CN111721356A - 高速铁路中接触网用监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速铁路中接触网用监控系统及其方法，系统包括：接触网几何参数检测设备，与服务器连接并发送几何参数数据；接触网电气参数检测设备，与列车的控制系统连接并发送电气参数数据；测力模块，与列车的控制系统连接并发送接触线和受电弓间的动态参数数据；接触线探伤检测车，与服务器连接并发送接触网的磨耗和探伤数据。本发明检测接触网的自身结构及列车运行中受力系统的各项机械和电气参数，可作为评价接触悬挂和受电弓性能的大数据分析基础。

Description

高速铁路中接触网用监控系统及方法

技术领域

本发明涉及接触网监控技术领域，具体涉及一种高速铁路中接触网用监控系统及方法。

背景技术

接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供受电弓取流的高压输电线，其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。

接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件和绝缘子。接触悬挂通过支持装置架设在支柱上，其功用是从牵引变电所获得的电能输送给电力机车。

支持装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。

定位装置包括定位管和定位器，其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。

支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。接触网中采用预应力钢筋混凝土支柱和钢柱，基础是对钢支柱而言的，即钢支柱固定在下面的钢筋混凝土制成的基础上，由基础承受支柱传给的全部负荷，并保证支柱的稳定性。预应力钢筋混凝土支柱与基础制成一个整体，下端直接埋入地下。

由于接触网系统沿线路露天布置，线长点多且无备用，温度、大风等外部环境因素发生较大变化时严重影响其安全可靠性，威胁铁路运行安全。因此，以高速铁路接触网监控系统为主的监控手段急需完善。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速铁路中接触网用监控系统及方法，采集触电网的几何参数、动态参数和电气参数。

本发明所采用的技术方案为：

高速铁路中接触网用监控系统，若干接触线组成接触网，其特征在于：

所述监控系统包括接触网几何参数检测设备、接触网电气参数检测设备、测力模块、接触线探伤检测车和服务器；

所述接触网几何参数检测设备沿接触线的路径分段安装于无砟轨道的混凝土基础上，与服务器连接并发送几何参数数据；

所述接触网电气参数检测设备安装在每辆列车上，与列车的控制系统连接并发送电气参数数据；

所述测力模块安装在每辆列车上，与列车的控制系统连接并发送接触线和受电弓间的动态参数数据；

所述接触线探伤检测车位于接触线的正下方，沿接触线的分布路径移动，与服务器连接并发送接触网的磨耗和探伤数据。

所述接触网几何参数检测设备包括高度测量仪，该高度测量仪以轨道平面为基准对接触网中对应的接触线进行高度信息采集。

所述接触网电气参数检测设备包括传感器和传感器信号处理设备；

所述传感器安装在受电弓上；

所述传感器信号处理设备安装在受电弓的底座上，其输入端与多个传感器通过传感器电缆连接，其输出端与列车的控制系统连接并将传感器采集的模拟信号转换成数字信号后输出给列车的控制系统。

所述传感器包括M个第一传感器和N个第二传感器；

M个第一传感器分布在受电弓的弓头上，N个第二传感器分布在弓臂上，M个第一传感器和N个第二传感器共同采集接触网的电气参数；

第一传感器和第二传感器均与传感器信号处理设备连接。

第一传感器为采集受电弓和接触线脱离时间参数的传感器；

第二传感器为采集接触网电压和温度数据的传感器。

所述测力模块包括第一测力模块和第二测力模块；

第一测力模块安装在受电弓的弓头上，第二测力模块位于列车顶面和滑板之间，通过绳索悬吊在滑板上，第二测力模块与列车的顶面具有间隙；

第一测力模块和第二测力模块均与列车的控制系统连接。

第一测力模块为采集弓头和滑板之间作用力数据的测力模块；

第二测力模块为采集绳索张力数据的测力模块。

所述接触线探伤检测车包括沿无砟轨道运动的轨道车和安装在轨道车上的探伤装置。

高速铁路中接触网用监控方法，其特征在于：

所述方法包括：

利用高度测量仪，以轨道平面为基准对接触网中对应的接触线进行高度信息采集；

利用传感器，采集受电弓和接触线的脱离时间参数，以及接触网的电压和温度数据；

利用测力模块，采集受电弓弓头和滑板之间作用力数据，以及绳索张力数据；

利用接触线探伤检测车，采集接触网的磨耗和探伤数据。

高度测量仪采集的接触线高度信息、以及接触线探伤检测车采集的接触网的磨耗和探伤数据均发送到服务器；

传感器采集的受电弓和接触线的脱离时间参数、接触网的电压和温度数据、以及测力模块采集的受电弓弓头和滑板之间作用力数据、绳索张力数据均发送到列车的控制系统。

本发明具有以下优点：

1、本发明检测接触网的自身结构及列车运行中受力系统的各项机械和电气参数，以这些信息作为数据基础，可令接触悬挂性能、受电弓性能评价和接触网工程质量、运营质量检查更加科学化、精准、高效。

2、本发明的接触网几何参数检测设备选用轨道平面位基准，而不选用列车作为基准，当接触网几何参数检测设备采集的数据信息时不再需要考虑列车的晃动，在数据信息基础上给予晃动补偿。

附图说明

图1为本发明系统框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种高速铁路中接触网用监控系统，若干接触线组成接触网，线路中包含了既有的列车控制系统，所述监控系统包括接触网几何参数检测设备、接触网电气参数检测设备、测力模块、接触线探伤检测车和服务器。所述接触网几何参数检测设备沿接触线的路径分段安装于无砟轨道的混凝土基础上，与服务器连接并发送几何参数数据；所述接触网电气参数检测设备安装在每辆列车上，与列车的控制系统连接并发送电气参数数据；所述测力模块安装在每辆列车上，与列车的控制系统连接并发送接触线和受电弓间的动态参数数据；所述接触线探伤检测车位于接触线的正下方，沿接触线的分布路径移动，与服务器连接并发送接触网的磨耗和探伤数据。

所述接触网几何参数检测设备包括高度测量仪，该高度测量仪以轨道平面为基准对接触网中对应的接触线进行高度信息采集。

所述接触网电气参数检测设备包括传感器和传感器信号处理设备。所述传感器安装在受电弓上，用于采集接触网的电气数据。所述传感器信号处理设备安装在受电弓的底座上，其输入端与多个传感器通过传感器电缆连接，其输出端与列车的控制系统连接并将传感器采集的模拟信号转换成数字信号后输出给列车的控制系统。所述传感器包括M个第一传感器和N个第二传感器；M个第一传感器分布在受电弓的弓头上，N个第二传感器分布在弓臂上，M个第一传感器和N个第二传感器共同采集接触网的电气参数；第一传感器和第二传感器均与传感器信号处理设备连接。上述接触网的电气数据包括：第一传感器采集的受电弓和接触线脱离时间参数，以及第二传感器采集的接触网电压和温度数据。

所述测力模块包括第一测力模块和第二测力模块，用于采集接触线和受电弓间的动态参数。第一测力模块安装在受电弓的弓头上，第二测力模块位于列车顶面和滑板之间，通过绳索悬吊在滑板上，第二测力模块与列车的顶面具有间隙；第一测力模块和第二测力模块均与列车的控制系统连接。上述动态参数包括：第一测力模块采集的弓头和滑板之间的作用力数据（包括弓网接触压力、弓头垂直加速度和水平加速度等），以及第二测力模块采集的绳索张力数据（包括接触线的抬升数据等）。

动态参数中，弓网接触压力指接触线和受电弓间的接触压力，分析、研究受电弓和接触线间的接触状态，评价弓网动态关系的优劣；弓头垂直加速度指的是测量受电弓的弓头振动的垂直加速度，为修正滑板的惯性力提供参考；弓头水平加速度是指测量受电弓水平运动的加速度；接触线的抬升是指检测接触线的波动，利用波动分析接触网的弹性。

所述接触线探伤检测车包括沿无砟轨道运动的轨道车和安装在轨道车上的探伤装置。

基于上述系统的高速铁路中接触网用监控方法，包括：

利用高度测量仪，以轨道平面为基准对接触网中对应的接触线进行高度信息采集；利用传感器，采集受电弓和接触线的脱离时间参数，以及接触网的电压和温度数据；利用测力模块，采集受电弓弓头和滑板之间作用力数据，以及绳索张力数据；利用接触线探伤检测车，采集接触网的磨耗和探伤数据。高度测量仪采集的接触线高度信息、以及接触线探伤检测车采集的接触网的磨耗和探伤数据均发送到服务器；传感器采集的受电弓和接触线的脱离时间参数、接触网的电压和温度数据、以及测力模块采集的受电弓弓头和滑板之间作用力数据、绳索张力数据均发送到列车的控制系统。

实施例1：

本实施例提供了一种高速铁路中接触网用监控系统，包括：若干接触网几何参数检测设备、若干接触网电气参数检测设备、若干测力模块和多辆接触线探伤检测车，接触网几何参数检测设备和接触线探伤检测车的所有数据进入服务器；其中：

若干个接触网几何参数检测设备沿接触线的路径分段安装于无砟轨道的混凝土基础上；

每辆列车上均安装一个接触网电气参数检测设备，接触网电气参数检测设备把采集的电气数据传输给列车的控制系统；

测力模块安装在每辆列车上，用于采集接触线和受电弓间的动态参数，测力模块与列车的控制系统电连接；

接触线探伤检测车位于接触线的正下方，人工操作接触线探伤检测车，使其沿接触线的分布路径移动，采集接触网的磨耗和探伤数据。

本实施例可实时、大量采集触电网的几何参数、动态参数和电气参数，用于大数据智能分析，可实现高铁接触网装备系统的创新运维，达到决策科学化、运维精准化、服务高效化的目标。

本实施例的服务器可包括通过中心交换机进行通讯的采集计算系统以及与采集计算系统连接的服务器系统；采集计算系统可包括第一交互系统，第一交互系统可用于管理数据、接入数据的接口以及Zookeeper之间的互相交互；服务器系统可包括大数据分析服务器集群、挖掘流执行服务器集群以及Oracle集群和数据库，大数据分析服务器集群、挖掘流执行服务器集群以及Oracle集群和数据库通过第二交互系统实现互相交互，第一交互系统以及第二交互系统均与中心交换机通讯连接。

实施例2：

在实施例1公开方案的基础上，本实施例公开了接触网电气参数检测设备。

接触网电气参数检测设备包括多个传感器和传感器信号处理设备，其中：

多个传感器分别安装在受电弓的不同位置；

传感器信号处理设备安装在受电弓的底座上，其输入端与多个传感器通过传感器电缆电连接，其输出端与列车的控制系统电连接。

传感器信号处理设备把传感器采集的模拟信号转换成数字信号后输出给列车的控制系统。

优选多个传感器包括M个第一传感器和N个第二传感器，M个第一传感器分布在受电弓的弓头上，N个第二传感器分布在弓臂上，M个第一传感器和N个第二传感器共同采集接触网的电气参数；第一传感器和第二传感器均与传感器信号处理设备电连接。M个第一传感器用于采集受电弓和接触线的脱离时间参数，N个第二传感器用于采集接触网的电压和温度数据。

第一传感器和第二传感器主要功用是采集电气参数，本实施例的核心是第一传感器和第二传感器的设置位置，第一传感器和第二传感器如何采集数据属于现有技术，本专利不做限制。例如多个传感器可以是专利号为201821593264.2的实施例专利所涉及的检测装置和压力传感器。

实施例3：

在实施例1公开方案的基础上，本实施例公开了测力模块。

受电弓包括弓头和弓臂，弓头通过滑板与接触网的接触线连接；测力模块包括第一测力模块和第二测力模块，其中，

第一测力模块安装在弓头上，其用来采集弓头和滑板之间的作用力数据；

第二测力模块位于列车顶面和滑板之间，通过绳索悬吊在滑板上，第二测力模块与列车的顶面具有间隙，其用来采集绳索的张力数据；

第一测力模块和第二测力模块均与列车的控制系统电连接。

动态参数包括弓网接触压力、弓头垂直加速度和水平加速度、接触线的抬升数据，其中：

弓网接触压力指接触线和受电弓间的接触压力，分析、研究受电弓和接触线间的接触状态，评价弓网动态关系的优劣；

弓头垂直加速度指的是测量受电弓的弓头振动的垂直加速度，为修正滑板的惯性力提供参考；

弓头水平加速度是指测量受电弓水平运动的加速度；

接触线的抬升是指检测接触线的波动，利用波动分析接触网的弹性。

测力模块的主要功用是采集接触网的力学参数，测力模块采集力学参数的过程是现有技术，例如测力模块可以是专利号为201721490752.6实施例专利的在线监测装置；例如测力模块可以是专利号为201820974605.4实施例专利的张力采集装置。

实施例4：

在实施例1公开方案的基础上，本实施例公开了接触线探伤检测车和接触网几何参数检测设备。

接触线探伤检测车包括：沿无砟轨道运动的轨道车、安装在轨道车上的探伤装置。探伤装置是选用超声探伤原理制作的设备。

接触网几何参数检测设备包括高度测量仪，该高度测量仪以轨道平面为基准对接触网中对应的接触线进行高度信息采集。高度测量仪是选用红外测量原理制作的设备。

本实施例的接触网几何参数检测设备选用轨道平面位基准，这是因为如若选用列车作为基准，当接触网几何参数检测设备采集的数据信息还要考虑列车的晃动，在数据信息基础上给予晃动补偿。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.高速铁路中接触网用监控系统，若干接触线组成接触网，其特征在于：

所述监控系统包括接触网几何参数检测设备、接触网电气参数检测设备、测力模块、接触线探伤检测车和服务器；

所述接触网几何参数检测设备沿接触线的路径分段安装于无砟轨道的混凝土基础上，与服务器连接并发送几何参数数据；

所述接触网电气参数检测设备安装在每辆列车上，与列车的控制系统连接并发送电气参数数据；

所述测力模块安装在每辆列车上，与列车的控制系统连接并发送接触线和受电弓间的动态参数数据；

所述接触线探伤检测车位于接触线的正下方，沿接触线的分布路径移动，与服务器连接并发送接触网的磨耗和探伤数据。

2.根据权利要求1所述的高速铁路中接触网用监控系统，其特征在于：

所述接触网几何参数检测设备包括高度测量仪，该高度测量仪以轨道平面为基准对接触网中对应的接触线进行高度信息采集。

3.根据权利要求2所述的高速铁路中接触网用监控系统，其特征在于：

所述接触网电气参数检测设备包括传感器和传感器信号处理设备；

所述传感器安装在受电弓上；

所述传感器信号处理设备安装在受电弓的底座上，其输入端与多个传感器通过传感器电缆连接，其输出端与列车的控制系统连接并将传感器采集的模拟信号转换成数字信号后输出给列车的控制系统。

4.根据权利要求3所述的高速铁路中接触网用监控系统，其特征在于：

所述传感器包括M个第一传感器和N个第二传感器；

M个第一传感器分布在受电弓的弓头上，N个第二传感器分布在弓臂上，M个第一传感器和N个第二传感器共同采集接触网的电气参数；

第一传感器和第二传感器均与传感器信号处理设备连接。

5.根据权利要求4所述的高速铁路中接触网用监控系统，其特征在于：

第一传感器为采集受电弓和接触线脱离时间参数的传感器；

第二传感器为采集接触网电压和温度数据的传感器。

6.根据权利要求5所述的高速铁路中接触网用监控系统，其特征在于：

所述测力模块包括第一测力模块和第二测力模块；

第一测力模块安装在受电弓的弓头上，第二测力模块位于列车顶面和滑板之间，通过绳索悬吊在滑板上，第二测力模块与列车的顶面具有间隙；

第一测力模块和第二测力模块均与列车的控制系统连接。

7.根据权利要求6所述的高速铁路中接触网用监控系统，其特征在于：

第一测力模块为采集弓头和滑板之间作用力数据的测力模块；

第二测力模块为采集绳索张力数据的测力模块。

8.根据权利要求7所述的高速铁路中接触网用监控系统，其特征在于：

所述接触线探伤检测车包括沿无砟轨道运动的轨道车和安装在轨道车上的探伤装置。

9.高速铁路中接触网用监控方法，其特征在于：

所述方法包括：

利用高度测量仪，以轨道平面为基准对接触网中对应的接触线进行高度信息采集；

利用传感器，采集受电弓和接触线的脱离时间参数，以及接触网的电压和温度数据；

利用测力模块，采集受电弓弓头和滑板之间作用力数据，以及绳索张力数据；

利用接触线探伤检测车，采集接触网的磨耗和探伤数据。

10.根据权利要求9所述的高速铁路中接触网用监控方法，其特征在于：

高度测量仪采集的接触线高度信息、以及接触线探伤检测车采集的接触网的磨耗和探伤数据均发送到服务器；

传感器采集的受电弓和接触线的脱离时间参数、接触网的电压和温度数据、以及测力模块采集的受电弓弓头和滑板之间作用力数据、绳索张力数据均发送到列车的控制系统。

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