一种高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置及操作方法与流程

1.本发明属于电气化铁路技术领域，尤其涉及一种高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置及操作方法。


背景技术：

2.弓网电弧可根据运行状态的不同分为运动电弧与静止电弧，其中静止电弧对受电弓滑板造成的破坏更为严重。列车降弓时，受电弓与接触网分离，导致弓网电弧的发生，且为静止电弧，对接触线与受电弓滑板造成烧蚀损害，导致弓网电接触系统服役寿命缩短并危害运行安全，抑制并尽快熄灭降弓电弧可以缩短燃弧时间，有效减小降弓电弧导致的危害。磁吹灭弧的原理为电弧在磁场中受洛伦兹力作用产生运动、拉伸并快速冷却，同时空间介质强度得以迅速恢复，从而达到使电弧熄灭的目的。使用一种高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置能提高高铁运行的经济性与安全性。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置及操作方法，以快速熄灭降弓电弧减少损失。
4.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置，包括装置主体支架、分别安装在所述装置主体支架前端与列车受电弓滑板上的信息采集子装置、安装在所述装置主体支架前端且与列车受电弓滑板相接触的列车磁吹灭弧子装置以及分别与所述信息采集子装置和列车磁吹灭弧子装置连接的综合控制子装置。
5.本发明的有益效果是：本发明首次将磁吹灭弧原理灭弧方法应用到高速铁路领域，可极大缩短高速铁路站内工况下列车降弓电弧燃弧时间，保护受电弓与接触网，保障高铁运行安全；本发明所述信息采集设备能对高速铁路站内工况下列车降弓时的多项电气数据及物理状态进行采集，为相关科研课题提供大量现场数据；本发明所述综合控制设备应用大量人工智能系统，能够实时处理数据，智能分析并反馈灭弧策略，进一步可以对系统进行自更新，提高了装置使用的安全性、可靠性与先进性。
6.进一步地，所述装置主体支架包括基座横向滑轨、支架纵向关节、支架横向关节以及支撑结构；所述支架纵向关节和支架横向关节位于所述基座横向滑轨的前端；
7.所述装置主体支架由基座横向滑轨支撑，所述支架纵向关节、支架横向关节以及基座横向滑轨之间通过支撑结构连接，所述基座横向滑轨、支架纵向关节、支架横向关节以及支撑结构为高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置提供自由度。
8.上述进一步方案的有益效果是：本发明中装置主体支架能灵活适应不同车站结构、不同列车车型、不同受电弓型号的需求，同时为高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置提供自由度。
9.再进一步地，所述信息采集子装置包括监控器、电气测量系统以及受电弓端监测
系统；所述监控器安装在所述装置主体支架的前端，所述电气测量系统安装在列车磁吹灭弧子装置中；
10.所述受电弓端监测系统包括安装在列车受电弓汲电位置的受电弓端电气测量器以及安装在列车受电弓滑板位置的受电弓端定位器，所述监控器、电气测量系统、受电弓端电气测量器以及受电弓端定位器均与所述综合控制子装置连接。
11.上述进一步方案的有益效果是：本发明中信息采集子装置实时收发工作参数辅助装置主体支架、列车磁吹灭弧装置运行，同时为相关科研课题提供现场数据。
12.再进一步地，所述列车磁吹灭弧子装置包括磁吹线圈、可控铁心、灭弧室、导磁板、动触头、静触头、引流线、控流电抗器以及绝缘边；
13.所述可控铁心位于所述磁吹线圈的内部，所述灭弧室位于降弓电弧预设移动方向上，所述导磁板安装在所述磁吹线圈与可控铁心的两端且覆盖整个弧燃弧区域，受电弓滑板在所述列车磁吹灭弧子装置中起到动触头的作用，接触线在所述列车磁吹灭弧子装置中起到静触头的作用，所述引流线分别与所述动触头以及磁吹线圈连接，所述控流电抗器串联在所述引流线与磁吹线圈间，所述绝缘边安装在所述导磁板与动触头接触位置，所述电气测量系统位于所述磁吹线圈与所述引流线中间，所述可控铁心与控流电抗器分别与综合控制子装置连接。
14.上述进一步方案的有益效果是：本发明中列车磁吹灭弧子装置可根据实际需求调整磁吹力的大小，高效熄灭降弓电弧。
15.再进一步地，所述综合控制子装置包括：
16.pc控制器，用于控制装置主体支架的运动状态、收集所述信息采集子装置的采集数据以及控制所述列车磁吹灭弧子装置的工作状态，其中，所述pc控制器分别与监控器和电气测量系统有线连接，所述pc控制器与受电弓端监测系统无线连接，所述pc控制器与可控铁心和控流电抗器连接；
17.智能处理系统，用于处理所述信息采集子装置采集的数据并反馈工作信息；
18.工作状态反馈系统，用于通过信息采集子装置采集的数据判断高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置的状态；
19.数据传输线，用于为所述控制装置主体支架、信息采集子装置以及列车磁吹灭弧子装置提供数据通信连接。
20.上述进一步方案的有益效果是：本发明中综合控制子装置界面图形化方便人员学习使用，操作自动化减少人员工作量，设备智能化迭代提升装置灭弧效能。
21.再进一步地，所述智能处理系统包括：
22.图像处理模块，用于处理监控器采集的电弧形态数据与列车受电弓降弓位置，记录分析电弧形态和降弓位置，并输入策略建议模块；
23.数据处理模块，用于处理各项电气数据以及分析电气数据特征，并输入策略建议模块；
24.策略建议模块，用于反馈灭弧策略并实现自动化操作
25.上述进一步方案的有益效果是：本发明中智能处理系统结合计算机视觉与深度学习，使系统拥有自主学习、自主更新、自动适应能力。
26.本发明还提供了一种高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置的操作方法，包括
以下步骤：
27.s1、针对列车进站停靠后，利用监控器与受电弓端定位器确认受电弓降弓位置；
28.s2、利用基座横向滑轨、支架纵向关节和支架横向关节根据受电弓降弓位置进行动作，使列车磁吹灭弧子装置抵达灭弧位置；
29.s3、利用监控器与电气测量系统确认列车磁吹灭弧子装置抵达灭弧位置，并使引流线与受电弓电接触，使绝缘边与受电弓接触；
30.s4、对比电气测量系统与受电弓端电气测量器的电气数据，若存在异常，则反馈至工作状态反馈系统，并在本次灭弧工作完成后进行自检维护；
31.s5、根据自检维护结果，使动触头与静触头分离并拉弧，并利用列车磁吹灭弧子装置通过引流线从受电弓引流，并提供给磁吹线圈生成使电弧恒定向灭弧室运行的磁场；
32.s6、基于使电弧恒定向灭弧室运行的磁场，利用pc控制器通过数据传输线分别获取监控器采集的电弧形态数据，以及电气测量系统采集的电弧电流数据与励磁电流数据，并通过图像处理模块处理电弧形态数据，利用数据处理模块处理电弧电流数据与励磁电流数据；
33.s7、根据数据处理结果，利用策略建议模块输出控制参数至pc控制器，并调控控流电抗器与可控铁心改变励磁电流的大小与铁心截面积，以进行灭弧；
34.s8、完成灭弧后，分离高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置与列车受电弓，并复位自检。
35.本发明的有益效果是：本发明首次将磁吹灭弧原理灭弧方法应用到高速铁路领域，可极大缩短高速铁路站内工况下列车降弓电弧燃弧时间，保护受电弓与接触网，保障高铁运行安全；本发明所述信息采集设备能对高速铁路站内工况下列车降弓时的多项电气数据及物理状态进行采集，为相关科研课题提供大量现场数据；本发明所述综合控制设备应用大量人工智能系统，能够实时处理数据，智能分析并反馈灭弧策略，进一步可以对系统进行自更新，提高了装置使用的安全性、可靠性与先进性。
附图说明
36.图1为高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置正视图。
37.图2为列车磁吹灭弧子装置示意图。
38.图3为综合控制子装置示意图。
39.图4为本发明的方法流程图。
40.其中，1-装置主体支架，101-基座横向滑轨，102-支架纵向关节，103-支架横向关节，104-支撑结构，105-设备电源，2-信息采集子装置，201-监控器，202-电气测量系统，203-受电弓端监测系统，2031-受电弓端电气测量器，2032-受电弓端定位器，3-列车磁吹灭弧子装置，301-磁吹线圈，302-可控铁心，303-灭弧室，304-导磁板，305-动触头，306-静触头，307-引流线，308-控流电抗器，309-绝缘边，3010-电弧，4-综合控制子装置，401-pc控制器，402-智能处理系统，4021-图像处理模块，4022-数据处理模块，4023-策略建议模块，403-工作状态反馈系统，404-数据传输线。
具体实施方式
41.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
42.实施例1
43.如图1所示，本发明提供了一种高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置，包括装置主体支架1、分别安装在所述装置主体支架1前端与列车受电弓滑板上的信息采集子装置2、安装在所述装置主体支架1前端且与列车受电弓滑板相接触的列车磁吹灭弧子装置3以及分别与所述信息采集子装置2和列车磁吹灭弧子装置3连接的综合控制子装置4。
44.本实施例中，装置主体支架1对整个装置起到支撑作用，信息采集子装置2起到数据采集与装置定位功能，列车磁吹灭弧子装置3用于快速熄灭降弓电弧，综合控制子装置4，用于综合信息处理与装置控制。
45.本实施例中，所述装置主体支架1包括基座横向滑轨101、支架纵向关节102、支架横向关节103以及支撑结构104；所述支架纵向关节102和支架横向关节103位于所述基座横向滑轨101的前端；所述装置主体支架1由基座横向滑轨101支撑，所述支架纵向关节102、支架横向关节103以及基座横向滑轨101之间通过支撑结构104连接，所述基座横向滑轨101、支架纵向关节102、支架横向关节103以及支撑结构104为高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置提供自由度。
46.本实施例中，装置主体支架1呈机械臂状，对整个装置起到支撑作用并拥有较高的位移自由度，整体装置通过基座横向滑轨101安装在车站墙壁或支柱面向列车的一面，基座横向滑轨101支撑的机械臂为装置提供了三个方向上的自由度，所述基座横向滑轨101在承受装置整体重量的同时提供了墙壁沿面方向的位移自由度，该机械臂包括两个支架纵向关节102，一个支架横向关节支架101，机械臂长度与活动自由度可按照车站具体情况进行安装设计，纵向关节102与支架横向关节103位于所述基座横向滑轨101前端，所述支架纵向关节102支架横向关节103与所述基座横向滑轨101之间由支撑结构104连接，共同为整体装置提供自由度。所述支撑结构104、基座横向滑轨101、支架纵向关节102与支架横向关节103由支架动力与设备电源105供电，可接受综合控制子装置4指令进行工作。即，装置主体支架1由基座横向滑轨101支撑，装置主体支架1可通过基座横向滑轨101进行沿墙面的横向位移，滑轨长度由车站与列车实际运行情况决定，要求基本覆盖列车可能的停靠区间，装置主体支架1其他方向的自由度由数个支架纵向关节102、数个支架横向关节103提供，支撑结构104位于各关节及滑轨之间，整体长度由车站站台及列车停靠情况决定，装置主体支架1与部分设备由支架动力与设备电源105提供电源.
47.本实施例中，所述信息采集子装置2包括监控器201、电气测量系统202以及受电弓端监测系统203；所述监控器201安装在所述装置主体支架1的前端，所述电气测量系统202安装在列车磁吹灭弧子装置3中；所述受电弓端监测系统203包括安装在列车受电弓汲电位置的受电弓端电气测量器2031以及安装在列车受电弓滑板位置的受电弓端定位器2032。
48.本实施例中，信息采集子装置2起到信息采集与辅助定位的作用，信息采集设备2由图像采集设备监控器201、电气采集设备与辅助定位设备组成，电气采集设备由安装在列
车磁吹灭弧设备3上针对磁吹电流的电气测量系统202与安装在列车受电弓位置的受电弓端电气测量器2031组成，辅助定位设备为安装在列车受电弓位置的受电弓端定位器2032，受电弓端电气测量器2031与受电弓端定位器2032共同组成受电弓端监测系统23，所述监控器201、电气测量系统202、受电弓端电气测量器2031以及受电弓端定位器2032均与所述综合控制子装置4连接。
49.如图2所示，本实施例中，所述列车磁吹灭弧子装置3包括磁吹线圈301、可控铁心302、灭弧室303、导磁板304、动触头305、静触头306、引流线307、控流电抗器308以及绝缘边309；所述可控铁心302位于所述磁吹线圈301的内部，所述灭弧室303位于降弓电弧预设移动方向上，所述导磁板304安装在所述磁吹线圈301与可控铁心302的两端且覆盖整个弧燃弧区域，受电弓滑板在所述列车磁吹灭弧子装置3中起到动触头305的作用，接触线在所述列车磁吹灭弧子装置3中起到静触头的作用，所述引流线307分别与所述动触头305以及磁吹线圈301连接，所述控流电抗器308串联在所述引流线307与磁吹线圈301间，所述绝缘边309安装在所述导磁板304与动触头305接触位置，所述电气测量系统202位于所述磁吹线圈301与所述引流线307中间，所述可控铁心302与控流电抗器308分别与综合控制子装置4连接。
50.本实施例中，所述列车磁吹灭弧子装置3是整体装置的核心设备，其包括用于产生磁场的磁吹线圈301，位于所述磁吹线圈301内部的可控铁心302，灭弧室303位于所述列车磁吹灭弧子装置3远离磁吹线圈301一侧，导磁板304位于所述磁吹线圈301与所述可控铁心302两端可为整个区域提供定向磁场，受电弓滑板在所述列车磁吹灭弧子装置3中起到动触头305的作用，接触线在所述列车磁吹灭弧子装置3中起到静触头306的作用，引流线307与受电弓滑板即所述动触头305以及所述磁吹线圈301相连，从受电弓滑板汲取电能为所述磁吹线圈301供电，控流电抗器308串流在所述引流线307中，引流线307一端与磁吹线301圈相连，另一端从列车受电弓滑板汲取电能为磁吹线圈301供电，引流线307的高压端与动触头305连接，从受电弓滑板汲取电能能保持磁场方向与电弧电流方向相匹配，使电弧始终向灭弧室运动，控流电抗器308串联在引流线307与磁吹线圈301间，起到调整通过磁吹线圈电流大小的作用，绝缘边309位于所述导磁板304与受电弓滑板即所述动触头305接触位置起绝缘作用。
51.本实施例中，列车磁吹灭弧子装置3中，磁吹线圈301负责产生磁场进而提供磁吹力，若希望产生200mt及以上的磁场，可设置磁吹线圈301内径为5cm，外径为8cm，磁吹线圈301高度匹配线圈匝数，线圈匝数则与磁吹电流相配合，一个可行的例子是1500匝线圈通以10a电流。可控铁心302为一组截面积不同的铁心，可根据实际需要应用不同铁心。灭弧室303安装在电弧移动目标方向上，可快速消耗电弧能量使电弧熄灭。导磁板304安装在磁吹线圈301两端，使磁场覆盖电弧可能的运动区域。该设备以受电弓作为动触头305，以接触线作为静触头306，两触头分离即列车进行降弓时产生降弓电弧3010。使用引流线307从受电弓端汲取电能为磁吹线圈301供电，可以降低布线的复杂程度并直接使用与电弧电流相同频率、方向的电源，实现能够产生恒定方向磁吹力将降弓电弧推向灭弧室303的时变磁场，控流电抗器38串联在引流线上，起到控制电流大小的作用，绝缘边39防止导磁板与受电弓发生电接触。
52.如图3所示，本实施例中，所述综合控制子装置4包括：
53.pc控制器401，用于控制装置主体支架1的运动状态、收集所述信息采集子装置2的采集数据以及控制所述列车磁吹灭弧子装置3的工作状态，其中，所述pc控制器401分别与监控器201和电气测量系统202有线连接，所述pc控制器401与受电弓端监测系统203无线连接，所述pc控制器401与可控铁心302和控流电抗器308连接；
54.智能处理系统402，用于处理所述信息采集子装置2采集的数据并反馈工作信息；
55.工作状态反馈系统403，用于通过信息采集子装置2采集的数据判断高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置的状态；
56.数据传输线404，用于为所述控制装置主体支架1、信息采集子装置2以及列车磁吹灭弧子装置3提供数据通信连接。
57.本实施例中，所述智能处理系统402包括：
58.图像处理模块4021，用于处理监控器201采集的电弧形态数据与列车降弓位置，记录分析电弧形态和降弓位置，并输入策略建议模块4023；
59.数据处理模块4022，用于处理各项电气数据以及分析电气数据特征，并输入策略建议模块4023；
60.策略建议模块4023，用于反馈灭弧策略并实现自动化操作。
61.本实施例中，所述综合控制子装置4通过pc控制器401自动或手动操作装置，所述信息采集子装置2收集的数据由智能处理系统402处理，所述智能处理系统402包括给予计算机视觉的图像处理模块4021，给予深度学习的数据处理模块4022与给予深度学习的策略建议模块4023，工作状态反馈系统403可以通过所述信息采集子装置2的数据判断装置工作状态并反馈正常、故障、报警等信息至所述pc控制器401，所述综合控制子装置4与所述装置主体支架1，所述信息采集子装置2，所述列车磁吹灭弧子装置3均使用数据传输线404进行连接。
62.本发明基于磁吹灭弧原理，适应列车进站降弓工况，利用弓网受流为磁吹线圈供电产生磁场、对降弓电弧施加磁吹力以快速高效地熄灭降弓电弧。
63.实施例2
64.如图4所示，本发明提供了一种高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置的操作方法，其实现方法如下：
65.s1、针对列车进站停靠后，利用监控器与受电弓端定位器确认受电弓降弓位置；
66.s2、利用基座横向滑轨、支架纵向关节和支架横向关节根据受电弓降弓位置进行动作，使列车磁吹灭弧子装置抵达灭弧位置；
67.s3、利用监控器与电气测量系统确认列车磁吹灭弧子装置抵达灭弧位置，并使引流线与受电弓电接触，使绝缘边与受电弓接触；
68.s4、对比电气测量系统与受电弓端电气测量器的电气数据，若存在异常，则反馈至工作状态反馈系统，并在本次灭弧工作完成后进行自检维护；
69.s5、根据自检维护结果，使动触头与静触头分离并拉弧，并利用列车磁吹灭弧子装置通过引流线从受电弓引流，并提供给磁吹线圈生成使电弧恒定向灭弧室运行的磁场；
70.s6、基于使电弧恒定向灭弧室运行的磁场，利用pc控制器通过数据传输线分别获取监控器采集的电弧形态数据，以及电气测量系统采集的电弧电流数据与励磁电流数据，并通过图像处理模块处理电弧形态数据，利用数据处理模块处理电弧电流数据与励磁电流
数据；
71.s7、根据数据处理结果，利用策略建议模块输出控制参数至pc控制器，并调控控流电抗器与可控铁心改变励磁电流的大小与铁心截面积，以进行灭弧；
72.s8、完成灭弧后，分离高铁站内工况弓网降弓电弧磁吹灭弧装置与列车受电弓，并复位自检。
73.本实施例中，装置自检，当列车进站停靠后通过信息采集子装置中受电弓端监测系统中的受电弓端定位器与监控器确认受电弓降弓位置；装置主体支架中基座横向滑轨、支架纵向关节以及支架横向关节根据受电弓降弓位置进行动作，使列车磁吹灭弧设备抵达灭弧位置；信息采集子装置中监控器与电气测量系统确认列车磁吹灭弧设备抵达灭弧位置，引流线与受电弓存在电接触，绝缘边与受电弓接触；比较信息采集子装置中电气测量系统与受电弓端电气测量器电气数据，若两者存在明显异常则反馈给综合控制设备中工作状态反馈系统并在本次灭弧工作完成后进行自检维护；接触线与受电弓分离，即磁吹灭弧设备中动触头与静触头分离并拉弧。列车磁吹灭弧子装置通过引流线从受电弓引流并提供给磁吹线圈生成使电弧恒定向灭弧室运动的磁场；pc控制器通过数据传输线收集信息采集子装置中监控器采集的电弧形态数据与电气测量系统采集的电弧电流数据与励磁电流数据，由智能处理系统中基于计算机视觉的图像处理模块处理电弧形态数据，基于深度学习的数据处理模块处理电气数据；完成数据处理后，基于深度学习的策略建议模块输出控制参数到pc控制器，智能调控控流电抗器与可控铁心以改变励磁电流的大小与铁心截面积，保证快速灭弧的同时防止过大磁场引起的液金属飞溅，达到最佳灭弧效果；完成灭弧后装置与列车受电弓分离并复位自检，等待下次列车进站降弓灭弧作业。