一种电力机车受电电压高频分量的非侵入式测量方法

本发明涉及电气信号特征量测量领域，尤其涉及一种电力机车受电电压高频分量的非侵入式测量方法。

背景技术：

1、电力机车在运行过程中受地面沉降、误操作等多因素影响，易产生弓网拉弧现象，需及时检测出其特征并给予补偿操作。现有电力机车弓网电弧检测多通过“光学设备”对弓网进行拍摄，通过蓝光判断二者之间是否拉弧。该方法不足在于蓝光设备的购置及后续维护费用高，难以在既有线货车等非重要客运电力机车上全面铺开。

2、而在电力系统中，电气量的测量已经十分成熟，且设备价格合成。若能通过电气测量获得电力机车受电弓电压，进而以此作为分析弓网拉弧的依据，能极大填补既有线电弧检测方面的空白。该方案的测量难点有二：

3、其一为，电力机车受电弓侧的电压高达25kv，但受限于电力机车极高的安全运行规范，常规接触式分压测量方案由于和高压侧产生接触，导致方案风险较大，难以合规。因此，需使用非常规的方案对受电电压进行“非侵入式”的测量。

4、其二为，测量系统校准困难。不同于常规实验中可手动配置各种源信号以供标定，牵引网中的成分实验过程是无法控制的。且电压中高幅的工频分量（背景电压）和低幅但高频的分量杂糅在一起，使得测量系统难以进行有针对性的效准。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种电力机车受电电压高频分量的非侵入式测量方法，解决了测量电力机车受电电压高频分量时牵引网背景电压造成的干扰较大的问题。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种电力机车受电电压高频分量的非侵入式测量方法，包括：

3、步骤1，根据实地获取的电力机车下行电缆的结构及对应参数估算所述电力机车的寄生电容值c；

4、步骤2，构建测量受电电压高频分量的测量系统，包括：在屏蔽外皮的入地线上部署满足灵敏度要求的电流传感器；所述电流传感器的灵敏度根据所述电力机车的额定功率p和寄生电容值c确定；

5、步骤3，对所述测量系统进行校准，标定表示受电电压与测量系统输出电压之间的关系的传变函数；基于所述传变函数和所述测量系统的测量值确定被测电力机车的受电电压高频分量。

6、在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

7、可选的，所述电流传感器的灵敏度的确定方法为：

8、；

9、其中，表示所述电力机车的受电暂态电压高频分量对应的最大频率。

10、可选的，所述步骤3中确定所述测量系统的传变函数的过程包括：

11、步骤301，安装满足频率范围要求和灵敏度要求的电压标准器，所述电压标准器跨接在所述电力机车的受电弓端与地之间；

12、步骤302，同步采样得到所述电压标准器和所述测量系统输出的电压的一组波形数据，以至少两组的所述波形数据为基础进行对比，计算得到所述传变函数。

13、可选的，所述电压标准器的下限截止频率不高于，上限截止频率不低于，灵敏度为。

14、可选的，所述步骤302包括：

15、步骤30201，对两组波形数据进行加窗的傅里叶变换，获得所述电压标准器的输出幅值数据序列、所述测量系统的输出幅值数据序列以及基于所述波形数据的采样率和采样次数构成的频率数据序列f；

16、步骤30302，从所述数据序列中抽取数据构成数据数列，在所述数据序列中抽取对应的数据，将该对应的数据除以所述频率数据序列f中对应的值后构建得到数据数列；

17、步骤30303，设置表示数据数列和数据数列之间的大小关系的拟合目标模型，拟合求解得到所述拟合目标模型的系数后，确定所述测量系统的传变函数为该系数对应的拟合目标模型。

18、可选的，所述频率数据序列；

19、其中，，和n分别为所述波形数据的采样率和采样次数。

20、可选的，所述步骤30301中抽取数据构成数据数列的过程包括：

21、选择频带范围，将所述频带范围划分为个十倍频程子频带；

22、在每个子频带内，从所述数据序列中抽取对应元素，并选择其中较大的个，构成包含m×n个元素的数据数列。

23、可选的，所述拟合目标模型为，y表示数据数列中的数据，x表示数据数列中的数据，和为待确定系数。

24、本发明提供的一种电力机车受电电压高频分量的非侵入式测量方法，借助电力机车进线特有的芯-皮结构，通过测量进线屏蔽层中的电流来反演弓侧电压。得益于高频成分在寄生电容中穿透能力远高工频成分的特点，即使在工频高幅值背景干扰下，高频分量仍能得以凸显。针对电力机车运行要求极高、难以实时校准的困境，本发明借助罗氏线圈中、高频段传变函数具有一致性的特点，给出了该测量系统的校准方法，最终借助库内实验和牵引网特有的中频成分，实现了对测量系统的校准。

技术特征：

1.一种电力机车受电电压高频分量的非侵入式测量方法，其特征在于，所述非侵入式测量方法包括：

2.根据权利要求1所述的非侵入式测量方法，其特征在于，所述电流传感器的灵敏度的确定方法为：

3.根据权利要求1所述的非侵入式测量方法，其特征在于，所述步骤3中确定所述测量系统的传变函数的过程包括：

4.根据权利要求3所述的非侵入式测量方法，其特征在于，所述电压标准器的下限截止频率不高于，上限截止频率不低于，灵敏度为。

5.根据权利要求3所述的非侵入式测量方法，其特征在于，所述步骤302包括：

6.根据权利要求3所述的非侵入式测量方法，其特征在于，所述频率数据序列；

7.根据权利要求3所述的非侵入式测量方法，其特征在于，所述步骤30301中抽取数据构成数据数列的过程包括：

8.根据权利要求3所述的非侵入式测量方法，其特征在于，所述拟合目标模型为，y表示数据数列中的数据，x表示数据数列中的数据，和为待确定系数。

技术总结
本发明涉及一种电力机车受电电压高频分量的非侵入式测量方法，包括：根据实地获取的电力机车下行电缆的结构及对应参数估算电力机车的寄生电容值；构建测量系统，在屏蔽外皮的入地线上部署满足灵敏度要求的电流传感器；电流传感器的灵敏度根据电力机车的额定功率和寄生电容值确定；对测量系统进行校准，标定表示受电电压与测量系统输出电压之间的关系的传变函数；基于传变函数和测量系统的测量值确定被测电力机车的受电电压高频分量；借助受电弓下行电缆中稳定存在的芯‑皮同轴结构，在屏蔽外皮的入地线上部署电流传感器，实现将高幅值的工频分量和相对低幅但高频的分量进行分离，极大减少了牵引网背景电压对测量造成的干扰。

技术研发人员：李红斌,杜于飞,焦洋,陈庆,祝永正,陈俊
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12