用于检测轨道高架接触线与轨道牵引单元之间发生的电弧的方法以及对应的检测布置与流程

本描述涉及用于检测携带dc电压的轨道高架接触线与收集由轨道牵引单元所吸收或注入的电流的轨道牵引单元的受电弓之间发生的电弧的方法，以及涉及对应的检测布置。一个或多个实施例可适用于下列应用：收集与能量消耗相关的数据，并且将它们发送到地上(on-ground)数据收集系统。

背景技术：

1、在大多数电气轨道系统中，功率通过高架接触线(ohl)与受电弓之间的滑动接触部从供应装置传输到牵引单元(机车或电动列车)。后者是被放置在列车顶上的伺服致动的电流收集器，所述伺服致动的电流收集器施加和控制接触条针对接触线的力。要通过几平方毫米的接触段从ohl传输到受电弓的碳叶片的大功率(多达大约8mw)使电流收集作为电气轨道功率链的最关键元素之一。

2、对在受电弓(所述受电弓收集由诸如机车或电动列车之类的轨道牵引单元所吸收的电流)处所检测的电量、电压和电流的精确分析能够提供与供应系统和轨道车辆两者的机能状态有关的感兴趣信息。涉及在受电弓处发生的电气事件的检测的工具以及执行其可靠编目(cataloging)的方法能够用于预测性维护。这类事件之一是起弧现象，所述起弧现象能够在收集由机车所吸收/注入的电流的受电弓处因其与高架接触线(ohcl)的分离而发生。能够导致滑动接触部的两个电极之间的分离的原因能够概括如下：轨道不规则性、接触网(catenary)的不规则性、高速度和天气条件(雪、冰、霜)。持续数量的电弧事件能够产生：收集器条的快速降级、电弧事件的增加、功率质量的降低和事故。

3、因此，期望对电弧事件进行计数，以监测受电弓和高架接触线两者的状态。在与数据收集系统关联的每一个列车上广泛散布这样的工具能够在滑动接触部中所涉及的装置的预测性维护中提供有价值的贡献。

4、特别是，在其中服务中的所有列车具有能够检测电弧事件并且能够向地上数据收集器系统发送电弧事件的数量的装置的未来情形中，能够实现受电弓与ohl之间的接触部的质量的预测性维护。而且，在下一个未来，全欧洲的服务中的所有列车必须收集与能量消耗相关的数据，并且将它们发送到地上数据收集系统。这个义务由互操作性技术规范tsi来推行。

5、当前系统通过视频系统注册来执行对受电弓靴(与ohcl相接触的元件)的条件的监测，这要求安装视频拍摄装置以及从所获取的图像艰难地识别电弧事件。

技术实现思路

1、基于前面的描述，感受到对于克服先前概述缺点的一个或多个的解决方案的需要。

2、按照一个或多个实施例，这样的目的通过具有以下权利要求书中具体提出的特征的方法而被实现。此外，实施例涉及相关的检测布置。

3、权利要求书是本文所提供的公开的技术教导的组成部分。

4、如前面所述，本公开提供与用于检测携带dc电压的轨道高架接触线与收集由轨道牵引单元所吸收或注入的电流的轨道牵引单元的受电弓之间发生的电弧的方法有关的解决方案，

5、所述受电弓包括输入低通滤波器，所述输入低通滤波器：

6、操作在给定自然频率；

7、在其输入处接收受电弓(特别是受电弓靴)与参考节点之间的电压，以及由轨道牵引单元所吸收或注入的所述电流；以及

8、在其输出处向所述轨道牵引单元供应滤波电压，所述方法包括：

9、测量受电弓与参考节点之间的所述电压以及由轨道牵引单元所吸收或注入的所述电流，从而分别获得测量电压和测量电流，

10、从所述测量电压中提取具有围绕给定检测频率的界定频谱部分的提取电压信号，

11、从由机车所吸收或注入的所述测量电流中提取具有围绕给定自然频率的界定频谱部分的提取电流信号，

12、将具有界定频谱部分的所述提取电压信号的幅度和具有界定频谱部分的所述提取电流信号的幅度与相应阈值进行比较，

13、验证(verify)所述比较操作是否指示具有界定频谱部分的提取电压信号的幅度和具有界定频谱部分的提取电流信号的幅度均高于相应阈值，以及在肯定中发信号通知对电弧的检测。

14、在变体实施例中，从所述测量电压中对具有围绕给定检测频率的界定频谱部分的提取电压信号的所述提取包括执行围绕所述给定检测频率的模拟巴特沃斯滤波或特殊谐振滤波，以及

15、从由机车所吸收或注入的所述测量电流中对具有围绕给定自然频率的界定频谱部分的提取电流信号的所述提取包括执行以所述输入低通滤波器的所述自然频率为中心的特别是二阶的模拟通带巴特沃斯滤波，

16、所述比较操作包括由相应阈值比较器来比较提取电压和提取电流。

17、在变体实施例中，所述检测频率处于从1khz至3khz的范围中，以及所述模拟巴特沃斯滤波的带宽特别是143hz。

18、在变体实施例中，所述自然频率处于从15hz至30hz的范围中，以及所述模拟通带巴特沃斯滤波的带宽特别是11.2hz。

19、在变体实施例中，所述比较操作包括延迟提取电压部分的比较的输出。

20、在变体实施例中，对电压的所述测量包括由在所述检测频率具有谐振频率的模拟滤波器对所述测量电压进行模拟前置滤波，从而获得模拟滤波电压，然后以数字方式获取所述模拟滤波电压，

21、对电流的所述测量包括与模拟滤波电压的获取同步地以数字方式获取测量电流，

22、从所述测量电压中对具有围绕给定检测频率的界定频谱部分的提取电压信号的所述提取包括执行对所述测量电压(特别是模拟滤波电压)的快速傅立叶变换，从而提取与所述检测频率对应的谐频(tone)，

23、从由机车所吸收或注入的所述测量电流中对具有围绕给定自然频率的界定频谱部分的提取电流信号的所述提取包括执行对所述测量电流的快速傅立叶变换，从而提取与所述自然频率对应的谐频，

24、将所述电压谐频和所述电流谐频与相应的单个阈值进行比较。

25、在变体实施例中，模拟前置滤波的所述检测频率处于从1khz至2khz的范围中。

26、在变体实施例中，以在4与10ms之间的范围中的分析时间来执行对所述测量电压的所述快速傅立叶变换，以及以在100与300ms之间的范围中的分析时间来执行对所述测量电流的所述快速傅立叶变换。

27、本公开还提供与用来检测携带dc电压的轨道高架接触线和收集由轨道牵引单元所吸收或注入的电流的轨道牵引单元的受电弓之间发生的电弧的布置有关的解决方案，所述受电弓包括输入低通滤波器，所述输入低通滤波器：操作在给定自然频率；在其输入处接收受电弓(特别是受电弓靴)与参考节点之间的电压，以及由轨道牵引单元所吸收或注入的所述电流；以及在其输出处向轨道牵引单元供应滤波电压，

28、其特征在于

29、所述布置包括传感器模块，所述传感器模块配置成测量受电弓与参考节点之间的所述电压以及由轨道牵引单元所吸收或注入的所述电流，从而分别获得测量电压和测量电流，

30、所述布置配置成执行按照以上实施例中的任何实施例的方法的步骤。

31、权利要求书是本文参照实施例所提供的技术教导的组成部分。