控制主机或总控中心具备统计、计算和分析数据的功能。
所述第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器和第四测距传感器均为超声波测距传感器。
在所述支柱上还设置有用于将实时监测的环境温湿度数据信号传输至控制主机的温湿度传感器。
控制主机或总控中心计算接触线配重顶部至配重限制架之间的距离a和接触线配重底部至地面之间的距离b，统计出每段时间内a、b值的上下极限值MAXai、MINai、MAXbi、MINbi，统计出每段时间内a、b值的中位数MEDai、MEDbi，其中i是大于等于1的整数，接触网使用的第一段时间或者人工检修后的第一段时间i＝1。
优选的，分别对MAXai、MINai、MAXbi、MINbi、MEDai、MEDbi进行函数拟合，得出f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)、f5(x)、f6(x)；设置g1(x)＝|f1(x)-f4(x)|，g2(x)＝|f2(x)-f3(x)|，Gi＝0 i∫g1(x)dx，Hi＝0 i∫g2(x)dx。
优选的，通过对以往数据的统计，得出Gi、Hi的危险阈值数据表和MEDai、MEDbi的危险区间，当Gi大于等于或小于等于危险阈值数据表对应的数据时，或者Hi大于等于或小于等于危险阈值数据表对应的数据时，或者f5(x)、f6(x)至少之一位于其对应的MEDai、MEDbi的危险区间的概率密度超过设定阈值时，对接触网装置进行人工干预。
优选的，极限值MAXai、MINai、MAXbi、MINbi或中位数MEDai、MEDbi中的至少一项超出设定阈值，即对接触网装置进行人工干预。
本申请优点在于结构简单，安装简便，测量精度高，监测速度快。通过第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器和第四测距传感器来实时监测接触线配重和承力索配重的升、降高度，通过控制主机来采集处理接触线配重和承力索配重的升降数据并传输至终端设备，以便于检修人员快速获知每一处接触网下锚补偿装置的状态，为检修接触网下锚补偿装置提供基础依据，便于检修人员准确的作出分析及预判，及时排除隐患，防止发生重大事故；另外，无需再投入大量人力来巡视接触网下锚补偿装置，有效减轻巡视量，大大提高工作效率，降低接触网下锚补偿装置的维护成本。
附图说明
图1是本申请的结构示意图。
图2是本申请的电路原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本申请所述的电气化铁路接触网下锚补偿装置专用监控设备，包括沿用于支撑接触网(即接触线1和承力索2)的支柱3高度方向间隔布设的水平上支架4和水平下支架5，水平上支架4和水平下支架5可通过钩头螺栓固定在支柱3上；由于支柱上固定的接触线1和承力索2往往是接触线1在下、承力索2在上，因此水平上支架5应位于接触线配重6和承力索配重7的上部靠近接触线1上的牵拉滑轮组处，而水平下支架5应位于接触线配重6和承力索配重7的下部靠近地面处。
在水平上支架4上设置有第一测距传感器8和第二测距传感器9，第一测距传感器8正对接触线配重6的正上方，用于实时监测接触线配重6向上运动时的运动距离，第二测距传感器9正对承力索配重7的正上方，用于实时监测承力索配重7向上运动时的是运动距离；在水平下支架5上设置有第三测距传感器10和第四测距传感器11，第三测距传感器10正对接触线配重6的正下方，用于实时监测接触线配重6向下运动时的运动距离，第四测距传感器11正对承力索配重7的正下方，用于实时监测承力索配重7向下运动时的是运动距离；在支柱3上还设置有用于采集并处理第一测距传感器8、第二测距传感器9、第三测距传感器10和第四测距传感器11数据信号的控制主机12。
考虑到接触网下锚补偿装置均是安装在野外，经常会遇到阳光剧烈、暴雨暴雪等恶劣的自然条件，而红外传感器或激光传感器在工作时抗干扰性较差，因此第一测距传感器8、第二测距传感器9、第三测距传感器10和第四测距传感器11均采用检测技术最可靠的超声波测距传感器。另外，考虑到温度、湿度对超声波在空气中传播速度的影响，为实现高精度测量，在支柱3上还设置有用于将实时监测的环境温湿度数据信号传输至控制主机12的温湿度传感器13。
如图2所示，控制主机12包括单片机12.1、数据采集模块12.2、数据传输模块12.3、电源输入模块12.4、串口通讯模块12.5或GPRS通讯模块12.6；电源输入模块12.4(即锂电池或铅蓄电池)为控制主机12供电；数据采集模块12.2用于接收第一测距传感器8、第二测距传感器9、第三测距传感器10、第四测距传感器11和温湿度传感器13实时监测的数据信号，并传输给单片机12.1；单片机12.1接收到数据采集模块12.2传输来的数据信息并处理后，通过串口通讯模块12.5或GPRS通讯模块12.6传输至主控中心，串口通讯模块12.5传输采用的是公网动态IP+NDS域名解析的组网方式，GPRS通讯模块12.6传输采用的是DTU无线传输终端。
本申请的测距原理是依据下述超声波测距公式：
S＝0.5Vt (1)
V＝331.5+0.61T (2)
其中：S为配重面至对应的超声波测距传感器的直线距离(m)，V为超声波在空气中的传播速度(m/s)，t为传播时间(s),T为温度(℃)。根据测距原理公式可知，当温度提高时，超声波在空气中的传播速度也随之上升，根据温度变化对超声波的速度进行处理，修正最终测试结果，使距离尽可能的精确。
在计算配重面至对应的超声波测距传感器的距离时，由于承力索2与接触线1的补偿配重的计算方式相同，在此仅以接触线的配重补偿装置为例来计算接触线配重6顶部至配重限制架14之间的距离a和接触线配重6底部至地面之间的距离b，其计算公式如下：
a＝S1-H1 (3)
b＝S2+H2 (4)
其中：S1为第一测距传感器8至接触线配重6顶部之间的距离(m)，H1为水平上支架4至配重限制架14之间的距离(m)，S2为第三测距传感器10至接触线配重6底部之间的距离(m)，H2为水平下支架5至地面之间的距离。最终单片机12.1根据上述计算公式，将计算得出的a、b值传输至总控中心，单片机12.1或总控中心具备以下功能：统计出每段时间内a、b值的极限值MAXai、MINai、MAXbi、MINbi，统计出每段时间内a、b值的中位数MEDai、MEDbi，其中i是大于等于1的整数，接触网使用的第一段时间或者人工检修后的第一段时间i＝1，分别对MAXai、MINai、MAXbi、MINbi、MEDai、MEDbi进行函数拟合，得出f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)、f5(x)、f6(x)。设置g1(x)＝|f1(x)-f4(x)|，g2(x)＝|f2(x)-f3(x)|，Gi＝0 i∫g1(x)dx，Hi＝0 i∫g2(x)dx，通过对以往数据的统计，得出Gi、Hi的危险阈值数据表和MEDai、MEDbi的危险区间，当Gi大于等于或小于等于危险阈值数据表对应的数据时，或者Hi大于等于或小于等于危险阈值数据表对应的数据时，或者f5(x)、f6(x)至少之一位于其对应的MEDai、MEDbi的危险区间的概率密度超过设定阈值时，对接触网装置进行人工干预。
优选的，极限值MAXai、MINai、MAXbi、MINbi或中位数MEDai、MEDbi中的至少一项超出设定阈值，即对接触网装置进行人工干预。

Claims (8)

1.一种轨道交通接触网装置，其特征在于：包括间隔设置于支柱上的水平上支架和水平下支架，所述水平上支架和水平下支架分别位于接触线配重和承力索配重的上、下部，在所述水平上支架上设置有分别监测所述接触线配重和承力索配重向上运动距离的第一测距传感器和第二测距传感器，在所述水平下支架上设置有分别监测所述接触线配重和承力索配重向下运动距离的第三测距传感器和第四测距传感器；在所述支柱上设置有用于采集并处理所述第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器和第四测距传感器数据信号的控制主机。
2.根据权利要求1所述的轨道交通接触网装置，其特征在于：控制主机或总控中心计算接触线配重顶部至配重限制架之间的距离a和接触线配重底部至地面之间的距离b，统计出每段时间内a、b值的上下极限值MAXai、MINai、MAXbi、MINbi，统计出每段时间内a、b值的中位数MEDai、MEDbi，其中i是大于等于1的整数，接触网使用的第一段时间或者人工检修后的第一段时间i＝1。
3.根据权利要求2所述的轨道交通接触网装置，其特征在于：分别对MAXai、MINai、MAXbi、MINbi、MEDai、MEDbi进行函数拟合，得出f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)、f5(x)、f6(x)；设置g1(x)＝|f1(x)-f4(x)|，g2(x)＝|f2(x)-f3(x)|，Gi＝0 i∫g1(x)dx，Hi＝0 i∫g2(x)dx。
4.根据权利要求3所述的轨道交通接触网装置，其特征在于：通过对以往数据的统计，得出Gi、Hi的危险阈值数据表和MEDai、MEDbi的危险区间，当Gi大于等于或小于等于危险阈值数据表对应的数据时，或者Hi大于等于或小于等于危险阈值数据表对应的数据时，或者f5(x)、f6(x)至少之一位于其对应的MEDai、MEDbi的危险区间的概率密度超过设定阈值时，对接触网装置进行人工干预。
5.一种轨道交通接触网监测方法，其特征在于：控制主机或总控中心计算接触线配重顶部至配重限制架之间的距离a和接触线配重底部至地面之间的距离b，统计出每段时间内a、b值的极限值MAXai、MINai、MAXbi、MINbi，统计出每段时间内a、b值的中位数MEDai、MEDbi，其中i是大于等于1的整数，接触网使用的第一段时间或者人工检修后的第一段时间i＝1。
6.根据权利要求5所述的轨道交通接触网监测方法，其特征在于：分别对MAXai、MINai、MAXbi、MINbi、MEDai、MEDbi进行函数拟合，得出f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)、f5(x)、f6(x)；设置g1(x)＝|f1(x)-f4(x)|，g2(x)＝|f2(x)-f3(x)|，Gi＝0 i∫g1(x)dx，Hi＝0 i∫g2(x)dx。
7.根据权利要求6所述的轨道交通接触网监测方法，其特征在于：通过对以往数据的统计，得出Gi、Hi的危险阈值数据表和MEDai、MEDbi的危险区间，当Gi大于等于或小于等于危险阈值数据表对应的数据时，或者Hi大于等于或小于等于危险阈值数据表对应的数据时，或者f5(x)、f6(x)至少之一位于其对应的MEDai、MEDbi的危险区间的概率密度超过设定阈值时，对接触网装置进行人工干预。
8.根据权利要求5所述的轨道交通接触网监测方法，其特征在于：极限值MAXai、MINai、MAXbi、MINbi或中位数MEDai、MEDbi中的至少一项超出设定阈值，即对接触网装置进行人工干预。
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