CN116592805A - 一种重载铁路接触网导线平顺状态检测方法和相关产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及重载铁路运输领域，公开了一种重载铁路接触网导线平顺状态检测方法和相关产品，所述方法包括：通过检测接触网导线的结速度信号，以及列车的运行速度信号，从而确定接触网导线的不平顺位置；再对所述接触网导线的不平顺位置的波形特征进行分析，从而确定所述接触网导线的不平顺类型。本发明无需人工检测，避免了因人工肉眼观测，主观因素占据主导，依靠经验为主，工作量大，精度低的问题；根据不同的不平顺类型给出检修维护建议或预警信息，指导检修，做到事前风险预判，降低安全隐患；实现自动检测重载铁路接触网导线的平顺状态，提高了接触网导线平顺状态监测的智能化程度。
Description
技术领域
本发明涉及重载铁路运输领域，尤其涉及一种重载铁路接触网导线平顺状态检测方法和相关产品。
背景技术
铁路运输是我国目前最主要的运输渠道。重载铁路电力机车运行过程中，在通过受电弓和接触网接触获取电流的同时，受接触网导线本体状态的影响较为突出，其中，对接触线平顺性要求较高，当接触线弹性不均匀，即导线出现硬点、坡度变化大、导线出现扭面、导线覆冰、泥煤油污严重着覆以及由施工引起的人为参数变化，致使接触线和受电弓接触不平顺，造成间歇性接触，使受电弓运行过程中发生取流不畅或打弓，从而会影响重载铁路正常运输秩序。
现有相关技术中，针对接触网导线平顺状态的检测主要是通过人为检修观测、人工测量和故障后维修为主。由于人工肉眼观测，主观因素占据主导，依靠经验为主，工作量大，精度低；其缺乏事前风险预判，对隐患控制缺乏有效控制措施，无相应的预警报警机制；对接触网导线平顺状态监测的智能化程度低。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中接触网导线平顺状态检测精度低及缺乏事前风险预判的技术问题，对重载运输环境下电力机车受电弓与接触网导线的接触状态进行检测。
主要通过以下技术方案实现上述发明目的：
第一方面，一种重载铁路接触网导线平顺状态检测方法，通过检测接触网导线的结速度信号，以及列车的运行速度信号，从而确定接触网导线的不平顺位置；再对所述接触网导线的不平顺位置的波形特征进行分析，从而确定所述接触网导线的不平顺类型。
第二方面，一种重载铁路接触网导线平顺状态检测装置，包括：
第一确定模块，用于根据接触网导线的加速度信号和列车的运行速度信号，确定接触网导线的不平顺位置；
第二确定模块，用于对所述接触网导线的不平顺位置的波形特征进行分析，确定所述接触网导线的不平顺类型。
第三方面，一种重载铁路接触网导线平顺状态检测系统，包括：
控制器，执行如第一方面所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的步骤；
加速度传感器，用于检测接触网导线的加速度信号；
速度传感器，用于检测列车的运行速度信号。
第四方面，一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的部分或全部步骤。
第五方面，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的部分或全部步骤。
第六方面，一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的部分或全部步骤。
相较于现有技术的有益效果：
1、无需人工检测，避免了因人工肉眼观测，主观因素占据主导，依靠经验为主，工作量大，精度低的问题。
2、通过实施检测采集获取接触网导线的加速度信号，以及列车的运行速度信号，从而确定接触网导线的不平顺位置；再对所述接触网导线的不平顺位置的波形特征进行分析，从而确定所述接触网导线的不平顺类型，从而根据不同的不平顺类型给出检修维护建议或预警信息，指导检修，做到事前风险预判，降低安全隐患。
3、实现自动检测重载铁路接触网导线的平顺状态，提高了接触网导线平顺状态监测的智能化程度。
4、有效指导新建、改建运输专线动态验收、安全评估以及运营线路巡检运维管理，符合标准GB-T25119-2010《轨道交通机车车辆电子装置》规定的技术要求，给铁路牵引供电接触网试验检验、施工验收、运营管理、养护维修提供了明确的检测手段和技术标准支撑，有助于指导设备管理单位做出精准性、预见性处理方案及应对措施。
附图说明
图1示出了本发明一种重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的流程示意图；
图2示出了本发明受电弓与接触网导线运行状态示意图；
图3示出了本发明接触网导线平顺状态检测设备安装示意图；
图4示出了本发明接触网导线平顺状态检测系统的结构示意图；
图5示出了本发明实施例二另一种重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的流程示意图；
图6示出了本发明实施例二另一种接触网导线平顺状态检测系统的结构示意图；
图7示出了本发明实施例二另一种接触网导线平顺状态检测设备安装示意图；
图8示出了本发明实施例二另一种接触网导线平顺状态检测系统的结构示意图；
图9示出了本发明实施例一种重载铁路接触网导线平顺状态检测装置的结构示意图；
图10示出了本发明一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供了重载铁路接触网导线平顺状态检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，获取接触网导线的加速度信号和列车的运行速度信号。
步骤2，根据接触网导线的加速度信号和列车的运行速度信号，确定接触网导线的不平顺位置。
步骤3，对所述接触网导线的不平顺位置的波形特征进行分析，确定所述接触网导线的不平顺类型。
如图2所示，机车受电弓2从牵引供电系统接触网导线1获得27.5kV高压电，获取电能，进而为整个列车3提供电能。
如图3所示，通过安装在受电弓2上的加速度传感器4检测获取接触网导线的加速度信号。而加速度传感器4可为振动加速度传感器和/或冲击加速度传感器。其中，振动加速度传感器用于检测接触网导线1垂向的振动加速度信号或受电弓的加速度信号，实现接触网导线1长波不平顺检测，冲击加速度传感器用于检测受电弓2对接触网导线1产生的冲击加速度信号，实现接触网导线1短波不平顺检测。需要说明的是，加速度传感器4可以一个传感器也可以是由多个传感器组合成的传感器组，例如，振动加速度传感器可为振动加速度传感器组，冲击加速度传感器可为冲击加速度传感器组。
如图4所示，为接触网导线平顺状态检测系统的结构示意图，包括上述振动加速度传感器4a，冲击加速度传感器4b，前端信号调理模块5，后端信号调理模块6，控制器7，惯性导航8，速度传感器9。
本发明所述方法的执行主体可以是安装在电力机车电气柜的控制器7。控制器7用于协调各元件工作，使各个元件之间能相互识别和通信，控制器7可以采取例如微处理器或处理器、ECU，包括但不限于以下微控制器：Atmel AT91SAM、MicroController以及SamsungS3C2410。
加速度传感器4a和4b采集的接触网导线的振动加速度信号和冲击加速度信号，经前端信号调理模块5进行时频转换、滤波，发送给后端信号调理模块6，前端信号调理模块5与后端信号调理模块6通过无线网络通讯，例如，采用WIFI方式，支持命令模式、多级链路检测和断线重拨机制，在前端信号调理模块5和后端信号调理模块6分别设置相应的通信模块执行选定的无线通信，同时配置私有协议进行保护，本发明实施例在此不再赘述。后端信号调理模块6将接收的信号进行数模转换、滤波后，发送给控制器7。其中，前端信号调理模块5安装于受电弓2上，后端信号调理模块6安装于列车3的电气柜。在列车行驶过程中，由于接触网导线1的不平顺，受电弓2在行驶过程会对接触网导线产生冲击，设置在受电弓2上的加速度传感器用于检测能够反映冲击力的在竖直方向上的加速度信号，前端信号调理模块5用于采集该加速度传感器检测到的信号，并将该信号通过无线通信方式发送给后端信号调理模块6，能够实现高、低电压之间的绝缘隔离，防止高电压击穿低电压侧的设备或造成人身伤害。
所述惯性导航8与控制器7连接，安装于列车3的任意位置均可，用于检测列车3的位置信号，并将检测的位置信号发送给控制器7。所述惯性导航8集成了带有双天线GNSS接收器，经温度校准加速度计、陀螺仪、磁力计融合算法，可为铁路沿线接触网设备提供精致可靠的定位和方向数据。
所述速度传感器9与控制器7连接，安装于列车3的任意位置均可，用于检测列车3的运行速度信号，并将检测的运行速度信号发送给控制器7。所述速度传感器9收集列车3的实时运行速度，辅助完成接触网导线的短波不平顺以及长波不平顺病害的里程定位，反馈至控制器7。
控制器7接收后端信号调理模块6发送的经过调理后的加速度信号，即，接触网导线的振动加速度信号和冲击加速度信号，以及，列车的运行速度信号，从而确定接触网导线的不平顺位置。
针对接触网导线的不平顺位置的波形特征进行分析：
采用第一计算式计算所述接触网导线的不平顺位置的第一特征波长；所述第一计算式如下：
λi1＝/Fv；
其中，λi1为第一特征波长，V为所述不平顺位置对应的列车运行速度；Fv为所述不平顺位置处所述接触网导线的加速度信号主频；i表示所述接触网导线的第i个不平顺位置；
采用第二计算式计算所述接触网导线的不平顺位置的第二特征波长；所述第二计算式如下：
λi2＝V/fv；
其中，λi2为第二特征波长，fv为所述不平顺位置处所述接触网导线的加速度信号次主频；
根据预设的第一特征波长、第二特征波长与不平顺类型的对应关系，确定所述接触网导线不平顺位置处的不平顺类型。
预设的第一特征波长、第二特征波长与不平顺类型的对应关系如下表1所示：
| 类型 | 特征1 | 特征2 |
| 电连接 | λ11 | λ12 |
| 定位器 | λ21 | λ22 |
| 锚段关节 | λ31 | λ32 |
| 线岔 | λ41 | λ42 |
| 分相 | λ51 | λ52 |
| 分段 | λ61 | λ62 |
表1
所述接触网导线的不平顺位置处的信号的幅值A和次幅值a，与不平顺类型的对应关系如下表2所示：
| 类型 | A | a |
| 电连接 | A1 | a1 |
| 定位器 | A2 | a2 |
| 锚段关节 | A3 | a3 |
| 线岔 | A4 | a4 |
| 分相 | A5 | a5 |
| 分段 | A6 | a6 |
表2
由上可知，所述接触网导线不平顺位置处的第一特征波长和第二特征波长满足表1(即达到各类型对应的第一特征波长阈值和第二特征波长阈值)，且，所述接触网导线不平顺位置处的信号波形的幅值A和次幅值a满足表2(即达到各类型对应的幅值阈值和次幅值阈值)，则确定所述接触网导线不平顺位置处的不平顺类型。从而实现接触网导线平顺度的精准检测。本发明中针对接触网导线的不平顺类型包括例如：电连接、定位器、锚段关节、线岔、分相、分段等。
在一些情况下，本实施例的方法还可以包括：
步骤4，根据所述接触网导线不平顺位置处的不平顺类型，及相应的历史加速度数据，分析所述接触网导线不平顺位置处不平顺的起源、发展及危害，以匹配相应的检修方案。
步骤5，根据所述接触网导线不平顺位置处不平顺的危害程度，发送相应的预警信号给列车管理人员。
检测接触网导线平顺度之后，还可以对接触网导线平顺度的检测结果进行管理，通过对位置定位以及历史数据的采集管理，可进一步记录和统计分析接触线不平顺的起源、发展及危害，进而给出检修维护建议或预警信息，指导检修。以及，根据所述接触网导线不平顺位置处不平顺的危害程度，发送相应的预警信号给列车管理人员。
实施例二
本发明实施例还提供了重载铁路接触网导线平顺状态检测方法，如图5所示，包括以下步骤：
步骤1，获取接触网导线的加速度信号和列车的运行速度信号。
步骤2，根据接触网导线的加速度信号和列车的运行速度信号，确定接触网导线的不平顺位置。
步骤3，对所述接触网导线的不平顺位置的波形特征进行分析，确定所述接触网导线的不平顺类型。
步骤4，根据所述接触网导线不平顺位置处的不平顺类型，及相应的历史加速度数据，分析所述接触网导线不平顺位置处不平顺的起源、发展及危害，以匹配相应的检修方案。
步骤5，根据所述接触网导线不平顺位置处的危害程度，发送相应的预警信号给列车管理人员。
步骤6，获取所述不平顺位置处接触网导线和受电弓的图像信号。
步骤7，根据所述图像信号对所述接触网导线的不平顺位置处的故障定位。
上述步骤1～5可参考上述实施例一，此处不再赘述。
如图6所示，接触网导线平顺状态检测系统还包括光源模块10和相机模块11，所述光源模块10和相机模块11均与控制器7连接，如图7所示，均安装于列车3车顶上靠近受电弓2的位置，所述光源模块10用于照射接触网导线，相机模块11用于采集接触网导线1和受电弓2的图像。
光源模块10可采用激光光源，用于发出照射受电弓滑板以及滑板前后预设距离内的接触网导线，相机模块11用于采集受电弓滑板以及滑板前后预设距离内的接触网导线的图像信号，完成与上述各传感器同步，实时记录接触网导线以及受电弓的图像信号，用于在发现问题时通过记录的图像信号溯源，即，根据不平顺位置处接触网导线和受电弓的图像信号，对接触网导线的不平顺位置处的故障进行定位，无需维护人员赶往问题位置现场进行故障定位，降低维护成本，提高重载铁路接触网导线平顺性能管理的智能化程度。
在一个可行的实施方式中，控制器7具备供电网络接口连接条件，能够提供实时电能质量参数，内置电压表和电流表，与机车次边电气组件相连，具有接收并存储采集信号的功能。如图8所示，接触网导线平顺状态检测系统还包括供电网络接口12、电压模块13、电流模块14，与所述控制器7连接。通过该供电网络接口12，控制器7可与外部设备进行通信交互，将采集的信号以及分析情况发送给外部设备或者接收外部设备反馈的信号指令。
所述电压模块13和电流模块14均安装于所述列车3上，均与所述控制器7连接，所述电压模块13和电流模块14，用于检测受电弓2随线路运行时的电压和电流信号，检测的信号发送给控制器7，用于检测监测列车实时功率、列车侧电能质量、供电参数等，实现重载列车弓网电气参数监测。
实施例三
提供了重载铁路接触网导线平顺状态检测装置，如图9所示，所述装置200包括：
获取模块210，用于获取接触网导线的加速度信号和列车的运行速度信号；
第一确定模块220，用于根据接触网导线的加速度信号和列车的运行速度信号，确定接触网导线的不平顺位置；
第二确定模块230，用于对所述接触网导线的不平顺位置的波形特征进行分析，确定所述接触网导线的不平顺类型。
在一个可行的实施方式中，所述加速度信号包括：
接触网导线垂向的振动加速度信号和受电弓对接触网导线产生的冲击加速度信号，所述振动加速度信号用于检测接触网导线长波不平顺，所述冲击加速度信号用于检测接触网导线短波不平顺。
在一个可行的实施方式中，所述第二确定模块230包括：
第一计算单元2301，用于计算所述接触网导线的不平顺位置的第一特征波长：λi1＝/Fv；其中，V为所述不平顺位置对应的列车运行速度；Fv为所述不平顺位置处所述接触网导线的加速度信号主频；i表示所述接触网导线的第i个不平顺位置；
第二计算单元2302，用于计算所述接触网导线的不平顺位置的第二特征波长：λi2＝/fv；其中，fv为所述不平顺位置处所述接触网导线的加速度信号次主频；
确定单元2303，用于根据预设的特征波长与不平顺类型对应关系，确定所述接触网导线不平顺位置处的不平顺类型。
在一个可行的实施方式中，还包括：
故障定位模块240，用于根据获取的所述不平顺位置处接触网导线和受电弓的图像信号，对所述接触网导线的不平顺位置处的故障定位。
在一个可行的实施方式中，还包括：
匹配检修模块250，用于根据所述接触网导线不平顺位置处的不平顺类型，及相应的历史加速度数据，分析所述接触网导线不平顺位置处不平顺的起源、发展及危害，以匹配相应的检修方案。
在一个可行的实施方式中，还包括：
预警模块260，用于根据所述接触网导线不平顺位置处不平顺的危害程度，发送相应的预警信号给列车管理人员。
本发明实施例重载铁路接触网导线平顺状态检测装置是对应上述实施例重载铁路接触网导线平顺状态检测方法，实现相应的功能。由于上述实施例中已经对重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的实施方式进行了详细的说明，故在此不再赘述。
实施例四
本发明实施例还提供了一种电子设备30，如图10所示，包括存储器31、处理器32以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序33，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的步骤。
实施例五
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的步骤。
实施例六
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的步骤。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (11)
1.一种重载铁路接触网导线平顺状态检测方法，其特征在于，包括：
获取接触网导线的加速度信号和列车的运行速度信号；
根据接触网导线的加速度信号和列车的运行速度信号，确定接触网导线的不平顺位置；
对所述接触网导线的不平顺位置的波形特征进行分析，确定所述接触网导线的不平顺类型。
2.如权利要求1所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法，其特征在于，所述加速度信号包括：
接触网导线垂向的振动加速度信号和受电弓对接触网导线产生的冲击加速度信号，所述振动加速度信号用于检测接触网导线长波不平顺状态，所述冲击加速度信号用于检测接触网导线短波不平顺状态。
3.如权利要求1或2所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法，其特征在于，对所述接触网导线的不平顺位置的波形特征进行分析，确定所述接触网导线的不平顺类型，包括：
采用第一计算式计算所述接触网导线的不平顺位置的第一特征波长；所述第一计算式如下：
λi1＝/Fv；
其中，λi1为第一特征波长，V为所述不平顺位置对应的列车运行速度；Fv为所述不平顺位置处所述接触网导线的加速度信号主频；i表示所述接触网导线的第i个不平顺位置；
采用第二计算式计算所述接触网导线的不平顺位置的第二特征波长；所述第二计算式如下：
λi2＝/fv；
其中，λi2为第二特征波长，fv为所述不平顺位置处所述接触网导线的加速度信号次主频；
根据预设的第一特征波长、第二特征波长与不平顺类型的对应关系，确定所述接触网导线不平顺位置处的不平顺类型。
4.如权利要求1所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法，其特征在于，还包括：
获取所述不平顺位置处接触网导线和受电弓的图像信号，根据所述图像信号对所述接触网导线的不平顺位置处的故障定位。
5.如权利要求1所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法，其特征在于，还包括：
根据所述接触网导线不平顺位置处的不平顺类型，及相应的历史加速度数据，分析所述接触网导线不平顺位置处不平顺的起源、发展及危害，以匹配相应的检修方案。
6.如权利要求5所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法，其特征在于，还包括：
根据所述接触网导线不平顺位置处的危害程度，发送相应的预警信号给列车管理人员。
7.一种重载铁路接触网导线平顺状态检测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取接触网导线的加速度信号和列车的运行速度信号；
第一确定模块，用于根据接触网导线的加速度信号和列车的运行速度信号，确定接触网导线的不平顺位置；
第二确定模块，用于对所述接触网导线的不平顺位置的波形特征进行分析，确定所述接触网导线的不平顺类型。
8.一种重载铁路接触网导线平顺状态检测系统，其特征在于，包括：
控制器，执行如权利要求1～6任一项所述重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的步骤；
加速度传感器，用于检测接触网导线的加速度信号；
速度传感器，用于检测列车的运行速度信号。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～6任一项所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～6任一项所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的步骤。
11.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～6任一项所述的重载铁路接触网导线平顺状态检测方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310382131.XA CN116592805A (zh) | 2023-04-11 | 2023-04-11 | 一种重载铁路接触网导线平顺状态检测方法和相关产品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| CN116592805A true CN116592805A (zh) | 2023-08-15 |
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Family Applications (1)
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- 2023-04-11 CN CN202310382131.XA patent/CN116592805A/zh active Pending
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