CN111854586B - 一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置，该装置具有由接触网、吊弦和承力索构成的牵引网，其特征在于：第一感应电极和第一电场强度检测装置相连；第一电场强度检测装置和列车受电弓位置检测装置数据处理系统相连；辅助电源系统与第一电场强度检测装置、列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接，为其供电；第一感应电极安装在钢轨外侧，第一感应电极安装高度低于接触网、高于车厢顶部、略低于列车受电弓。本发明根据列车车厢和列车受电弓通过时引起的感应电极处电场强度的变化区分列车车厢和列车受电弓，定位列车受电弓位置。可以配合地面自动过分相系统确保列车平稳、不停电、无速度损失地通过电分相。

Description

一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种交流电气化铁路列车位置检测的方法及装置，尤其涉及电气化铁路过分相技术领域。

背景技术

我国的交流电气化铁路主要采用单相工频换相供电方式。为了避免相间短路，在牵引变电所出口及分区亭处设置了一段两端都有电气分段的接触网，即电分相。电分相主要分为器件式和关节式两种，且以关节式居多。关节式电分相由中性区、两端锚段关节组成。传统的断电过分相方式使得列车牵引力丢失严重，速度损失较大，严重制约了高速重载铁路的发展。为了确保列车持续受流、平稳通过电分相，多种不同的地面带电过分相系统先后被提出。这些地面带电过分相系统都需要采集列车位置信号，如果列车定位不准确，会引起地面开关的动作时序紊乱，而造成列车闯分相，引发严重事故。因此，在地面带电过分相系统中，列车位置的精确检测十分重要。

目前我国货运铁路多采用基于机械开关的地面自动过分相系统，其列车的位置检测采用磁钢轨道电路。这种位置检测装置受气候、电磁环境等影响较大，故障率较高。磁钢轨道电路的安装需对轨道进行施工改造，对存在损害。在日本新干线的地面自动过分相系统中，采用磁计轴器来检测列车位置，但是磁设备使用之后容易出现失磁的现象，可能造成误检或漏检。另外，高速铁路多采用ATP(Automatic Train Protection)应答器进行列车定位。ATP应答器被安装在地面上，雨雪天气时，高速列车甩下的雨水或者冰块容易打坏设备。基于激光或者雷达的列车定位方法同样容易受到环境干扰，影响精度和可靠性，并且这些方法都不能区分列车的车厢和列车受电弓，即不能区分不同编组的列车。因此，需要设置中性区长度大于列车前后列车受电弓的最远距离。对于车头和列车中部都有列车受电弓的长编组货运列车，如果地面自动过分相系统出现故障需要切换到断电过分相系统，列车很可能无法依靠惯性滑过中性区。

发明内容

本发明提供一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置。

发明目的在于解决如下技术问题：

本发明所要解决的技术问题之一是，通过安装在钢轨旁边的感应电极，利用电场强度检测传感器检测感应电极处的电场强度。

本发明所要解决的问题之二是，根据感应电极处电场强度的变化，判断是否有列车受电弓通过。当列车受电弓通过时，与牵引网等电位的列车受电弓会使感应电极处的电场强度明显增大，以此判断列车已到达列车受电弓位置检测装置安装位置。

本发明所要解决的问题之三是，如果线路附近环境噪声较大，通过在牵引网侧上方安装感应电极检测环境噪声，消除环境噪声的影响。

该装置无需列车配合，采用非接触式方法检测列车受电弓位置，可以应对不同编组模式的列车，且无需对线路或者列车进行改造。应用于铁路过分相领域时，配合地面自动过分相系统可以大大缩短中性区长度，实现列车安全可靠过分相。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法，其特征在于：利用列车经过时，列车车厢和列车受电弓引起的环境电场强度的变化进行判断。

没有列车经过时，由接触网、吊弦和承力索构成的牵引网在环境中产生交流电场；当有列车车厢经过时，接地的列车车厢对牵引网以及列车附近的电场有屏蔽作用，空间中的电场强度会相应降低，据此可判断有列车车厢通过；当有列车受电弓经过时，与接触网垂直的列车受电弓与牵引网等电位，列车受电弓附近空间中的电场强度会相应增强，据此可判断有列车受电弓通过。

一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置，具有由接触网、吊弦和承力索构成的牵引网，其特征在于：

第一感应电极通过第一感应电极与第一电场强度检测装置连接线和第一电场强度检测装置相连；第一电场强度检测装置通过第一电场强度检测装置与数据处理系统连接线和列车受电弓位置检测装置数据处理系统相连；

辅助电源系统与第一电场强度检测装置、列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接，为其供电；

第一感应电极安装在钢轨外侧，第一感应电极安装高度低于接触网、高于车厢顶部、略低于列车受电弓。

上述基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置的检测方法，其特征在于：

第一电场强度检测装置检测出第一感应电极处的电场强度，并将检测结果以电压信号或者光信号的形式输出给列车受电弓位置检测装置数据处理系统；列车受电弓位置检测装置数据处理系统采集该信号，并对采样结果进行判断，从而判定是否有列车车厢或者列车受电弓通过，随后将判定结果发送给列车或者地面控制系统执行相应的动作；

牵引网在感应电极处产生电场；

当没有列车通过时，第一感应电极处的电场强度取决于牵引网电压，相对较大；

当只有列车车厢通过时，接地的车厢对第一感应电极处的电场有屏蔽作用，其电场强度会相应降低，据此可判断有列车车厢通过；

当有列车受电弓通过时，列车受电弓与供电臂牵引网等电位，第一感应电极与列车受电弓距离较近，第一感应电极处的电场强度明显增大，据此可判断有列车受电弓通过。

进一步地：

具有第四感应电极安装在第一感应电极的正上方且高度高于承力索，第四感应电极和通过第四感应电极与第四电场强度检测装置连接线与第四电场强度检测装置连接；第四电场强度检测装置通过第四电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接；辅助电源系统与第四电场强度检测装置连接为其供电。

没有列车受电弓通过列车受电弓位置检测装置安装位置时，第一感应电极和第四感应电极处的电场强度能够保持相同的变化趋势；有列车受电弓通过列车受电弓位置检测装置安装位置时，第一感应电极和第四感应电极处电场强度的变化趋势有明显差异；列车受电弓位置检测装置数据处理系统对两路采样信号进行数据处理与判断之后可消除环境噪声的影响，判断是否有列车受电弓通过。

一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置，具有由接触网、吊弦和承力索构成的牵引网，其特征在于：

钢轨上方的供电臂牵引网依次顺序为：第一供电臂牵引网、第一锚段关节转换区域、中性区牵引网、第二锚段关节转换区域、第二供电臂牵引网；

第一供电臂牵引网侧方设有第一列车受电弓位置检测装置、中性区牵引网侧方设有第三列车受电弓位置检测装置、第二供电臂牵引网侧方设有第二列车受电弓位置检测装置；

第一列车受电弓位置检测装置、第二列车受电弓位置检测装置、第三列车受电弓位置检测装置的结构均为：两个或以上的感应电极分别以电场强度检测装置连接线和各自的电场强度检测装置连接，各电场强度检测装置分别以电场强度检测装置与数据处理系统连接线和列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接；

第一列车受电弓位置检测装置、第二列车受电弓位置检测装置、第三列车受电弓位置检测装置各自的列车受电弓位置检测装置数据处理系统与地面自动过分相系统以无线电台或者光纤等的方式进行通信。

起始状态：第一供电臂牵引网带A相电，第二供电臂牵引网带B相电，中性区牵引网不带电；

当半数或以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车车厢通过时，则仲裁结果认为有列车车厢通过；当半数或以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车受电弓通过时，则仲裁结果认为有列车受电弓通过；

第一列车受电弓位置检测装置、第三列车受电弓位置检测装置、第二列车受电弓位置检测装置分别将仲裁结果通过无线电台或者光纤等方式发送给地面自动过分相系统；

地面自动过分相系统接收到列车受电弓已经到达第一列车受电弓位置检测装置的安装位置的信息后，执行相应的动作，使得中性区牵引网带A相电，列车受电弓带A相电进入中性区；

地面自动过分相系统接收到列车受电弓已经到达第三列车受电弓位置检测装置的安装位置的信息后，执行相应的动作，切换中性区电压，使得中性区牵引网带B相电，后续列车受电弓带B相电驶离中性区；

地面自动过分相系统接收到列车受电弓已经到达第二列车受电弓位置检测装置的安装位置的信息后，执行相应的动作，使得中性区牵引网恢复不带电状态。

本发明有益效果是：

本发明的基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置，一方面采用非接触式方法，检测环境的电场强度，无需列车配合，通过列车经过安装位置时引起的空间电场强度的变化，能够区分列车受电弓与车厢，快速准确定位列车受电弓已到达指定位置；另一方面，当该装置应用于地面自动过分相系统时，可以辅助实现列车平稳、不停电、无速度损失地通过电分相。如果线路附近环境噪声较大，通过在供电臂牵引网上方安装感应电极检测环境噪声，消除环境噪声的影响。本发明装置安装简单，无需对线路或者列车进行改造，成本相对较低，大大降低了施工难度和固定投资成本。

附图说明

本发明有如下附图：

图1-1是本发明基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的状态1的正视结构示意图；

图1-2是本发明基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的状态1的俯视结构示意图；

图2-1是本发明基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的状态2的正视结构示意图；

图2-2是本发明基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的状态2的俯视结构示意图；

图3-1是本发明基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的状态3的正视结构示意图；

图3-2是本发明基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的状态3的俯视结构示意图；

图4是本发明基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的在地面自动过分相系统中的安装结构示意图；

图5是本发明基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的去除环境噪声影响的安装结构示意图；

图6是本发明基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的具体实施例的实际测试波形。

图中：

1：接触网；2：吊弦；3：承力索；4：列车受电弓；5：车厢；6：右侧钢轨；7：左侧钢轨；8：第一感应电极；9：第二感应电极；10：第三感应电极；11：第一感应电极与第一电场强度检测装置连接线；12：第二感应电极与第二电场强度检测装置连接线；13：第三感应电极与第三电场强度检测装置连接线；14：第一电场强度检测装置；15：第二电场强度检测装置；16：第三电场强度检测装置；17：第一电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线；18：第二电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线；19：第三电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线；20：列车受电弓位置检测装置数据处理系统；21：第一供电臂牵引网；22：第二供电臂牵引网；23：中性区牵引网；24：钢轨；25：第一锚段关节转换区域；26：第二锚段关节转换区域；29：辅助电源系统；30：地面自动过分相系统；31：第一列车受电弓位置检测装置；32：第二列车受电弓位置检测装置；33：第三列车受电弓位置检测装置；34：第四感应电极；35：第四感应电极与第四电场强度检测装置连接线；36：第四电场强度检测装置；37：第四电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线。

具体实施方式

以下结合附图和实施案例对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，上述附图和下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1-1、图1-2、图2-1、图2-2、图3-1、图3-2所示：

本发明的基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置包括第一感应电极8，第一感应电极与第一电场强度检测装置连接线11，第一电场强度检测装置14，第一电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线17，列车受电弓位置检测装置数据处理系统20，辅助电源系统29。

承力索3连接的吊弦2吊住下方的接触网1，接触网1、吊弦2和承力索3构成的供电臂牵引网位于右侧钢轨6和左侧钢轨7上方。

车厢5在左侧钢轨7和右侧钢轨6组成的钢轨24上，车厢5与接触网1之间以列车受电弓4连接。

第一感应电极8安装在右侧钢轨6(或左侧钢轨7)外侧、车厢5外侧、列车受电弓4外侧，与接触网1、车厢5、列车受电弓4保持足够的安全距离。

上述装置中所述的第一感应电极8安装高度低于接触网1、高于车厢5顶部、略低于列车受电弓4。辅助电源系统29安装在第一电场强度检测装置14和列车受电弓位置检测装置数据处理系统20下方并给其供电。

第一感应电极8通过第一感应电极与第一电场强度检测装置连接线11与第一电场强度检测装置14连接。第一电场强度检测装置14通过第一电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线17与列车受电弓位置检测装置数据处理系统20连接。第一电场强度检测装置14检测第一感应电极8处的电场强度，并将检测结果以电压信号或者光信号的形式输出给列车受电弓位置检测装置数据处理系统20。列车受电弓位置检测装置数据处理系统20采集该信号，并对采样结果进行判断，从而判定是否有列车车厢5或者列车受电弓4通过，随后将判定结果发送给列车或者地面控制系统执行相应的动作。辅助电源系统29给第一电场强度检测装置14和列车受电弓位置检测装置数据处理系统20供电。

本发明的基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置的工作过程如下：

如图1-1、图1-2所示状态1：

当没有列车通过该列车受电弓位置检测装置安装位置时，接触网1、吊弦2和承力索3构成的牵引网系统电位相同，并在空间中产生相应的电场。第一感应电极8在电场中感应出电荷，与第一感应电极8相连的第一电场强度检测装置14输出相应电压信号或者光信号，列车受电弓位置检测装置数据处理系统20采集该信号并进行数据处理与判断。此时第一感应电极8处的电场强度基本没有变化，因此第一电场强度检测装置14输出的信号也基本没有变化。列车受电弓位置检测装置数据处理系统20判定没有列车通过。

如图2-1、图2-2所示状态2：

当只有列车车厢5通过该列车受电弓位置检测装置安装位置时，接触网1、吊弦2和承力索3构成的牵引网系统电位相同，并在空间中产生相应的电场。第一感应电极8在电场中感应出电荷，与第一感应电极8相连的第一电场强度检测装置14输出相应电压信号或者光信号，列车受电弓位置检测装置数据处理系统20采集该信号并进行数据处理与判断。而此时有列车车厢5通过，车厢5外壳接地，对第一感应电极8处的电场有屏蔽作用，第一感应电极8处的电场强度会明显下降，因此第一电场强度检测装置14输出的信号也会相应减小。列车受电弓位置检测装置数据处理系统20由此判定有列车车厢5通过。

如图3-1、图3-2所示状态3：

当有列车受电弓4通过该列车受电弓位置检测装置安装位置时，接触网1、吊弦2和承力索3构成的牵引网系统与列车受电弓4电位相同，并在空间中产生相应的电场。第一感应电极8在电场中感应出电荷，与第一感应电极8相连的第一电场强度检测装置14输出相应电压信号或者光信号，列车受电弓位置检测装置数据处理系统20采集该信号并进行数据处理与判断。车厢5外壳接地，对第一感应电极处电场有屏蔽作用，而此时有列车受电弓4通过，其水平宽度使得列车受电弓4与第一感应电极8的距离较近，第一感应电极8处的电场强度相较于只有列车车厢5通过时会明显上升，因此第一电场强度检测装置14输出的信号也会相应增大。列车受电弓位置检测装置数据处理系统20由此判定有列车受电弓4通过，随后将判定结果发送给列车或者地面控制系统执行相应的动作。

如图4所示：

本发明基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的在地面自动过分相系统中的安装结构：

包括三套基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置：第一列车受电弓位置检测装置31、第二列车受电弓位置检测装置32、第三列车受电弓位置检测装置33。

第一列车受电弓位置检测装置31结构有三套如图1-1、图1-2所示的结构：第一感应电极8通过感应电极与第一电场强度检测装置连接线11与第一电场强度检测装置14连接；第一电场强度检测装置14通过第一电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线17与列车受电弓位置检测装置数据处理系统20连接。第二感应电极9通过第二感应电极与第二电场强度检测装置连接线12与第二电场强度检测装置15连接；第二电场强度检测装置15通过第二电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线18与列车受电弓位置检测装置数据处理系统20连接。第三感应电极10通过第三感应电极与第三电场强度检测装置连接线13与第三电场强度检测装置16连接；第三电场强度检测装置16通过第三电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线19与列车受电弓位置检测装置数据处理系统20连接。

辅助电源系统29(图中未示)给第一电场强度检测装置14、第二电场强度检测装置15、第三电场强度检测装置16和列车受电弓位置检测装置数据处理系统20供电。

第二列车受电弓位置检测装置32、第三列车受电弓位置检测装置33结构与第一列车受电弓位置检测装置31相同。

也即每套基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置包括三个感应电极：第一感应电极8、第二感应电极9、第三感应电极10；包括三个电场强度检测装置：第一电场强度检测装置14、第二电场强度检测装置15、第三电场强度检测装置16；第一电场强度检测装置14、第二电场强度检测装置15、第三电场强度检测装置16输出的电压信号或者光信号输出给其连接的同一个列车受电弓位置检测装置数据处理系统20。列车受电弓位置检测装置数据处理系统20采集三路信号并进行数据处理与判断。

当半数或以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车车厢5通过时，则认为有列车车厢5通过；当半数或以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车受电弓4通过时，则认为有列车受电弓4通过。列车受电弓位置检测装置数据处理系统20将判断结果发送给与其连接的地面自动过分相系统30执行相应的动作。

第一列车受电弓位置检测装置31安装在靠近第一锚段关节转换区域25的第一供电臂牵引网21旁边，第二列车受电弓位置检测装置32安装在靠近第二锚段关节转换区域26的第二供电臂牵引网22旁边，第三列车受电弓位置检测装置33安装在中性区合适位置(确保列车第一个列车受电弓4到达该位置之后后续列车受电弓4均已进入中性区23，此时切换中性区23的电压不会引起供电臂牵引网相间短路)的牵引网旁边。第一列车受电弓位置检测装置31、第二列车受电弓位置检测装置32和第三列车受电弓位置检测装置33各自的列车受电弓位置检测装置数据处理系统20均与地面自动过分相系统30以无线电台或者光纤等的方式进行通信。

上述装置中所安装的第一列车受电弓位置检测装置31、第二列车受电弓位置检测装置32、第三列车受电弓位置检测装置33均安装在钢轨24(由前述的右侧钢轨6和左侧钢轨7组成)和列车车厢5外侧，第一列车受电弓位置检测装置31、第二列车受电弓位置检测装置32、第三列车受电弓位置检测装置33各自与钢轨24保持相同的距离(也与列车车厢5保持相同的距离)。同时当有列车受电弓4通过时，第一列车受电弓位置检测装置31、第二列车受电弓位置检测装置32、第三列车受电弓位置检测装置33与列车受电弓4保持足够的安全距离。每套列车受电弓位置检测装置的第一感应电极8、第二感应电极9、第三感应电极10安装在相同高度，且高度略低于列车受电弓4，高于车厢5顶部。

本发明的基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置在地面自动过分相系统中的工作过程如下：

起始状态：图4中第一供电臂牵引网21带A相电，第二供电臂牵引网22带B相电，中性区牵引网23不带电。

当列车受电弓4从左侧的第一供电臂牵引网21即将驶入中性区牵引网23时会先经过第一列车受电弓位置检测装置31的安装位置。第一列车受电弓位置检测装置31的三个感应电极：第一感应电极8、第二感应电极9、第三感应电极10先后检测到列车车厢5和列车受电弓4引起的环境电场强度的变化。第一列车受电弓位置检测装置31的数据处理系统20会对三个电场强度检测装置：第一电场强度检测装置14、第二电场强度检测装置15、第三电场强度检测装置16输出的电压信号或者光信号进行采样、判断以及仲裁。当两个及以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车车厢5通过时，则认为有列车车厢5通过；当两个及以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车受电弓4通过时，则认为有列车受电弓4通过。第一列车受电弓位置检测装置31将仲裁结果通过无线电台或者光纤等方式发送给地面自动过分相系统30。地面自动过分相系统30接收到列车受电弓4已经到达第一列车受电弓位置检测装置31的安装位置的信息后，执行相应的动作，使得中性区牵引网23带A相电。列车受电弓4带A相电进入中性区。

列车受电弓4进入中性区后会通过第三列车受电弓位置检测装置33的安装位置。此时，第三列车受电弓位置检测装置33的三个感应电极：第一感应电极8、第二感应电极9、第三感应电极10先后检测到列车车厢5和列车受电弓4引起的环境电场强度的变化。第三列车受电弓位置检测装置33的数据处理系统20会对三个电场强度检测装置：第一电场强度检测装置14、第二电场强度检测装置15、第三电场强度检测装置16输出的电压信号或者光信号进行采样、判断以及仲裁。当两个及以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车车厢5通过时，则认为有列车车厢5通过；当两个及以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车受电弓4通过时，则认为有列车受电弓4通过。第三列车受电弓位置检测装置33将仲裁结果通过无线电台或者光纤等方式发送给地面自动过分相系统30。地面自动过分相系统30接收到列车受电弓4已经到达第三列车受电弓位置检测装置33的安装位置的信息后，执行相应的动作，切换中性区电压，使得中性区牵引网23带B相电。后续列车受电弓4带B相电驶离中性区。

列车受电弓4驶离中性区后会通过第二列车受电弓位置检测装置32的安装位置。此时，第二列车受电弓位置检测装置32的三个感应电极：第一感应电极8、第二感应电极9、第三感应电极10先后检测到列车车厢5和列车受电弓4引起的环境电场强度的变化。第二列车受电弓位置检测装置32的数据处理系统20会对三个电场强度检测装置：第一电场强度检测装置14、第二电场强度检测装置15、第三电场强度检测装置16输出的电压信号或者光信号进行采样、判断以及仲裁。当两个及以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车车厢5通过时，则认为有列车车厢5通过；当两个及以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车受电弓4通过时，则认为有列车受电弓4通过。第二列车受电弓位置检测装置32将仲裁结果通过无线电台或者光纤等方式发送给地面自动过分相系统30。地面自动过分相系统30接收到列车受电弓4已经到达第二列车受电弓位置检测装置32的安装位置的信息后，执行相应的动作，使得中性区牵引网23恢复不带电状态。列车受电弓平稳、不停电、无速度损失地通过电分相。

本发明基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的去除环境噪声影响的安装结构如图5所示：

在图5中，本发明的基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置包括第一感应电极8，第一感应电极与第一电场强度检测装置连接线11，第一电场强度检测装置14，第一电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线17，第四感应电极34，第四感应电极与第四电场强度检测装置连接线35，第四电场强度检测装置36，第四电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线37，列车受电弓位置检测装置数据处理系统20，辅助电源系统29。

上述装置中所述的第一感应电极8安装高度低于接触网1，第四感应电极34安装在第一感应电极8的正上方且高度高于承力索3。辅助电源系统29安装在列车受电弓位置检测装置数据处理系统20下方并给同时给第一感应电极8、第四感应电极34，列车受电弓位置检测装置数据处理系统20供电。第一感应电极8和第四感应电极安装在车厢5外侧，分别与列车受电弓4和承力索3保持足够的安全距离。第一感应电极8通过第一感应电极与第一电场强度检测装置连接线11与第一电场强度检测装置14连接。第一电场强度检测装置14通过第一电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线17与列车受电弓位置检测装置数据处理系统20连接。第四感应电极34和通过第四感应电极与第四电场强度检测装置连接线35与第四电场强度检测装置36连接。第四电场强度检测装置36通过第四电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线37与列车受电弓位置检测装置数据处理系统20连接。第一电场强度检测装置14和第四电场强度检测装置36分别检测第一感应电极8和第四感应电极34处的电场强度，并将检测结果以电压信号或者光信号的形式输出给列车受电弓位置检测装置数据处理系统20。列车受电弓位置检测装置数据处理系统20采集两路信号并进行数据处理与判断。辅助电源系统29给第一电场强度检测装置14、第四电场强度检测装置36、列车受电弓位置检测装置数据处理系统20供电。

本发明的基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置的工作过程如下：

当没有列车通过该列车受电弓位置检测装置安装位置时，接触网1、吊弦2和承力索3构成的牵引网系统电位相同，并在空间中产生相应的电场。第一感应电极8和第四感应电极34处电场强度基本相同。如果环境噪声较大，第一感应电极8和第四感应电极34处电场强度的变化趋势基本相同。

当只有列车车厢5通过该列车受电弓位置检测装置安装位置时，接触网1、吊弦2和承力索3构成的牵引网系统电位相同，并在空间中产生相应的电场。此时有列车车厢5通过，车厢5外壳接地，对第一感应电极8和第四感应电极34处电场强度都有屏蔽作用，其电场强度都会下降。如果环境噪声较大，第一感应电极8和第四感应电极34处的电场强度依然能够保持相同的变化趋势。

当有列车受电弓4通过该列车受电弓位置检测装置安装位置时，接触网1、吊弦2和承力索3构成的牵引网系统与列车受电弓4电位相同，并在空间中产生相应的电场。车厢5外壳接地，对第一感应电极8和第四感应电极34处电场有屏蔽作用。此时有列车受电弓4通过，其水平宽度使得列车受电弓4与第一感应电极8的距离较近，第一感应电极8处的电场强度相较于只有列车车厢5通过时会明显上升，而第四感应电极34依然距离由接触网1、吊弦2和承力索3构成的牵引网系统和列车受电弓4较远，第四感应电极34处的电场强度相较于只有列车车厢5通过时变化不会很大。

基于以上描述，没有列车受电弓4通过时，第一感应电极8和第四感应电极34处的电场强度能够保持相同的变化趋势，有列车受电弓4通过时，第一感应电极8和第四感应电极34处电场强度的变化趋势有明显差异。据此，列车受电弓位置检测装置数据处理系统20对两路采样信号进行数据处理与判断之后可以消除环境噪声的影响，准确判断是否有列车受电弓通过。

基于电场强度变化的列车受电弓位置检测方法及装置的具体实施例如下：

在供电臂牵引网旁安装了一套如图1-1、图1-2所示的基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置。第一感应电极8采用了直径为20mm的不锈钢球，其距接触网1的水平距离约为1.2m，距离地面的垂直距离约为5.5m。

一趟3+0编组的HXD1型交流车经过该基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置的安装位置时，列车受电弓位置检测装置数据处理系统20采集到的电压信号如图6所示。

当没有列车通过时，第一电场强度检测装置14输出的电压信号约400mV；当列车车厢5通过时，接地的车厢5对第一感应电极8处的电场有屏蔽作用，第一感应电极8处的电场强度明显下降，第一电场强度检测装置14输出的电压信号由400mV下降到280mV。列车受电弓位置检测装置数据处理系统20由此可判定有列车车厢5通过。当3+0编组的交流车的第一个列车受电弓4通过时，其水平宽度使得列车受电弓与第一感应电极8的距离较近，第一感应电极8处的电场强度相较于只有列车车厢5通过时明显上升，第一电场强度检测装置14输出的电压信号由280mV上升到400mV。列车受电弓位置检测装置数据处理系统20由此可判定有列车受电弓通过。第一个列车受电弓4通过后，第一感应电极8处的电场强度迅速下降。随后第二个列车受电弓、第三个列车受电弓依次通过该基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置的安装位置，并与第一个列车受电弓4引起相同的电场强度变化。所有列车受电弓都通过该基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置的安装位置后，由于后续车厢均对第一感应电极8处的电场有屏蔽作用，因此第一感应电极8处的电场强度保持在较小水平，第一电场强度检测装置14输出的电压信号维持在280mV左右。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置，具有由接触网(1)、吊弦(2)和承力索(3)构成的牵引网，其特征在于：

第一感应电极(8)通过第一感应电极与第一电场强度检测装置连接线(11)和第一电场强度检测装置(14)相连；第一电场强度检测装置(14)通过第一电场强度检测装置与数据处理系统连接线(17)和列车受电弓位置检测装置数据处理系统(20)相连；

辅助电源系统(29)与第一电场强度检测装置(14)、列车受电弓位置检测装置数据处理系统(20)连接，为其供电；

第一感应电极(8)安装在钢轨(24)外侧，第一感应电极(8)安装高度低于接触网(1)、高于车厢(5)顶部、低于列车受电弓(4)。

2.如权利要求1所述的一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置的检测方法，其特征在于：

第一电场强度检测装置(14)检测出第一感应电极(8)处的电场强度，并将检测结果以电压信号或者光信号的形式输出给列车受电弓位置检测装置数据处理系统(20)；列车受电弓位置检测装置数据处理系统(20)采集该信号，并对采样结果进行判断，从而判定是否有列车车厢(5)或者列车受电弓(4)通过，随后将判定结果发送给列车或者地面控制系统执行相应的动作；

牵引网在感应电极(8)处产生电场；

当没有列车通过时，第一感应电极(8)处的电场强度取决于牵引网电压，相对较大；

当只有列车车厢(5)通过时，接地的车厢(5)对第一感应电极(8)处的电场有屏蔽作用，其电场强度会相应降低，据此可判断有列车车厢(5)通过；

当有列车受电弓(4)通过时，列车受电弓(4)与牵引网等电位，第一感应电极(8)与列车受电弓(4)距离较近，第一感应电极(8)处的电场强度明显增大，据此可判断有列车受电弓(4)通过。

3.如权利要求1所述的一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置，其特征在于：

第四感应电极(34)安装在第一感应电极(8)的正上方且高度高于承力索(3)，第四感应电极(34)和通过第四感应电极与第四电场强度检测装置连接线(35)与第四电场强度检测装置(36)连接；第四电场强度检测装置(36)通过第四电场强度检测装置与列车受电弓位置检测装置数据处理系统连接线(37)与列车受电弓位置检测装置数据处理系统(20)连接；辅助电源系统(29)与第四电场强度检测装置(36)连接为其供电。

4.如权利要求3所述的一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置的检测方法，其特征在于：

没有列车受电弓(4)通过列车受电弓位置检测装置安装位置时，第一感应电极(8)和第四感应电极(34)处的电场强度能够保持相同的变化趋势；有列车受电弓(4)通过列车受电弓位置检测装置安装位置时，第一感应电极(8)和第四感应电极(34)处电场强度的变化趋势有明显差异；列车受电弓位置检测装置数据处理系统(20)对两路采样信号进行数据处理与判断之后可消除环境噪声的影响，判断是否有列车受电弓(4)通过。

5.一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置，具有由接触网(1)、吊弦(2)和承力索(3)构成的牵引网，其特征在于：

钢轨(24)上方的供电臂牵引网依次顺序为：第一供电臂牵引网(21)、第一锚段关节转换区域(25)、中性区牵引网(23)、第二锚段关节转换区域(26)、第二供电臂牵引网(22)；

第一供电臂牵引网(21)侧方设有第一列车受电弓位置检测装置(31)、中性区牵引网(23)侧方设有第三列车受电弓位置检测装置(33)、第二供电臂牵引网(22)侧方设有第二列车受电弓位置检测装置(32)；

第一列车受电弓位置检测装置(31)、第二列车受电弓位置检测装置(32)、第三列车受电弓位置检测装置(33)的结构均为：两个或以上的感应电极分别以电场强度检测装置连接线和各自的电场强度检测装置连接，各电场强度检测装置分别以电场强度检测装置与数据处理系统连接线和列车受电弓位置检测装置数据处理系统(20)连接；

第一列车受电弓位置检测装置(31)、第二列车受电弓位置检测装置(32)、第三列车受电弓位置检测装置(33)各自的列车受电弓位置检测装置数据处理系统(20)与地面自动过分相系统(30)以无线电台或者光纤的方式进行通信。

6.如权利要求5所述的一种基于电场强度变化的列车受电弓位置检测装置的检测方法，其特征在于：

起始状态：第一供电臂牵引网(21)带A相电，第二供电臂牵引网(22)带B相电，中性区牵引网(23)不带电；

当半数或以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车车厢(5)通过时，则仲裁结果认为有列车车厢(5)通过；当半数或以上的电场强度检测装置检测结果判断有列车受电弓(4)通过时，则仲裁结果认为有列车受电弓(4)通过；

第一列车受电弓位置检测装置(31)、第三列车受电弓位置检测装置(33)、第二列车受电弓位置检测装置(32)分别将仲裁结果通过无线电台或者光纤方式发送给地面自动过分相系统(30)；

地面自动过分相系统(30)接收到列车受电弓(4)已经到达第一列车受电弓位置检测装置(31)的安装位置的信息后，执行相应的动作，使得中性区牵引网带A相电，列车受电弓(4)带A相电进入中性区；

地面自动过分相系统(30)接收到列车受电弓(4)已经到达第三列车受电弓位置检测装置(33)的安装位置的信息后，执行相应的动作，切换中性区电压，使得中性区牵引网带B相电，后续列车受电弓(4)带B相电驶离中性区；

地面自动过分相系统(30)接收到列车受电弓(4)已经到达第二列车受电弓位置检测装置(32)的安装位置的信息后，执行相应的动作，使得中性区牵引网恢复不带电状态。

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