CN113325219A - 一种铁路系统异常电压监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路系统异常电压监测装置，包括：采集单元，经配置以适于设置在信号线、电源线或地线上，采集流经的异常电信号；以及处理单元，其与所述采集单元电耦合，经配置以识别所述异常信号并发送识别结果。本发明进一步涉及一种铁路系统异常电压监测系统。

Description

一种铁路系统异常电压监测装置

技术领域

本发明涉及一种异常电压监测装置，特别地涉及一种铁路系统异常电压监测装置。

背景技术

基于现我国的铁路行业高速发展趋势，安全性以及稳定性是当前技术发展的首要功能之一。监测铁路系统的异常信息，保证铁路系统的安全运行，是当今铁路系统研发的首要考虑问题。在这其中，铁路系统的用电安全，是整个铁路系统安全运行的重中之重。

对铁路系统安全的重视需要对异常电压进行实时监测，防止安全问题的发生，则需要对铁路系统的异常电压参数与特性进行数据分析，得出异常的背后原因，便于铁路系统与铁路设备技术升级与运维提供重要的数据支撑。而且需要面对庞大的铁路系统需要对各个监测点实现远程定位，方便运维与快速响应。铁路系统运行过程中，无论是供电线路或是信号线路，都可能存在雷击过压、电压波动等问题，现有技术缺少一个能集中、准确的解决方案。

例如，目前在铁路系统监测感应雷电的装置一般采用雷击计数器，主要记录雷击产生的感应泄放雷电流。但雷击计数器具有诸多缺点：1)雷击计数器计数不准确，触发点不灵敏；2)雷击计数器缺少各类过电压、过电流的数据分析，例如触发时间、持续时间、最大值、冲击总能量大小等；3)雷击计数器技术范围小，只是简单的利用一个大数值电感来感应发生的异常电压；4)雷击计数器运维过程困难，雷击监测装置往往安装在高空、高压、封闭等难以进入的设备场所，运维人员需要在去到安装现场才能检查检测装置。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种铁路系统异常电压监测装置，包括：采集单元，经配置以适于设置在信号线、电源线或地线上，采集流经的异常电信号；以及处理单元，其与所述采集单元电耦合，经配置以识别所述异常信号并发送识别结果。

特别的，异常信号包括：雷击感应过电压、电压异常波动、过载欠压和/或贯通回流。

特别的，所述采集单元包括：处理模块，配置以识别所述异常信号；电源模块，耦合至所述处理模块，配置以为所述处理模块供电；交互模块，耦合至所述处理模块，所述交互模块经配置以显示异常信号、异常报警和/或调整所述处理模块参数。

特别的，所述交互模块包括：显示模块，配置以显示异常信号；报警模块，配置以发现异常信号后发出报警信号；操作模块，配置以调整所述处理模块参数。

特别的，其中所述识别结果包括异常信号类型、幅值大小、频率、时长、发生时间和/或发生地点。

特别的，其中识别异常信号至少基于信号的幅值大小、频率和/或时长。

特别的，进一步包括数据传输模块，所述数据传输模块经配置以发送所述识别结果。

特别的，采集单元包括：线圈，配置以获取相应线路的电信号；第一过滤放大模块，耦合至所述线圈；以及第二过滤放大模块，耦合所述第一过滤放大模块。

特别的，采集单元进一步包括：第一电感，其第一端耦合至所述第一过滤放大模块第一引脚，第二端耦合至第二过滤放大模块第一引脚；多个电阻，所述电阻第一端耦合至所述第二过滤放大模块；第二电感，其第一端耦合至所述至少一个电阻的第二端，电阻第二端耦合至地线；第一电容，其第一端耦合至所述第一过滤放大模块第三引脚，第二端耦合至第一过滤放大模块第四引脚。

本申请进一步包括一种铁路系统异常电压监测系统，包括：如权利要求1-9任一所述铁路系统异常电压监测装置；信息平台，配置以接收并存储所述铁路系统异常电压监测装置发送的识别结果。

特别的，其中所述信息平台进一步配置以根据所述识别结果，基于相应学习模型以判断或预测异常电压的产生。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例一种铁路系统异常电压监测装置使用场景示意图；

图2是根据本发明的一个实施例处理单元结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施例采集单元结构示意图；

图4是根据本发明的一个实施例铁路系统异常电压监测系统示意图；

图5A是根据本发明的一个实施例雷电流波形示意图；以及

图5B是根据本发明的一个实施例过电流波形示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

本发明涉及一种铁路系统异常电压监测装置，图1是根据本发明的一个实施例一种铁路系统异常电压监测装置使用场景示意图，如图1所示。在实际使用过程中，异常电压监测装置包括：采集单元11和处理单元12，其中处理单元12耦合至采集单元11。

采集单元11设置在信号线、电源线和/或地线上，配置以采集相应线路的电信号。在一些实施例中，采集单元11套设在信号线、电源线和/或地线上。对于本申请，信号线、电源线和/或地线可以是铁路系统内设备13的地线16或设备与设备之间的信号线或电源线15。在一些实施例中，铁路系统设备13可以是电力配电箱、电力防雷箱、防雷分线柜、计算机设备、机械室组合架等。在一些实施例中，铁路系统设备13包括接地排14，设备13内的用电器经过接地排14统一接地。在一些实施例中，铁路系统设备13包括SPD设备17，设备13内的用电器经过接地排14统一接地。

处理单元12，耦合至信号采集单元11，配置以识别线路中的异常信号并发送识别结果。在一些实施例中，异常信号包括：雷击感应过电压、电压波动、过载欠压和/或贯通回流。

图2是根据本发明的一个实施例处理单元结构示意图，如图2所示。采集单元包括：

处理模块201，配置以识别线路中的异常信号。在一些实施例中，处理模块包括：STM32F429IGT6单片机。

电源模块202，耦合至处理模块201，配置以为所述处理模块供电。在一些实施例中，电源模块202可以是直流源或交流源。

在一些实施例中，处理单元进一步包括交互模块204，所述交互模块经配置以显示异常信号、异常报警和/或调整所述处理模块参数。在一些实施例中，交互模块204包括：

显示模块，配置以显示异常信号。

报警模块，配置以发现异常信号后发出报警信号。

操作模块，配置以调整所述处理模块参数。在一些实施例中，操作模块是一种多个按钮的键盘。

在一些实施例中，处理单元进一步包括数据传输模块203，经配置以发送识别结果。在一些实施例中，识别结果可以是线路的状态和/或异常信号信息。在一些实施例中，异常信号信息可以是雷击感应过电压、电压波动、过载欠压和/或贯通回流发生的时间、地点、种类等信息。在一些实施例中，数据传输模块203可以包括数据存储功能、有线传输功能和/或无线传输功能。

在一些实施例中，采集单元如图3所示，包括：一振荡电路，可以自适应耦合被测量线路的异常电压，进一步会采集线路上的异常电压波动，经过差分控制线路回流补偿，采集过压、欠压、过流、短接、断路等波形数据，经过特殊算法分析其特性与相关参数。在一些实施例中，该振荡电路可以是图3所示结构。图3是根据本发明的一个实施例采集单元结构示意图，如图3所示，采集单元包括：

线圈341，配置以获取相应线路的电信号。第一过滤放大模块301，耦合至线圈341，配置以采集过滤电信号。第二过滤放大模块302，其第一引脚耦合至所述第一过滤放大模块301第一引脚，其第二引脚耦合至所述第一过滤放大模块301第二引脚，其第三引脚耦合至所述第一过滤放大模块301第三引脚，其第四引脚耦合至所述第一过滤放大模块301第四引脚，配置以过滤放大电信号。在一些实施例中，第二过滤放大模块302输出模拟信号。

在一些实施例中，采集单元进一步包括：

第一电感311，其第一端耦合至所述第一过滤放大模块301第一引脚，第二端耦合至第二过滤放大模块302第一引脚。

第一电阻321，其第一端耦合至所述第一电感311第二端，第二端耦合至第二过滤放大模块302第二引脚。

第二电阻322，其第一端耦合至所述第一过滤放大模块301第三引脚，第二端耦合至第一过滤放大模块301第四引脚。

第三电阻323，其第一端耦合至所述第一电感311第二端，第二端耦合至第二电感312第一端。

第四电阻324，其第一端耦合至所述第一过滤放大模块301第二引脚，第二端耦合至第二电感312第一端。

第五电阻325，其第一端耦合至所述第一过滤放大模块301第三引脚，第二端耦合至第二电感312第一端。

第六电阻，其第一端耦合至所述第一过滤放大模块301第四引脚，第二端耦合至第二电感312第一端。

第二电感312，其第二端耦合至地线。

第一电容331，其第一端耦合至所述第一过滤放大模块第三引脚，第二端耦合至第一过滤放大模块第四引脚。

如图1-图3所示，在一些实施例中，采集单元11套设在电源线、信号线或地线外。当线路内的电信号流经采集单元11后，采集单元内的振荡电路通过线圈341采集到电流波动，发送至整个振荡电路。电信号经过振荡电路处理后，经第二过滤放大模块302发出。输出的信号经输入端口205(图2)输入至处理模块201。处理模块201根据预先设定的规则对输入信号进行判断，将当前信号是否为异常信号，是何种异常信号，以及异常信号发生的时间、地点等信息进行判断汇总，得到信号的识别结果。最后，经过数据传输模块203存储或发出。

在一些实施了中，对于异常信号的判断可以基于信号的电压幅值、频率、能量和/或时间等参数进行判断。在一些实施中，雷电过电压和工频过电压的频率不一样，雷电过电压是高频波，工频过电压是50Hz频率波。在一些实施中，电压幅值在工作电压120％以下的信号认为是工作信号，超出的为过电压。

图4是根据本发明的一个实施例铁路系统异常电压监测系统示意图。在一些实施例中，异常信号的传输可以经过本申请异常电压监测装置402发出至中继服务器411，再发送到数据平台420。在一些实施例中，异常信号的传输可以经过本申请异常电压监测装置401直接发送至数据平台420。在一些实施例中，异常电压监测装置402通过5G信号进行数据传输。

在一些实施例中，多个异常电压监测装置独立安装与运行。其中，异常电压监测装置401、异常电压监测装置402、异常电压监测装置403等负责对铁路轨道、铁路控制室、铁路建筑、铁路系统二次设备的等电缆、信号线进行异常电压监测，把过压、欠压、过流、短接情况等状态以及其异常波动时发生的数据大小值进行记录、分析、结果总结、方案推算、告警提示等。在一些实施例中，基于数据平台420的汇总的数据，针对性的对铁路系统某处进行调整。例如，某处雷击次数过多，针对性的增强该处的雷电防护。

在一些实施例中，多个异常电压监测装置可以相互通信，进行数据交互，代替数据的记录、上传、保存等数据操作。数据平台420也可以对铁路系统异常电压监测装置进行数据交互，可以向铁路系统异常电压监测装置远程写入数据、更新程序、重新配置参数等操作。

图5A是根据本发明的一个实施例雷电流波形示意图，图5B是根据本发明的一个实施例过电流波形示意图。

如图5A和图5B所示，其中，x轴为时间，y轴为电压幅值。图5A中，其频率为3.3557khz，y轴幅值显然超出120％工作电压，判断异常信号为雷电流过压。图5B中，其频率为586.17hz，y轴幅值显然超出120％工作电压，判断异常信号为过电压。

本发明铁路系统异常电压监测装置主要是通过电磁场传感器感应异常电压的相关参数数据，精度较高，对各种异常电压都可以进行数据监测感应。本发明能实时通过电磁传感器监测电缆、电源电路、信号电路击穿放电情况。本发明传感器帖和在电线上，感应电磁脉冲变化幅值,记录触发时间、异常电压的数值大小。本发明监测范围较大，低至20V电压波动，最高15KV异常电压感应数值才饱和，24小时实时监测。

本发明实现分布式安装定位故障点，各个铁路系统异常电压监测装置之间实现数据相互加密通信，数据授权读取上传。本发明加入5G组网，数据终端(数据监控平台)通过5G信号实时监测铁路系统异常电压监测装置，远程告警。进一步给铁路相关工作人员提供危害参考数据，铁路工作人员可以对此采集的异常数据进行及时运维，铁路工作人员也可以针对不一样的异常次数的设备室、电缆线、轨道二次设备等得出不同的有效的保护措施方案，进一步对现场进行有针对性的防护措施以及做更好的方案改进。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (11)

1.一种铁路系统异常电压监测装置，包括：

采集单元，经配置以适于设置在信号线、电源线或地线上，采集流经的异常电信号；以及

处理单元，其与所述采集单元电耦合，经配置以识别所述异常信号并发送识别结果。

2.根据权利要求1所述的装置，异常信号包括：雷击感应过电压、电压异常波动、过载欠压和/或贯通回流。

3.根据权利要求1所述的装置，所述采集单元包括：

处理模块，配置以识别所述异常信号；

电源模块，耦合至所述处理模块，配置以为所述处理模块供电；

交互模块，耦合至所述处理模块，所述交互模块经配置以显示异常信号、异常报警和/或调整所述处理模块参数。

4.根据权利要求3所述的装置，所述交互模块包括：

显示模块，配置以显示异常信号；

报警模块，配置以发现异常信号后发出报警信号；

操作模块，配置以调整所述处理模块参数。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述识别结果包括异常信号类型、幅值大小、频率、时长、发生时间和/或发生地点。

6.根据权利要求1所述的装置，其中识别异常信号至少基于信号的幅值大小、频率和/或时长。

7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括数据传输模块，所述数据传输模块经配置以发送所述识别结果。

8.根据权利要求1所述的装置，采集单元包括：

线圈，配置以获取相应线路的电信号；

第一过滤放大模块，耦合至所述线圈；以及

第二过滤放大模块，耦合所述第一过滤放大模块。

9.根据权利要求8所述的装置，采集单元进一步包括：

第一电感，其第一端耦合至所述第一过滤放大模块第一引脚，第二端耦合至第二过滤放大模块第一引脚；

多个电阻，所述电阻第一端耦合至所述第二过滤放大模块；

第二电感，其第一端耦合至所述至少一个电阻的第二端，电阻第二端耦合至地线；

第一电容，其第一端耦合至所述第一过滤放大模块第三引脚，第二端耦合至第一过滤放大模块第四引脚。

10.一种铁路系统异常电压监测系统，包括：

如权利要求1-9任一所述铁路系统异常电压监测装置；

信息平台，配置以接收并存储所述铁路系统异常电压监测装置发送的识别结果。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述信息平台进一步配置以根据所述识别结果，基于相应学习模型以判断或预测异常电压的产生。

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