铁路牵引电流不平衡监测方法及系统与流程

本发明涉及电气化铁路领域，特别涉及铁路牵引电流不平衡监测方法及系统。

背景技术：

电气化铁路牵引电流不平衡是电气化铁路电力机车牵引列车行进过程中在两条钢轨和提供牵引电流回路的扼流变压器上产生的不平衡电流。我国电气化铁路的信号大量采用了站内25hz相敏轨道电路，该轨道电路用于检测列车占用轨道区段的情况，通过铁路信号联锁设备实现信号、道岔、进路的安全控制，确保铁路行车安全，该轨道电路是我国电气化铁路的主要技术装备。25hz相敏轨道电路较好地解决了轨道占用检测与机车50hz牵引电流回归的通路，由于25hz轨道电路与牵引回流作用于同一轨道区段，牵引电流不平衡将对25hz轨道电路的正常工作产生干扰，当牵引不平衡电流超出规定值时，导致25hz轨道电路继电器错误动作，其后果将对铁路行车安全和行车效率产生严重的影响。

技术实现要素：

本发明的目的一在于提供一种铁路牵引电流不平衡监测方法，通过采集25hz轨道电路电流和50hz牵引不平衡电流，并推算出牵引不平衡电流的数值，以起到预警和保证铁路行程安全的效果。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种铁路牵引电流不平衡监测方法，包括以下步骤，

s1，实时采集轨道电路的电流，并通过对电流频谱分析得出25hz电流和50hz电流；

s2，当监测到25hz电流在某一时刻电流突变时，检测突变电流中的50hz电流，如果该时刻50hz电流大于一阈值，则生成干扰电流数据；

s3、实时监测25hz电流和50hz电流以及干扰电流数据分别发送至终端。

通过采用上述技术方案，将采集到的电流建立数学模型，通过频谱分析得出25hz电流和50hz电流，再对25hz电流进行处理和评估，并以25hz电流变化时间为参照，看此刻是否有50hz电流，如有50hz电流则表示有不平衡电流发生即50hz电流并入25hz电流中，此时判断进入的突变电流是否大于一阈值，当大于时则存在风险，并且实时将25hz电流和50hz电流以及干扰电流数据上传至终端保存和显示。

进一步的，所述的步骤s1还包括：

在信号控制机械室内通过电流互感器采集轨道电路的电流。

通过采用上述技术方案，通过电流互感器采用非电气接触方式检测25hz电流和50hz电流的不平衡干扰电流，这样，避免了轨道旁大量铺设信号电缆，节约投资。

进一步的，所述电流的采集位置在轨道继电器、防护盒至室外的连接线上。

通过采用上述技术方案，合理选择采样地点和采样时机，解决了通常在现场采集测试信号引起的传输困难、检测地点分散、不方便管理维护的困难。

进一步的，s2中干扰电流数据的检测方法为，依据理想变压器三个基本公式：

公式1：p1=p2

公式2：u1/n1=u2/n2

公式3：i1*n1＝i2*n2

其中，p1为输入功率，p2为输出功率，u1为轨道变压器一次侧电压，u2为轨道变压器两次侧电压，n1为轨道变压器一次侧匝数比，n2为轨道变压器二次侧匝数比，i1为轨道变压器一次侧电流，i2为轨道变压器二次侧电流；

并且，结合变压器与负载间的电路关系和扼流变压器和轨道变压器的匝数比，按照理想变压器公式3得到公式4：

i＝(i1*n1)*（1/n2)

其中，i为50hz电流；

同理，扼流变压器与轨道变压器间的电流依据公式3得到公式5：

i1＝(⊿i*n1)*（1/n2)

其中，⊿i为牵引不平衡电流；n1为扼流变压器一次侧匝数比，n2为扼流变压器二次侧匝数比；

将公式5带入公式4得到公式6：

i＝n1/n2*n1/n2*⊿i。

通过采用上述技术方案，如此推断出扼流变压器轨道侧进入了多少50hz不平衡电流。

进一步的，在步骤s2中所述阈值设置为1，当i＞1时，生成干扰电流数据。

通过采用上述技术方案，当i＞1表示受到不平衡电流的影响较大，则生成干扰电流数据。

本发明的目的二在于提供一种铁路牵引电流不平衡监测系统，通过采集25hz轨道电路电流和50hz牵引不平衡电流，以起到预警和保证铁路行程安全的效果。

一种铁路牵引电流不平衡监测系统，包括

多个检测分机，每一所述检测分机连接有若干用于采集多个轨道电路的电流的传感器，对每一电流进行频谱分析，得出25hz电流和50hz电流，当监测到25hz电流在某一时刻发生突变电流时，如果该时刻的突变电流中的50hz电流大于一阈值，则生成干扰电流数据；

网络交换机，连接多个检测分机，用于组网并接收每一传感器输出的电流信号；

监测终端，连接网络交换机，接收每一电流信号进行记录存储和历史数据查询。

通过采用上述技术方案，本测试方法在信号机械室内，采用非电气接触传感技术，将采集到的电流建立数学模型，通过频谱分析得出25hz电流和50hz电流，再对25hz电流进行处理和评估，并以25hz电流变化时间为参照，看此刻是否有50hz电流，如有50hz电流则有不平衡电流发生即50hz电流并入25hz电流中，此时判断进入的50hz电流是否大于一阈值，当大于时则存在风险，并且实时将25hz电流和50hz电流以及干扰电流数据上传至终端保存和显示。

进一步的，每一所述检测分机检测32个轨道电路接收端，工作周期为400毫秒。

通过采用上述技术方案，检测每一轨道电路的现场电气特性的劣化程度，并且反应时间短，及时性强的特点。

进一步的，所述监测终端还连接一报警装置，所述报警装置响应于所述干扰电流数据生成的报警信号工作。

通过采用上述技术方案，具有较佳的提示功能。

综上所述，本发明具有以下有益效果：综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.电流的采集在信号机械室内，避免了轨道旁设备上采集需要大量敷设信号电缆，节约投资；

2.采集方式非接触式，避免了安装过程对使用中设备造成影响，施工安装简单易行；

3.系统采用高速数字信号处理技术和嵌入式计算机技术，网络化结构，监测周期短实时性强，得到的数据完整可靠；

4.采用网络化结构，易于扩容，以满足不同大小车站的监测需要，适应性强。

5.通过本监测系统为铁路维护人员提供实时以及历史的数据，据此进行预防性维修，达到确保设备状态良好的效果。

附图说明

图1是电力机车牵引电气与轨道电路关系图；

图2是电气化铁路牵引电流不平衡监测系统构成图；

图3是牵引电流不平衡监测系统工作流程图；

图4是检测方法的流程图；

图5是计算不平衡电流公式推导电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1，

一种铁路牵引电流不平衡监测系统，应用于电力机车牵引电气与轨道电路的连接，参照图1所示，当电力机车占用轨道电路ag时，机车从接触网取得牵引电流（iq）经由机车受电弓、牵引变压器、机车轮对分别流向钢轨条1、钢轨条2至扼流变压器轨道侧线圈的端子1（i1）和端子2（i2），当i1等于i2时，扼流变压器信号侧线圈无感应电流，室内分线盘至防护盒、轨道继电器间没有50hz电流（i50），表明牵引电流是平衡的。在与钢轨条1连接的各部电阻r1、r2、r3、r4和与钢轨条2连接的各部电阻r8、r5、r6、r7不相等时，使得电流i1不等于i2，两个电流的差值即为牵引不平衡电流，这个不平衡电流通过轨道变压器传送到室内形成50hz电流（i50），i50大小反映出牵引不平衡电流的大小。此时轨道电路bg虽然没有机车占用，但是ag与bg间扼流变压器端子3通过中间连接板联接，来自ag扼流变压器端子3的牵引电流流入bg的扼流变压器端子3（i’q），再分别从bg的扼流变压器端子1、2流向bg的另一端，假设bg的右侧为送电端，左侧为受电端，受电端监测到有i50电流时，表明bg存在牵引电流不平衡现象，但是不能确定是送电端还是受电端存在各部电阻变大的现象；当机车压上bg时，反而i50电流变小，可基本判断为送电端各部电阻有变大现象，是现场重点检查的地方。

当发现牵引不平衡电流大时，应检查塞钉是否松动、轨端接续线及道岔跳线是否良好、等阻线特性是否劣化、扼流变压器轨道侧1、2、3端子内外螺母是否松动等。

基于此，参照图2所示，在电力机车牵引电气与轨道电路连接的电路图上设置有监测系统，该检测系统包括若干个检测分机、连接每一检测分机的网络交换机、检测终端以及显示器.

其中，每一检测分机都设置有采集轨道电路电流的若干传感器、频谱分析装置、a/d转换模块以及处理模块，并且通过网路交换机进行组网，实现信号的传递以及传递至监测终端统一处理，该传感器设置在轨道继电器、防护盒至室外的连接线位置，这样，通过合理选择采样地点和采样时机，解决了通常在现场采集测试信号引起的传输困难、检测地点分散、不方便管理维护的困难。

再通过连接传感器的频谱分析装置将采集到的电流分为50hz电流和25hz电流，通过a/d转换模块将50hz电流和25hz电流转换为数字信号输出至处理模块进行处理，从而判断50hz干扰电流是否发生，当存在干扰电流时，判断电流是否大于一阈值，当大于阈值时，生成干扰电流数据，并且，分别打包并记录25hz电流、50hz电流以及干扰电流数据。

监测终端，连接网络交换机，接收每一电流信号进行记录存储和历史数据查询。显示器将监测终端监测完的信号进行数据显示。

实施例2，

一种铁路牵引电流不平衡监测方法，

s1、在信号控制机械室内通过电流互感器实时采集轨道电路的电流，电流的采集位置在轨道继电器、防护盒至室外的连接线上。这样，通过电流互感器采用非电气接触方式检测25hz电流和50hz电流的不平衡干扰电流，这样，避免了轨道旁大量铺设信号电缆，节约投资。并且通过电流频谱分析得出25hz电流和50hz电流；

s2、当监测到25hz电流在某一时刻发生突变电流时，以此为时间参照点，如果该时刻的50hz电流大于一阈值，则生成干扰电流数据；具体生成干扰电流数据的方法为：参照图5所示，依据理想变压器的三个基本公式：

公式1：p1=p2

公式2：u1/n1=u2/n2

公式3：i1*n1＝i2*n2

其中，p1为输入功率，p2为输出功率，u1为轨道变压器一次侧电压，u2为轨道变压器两次侧电压，n1为轨道变压器一次侧匝数比，n2为轨道变压器二次侧匝数比，i1为轨道变压器一次侧电流，i2为轨道变压器二次侧电流；

结合变压器与负载间的电路关系和扼流变压器和轨道变压器的匝数比，推导出牵引不平衡电流与室内流经防护盒及轨道继电器的电流对于50hz防护盒为lc串联谐振电路，按照理想变压器公式3得到公式4：

i＝(i1*n1)*（1/n2)

其中，i为50hz电流；

同理，扼流变压器与轨道变压器间的电流依据公式3得到公式5：

i1＝(⊿i*n1)*（1/n2)

其中，⊿i为牵引不平衡电流；

将公式5带入公式4得到公式6：

i＝n1/n2*n1/n2*⊿i。

其中，⊿i为牵引不平衡电流；n1为扼流变压器一次侧匝数比，n2为扼流变压器二次侧匝数比；

并且，阈值设置为1，当i＞1时，生成干扰电流数据。

公式6表明在室内检测50hz的电流可反映出室外扼流变压器上牵引电流不平衡的大小，其关系是轨道变压器变比与扼流变压器变比的乘积。

举例：根据现场扼流变压器和轨道变压器实际使用情况，确定变压器变比的n1、n2、n1、n2一般取值为：n1、n1值1，

n2＝13.45（由于图5中a、b端可调整，故n2值需现场核定）

n2＝6

将上述n1、n2、n1、n2四个数值代入公式6得到公式7：

⊿i＝（13.45×6）i＝80.7i

假设监测到i＝0.1a则⊿i＝8.07a。

s3、实时监测25hz电流和50hz电流以及干扰电流数据分别发送至终端。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。