检测铁路系统故障的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种用于检测如轨道故障的铁路系统故障技术，交变电信号在轨道车辆(典型地，电力列车)的元件中被感应。感应地检测信号，且执行信号处理操作为鉴定基于被检测到的信号的故障。在正常情况下，检测到的信号为特定电平。如果存在任何异常，例如，由于部分损坏的轨道(高阻抗)或马达的局部短路(低阻抗)而导致的电接触不良，则与轨道变化相关的阻抗将由检测到的具有比正常电平或低或高的信号来反映。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于例如轨道故障的铁路系统的故障检测方法和装置，特别涉及能够“实时”检测早期阶段轨道故障的系统(也就是，当线路为使用中的标准轨道交通，而不是在单独的维修操作期间)。
技术介绍
乘客的安全性和服务的可靠性是世界范围内铁路运营商高度关注的问题。信号错误和轨道故障是服务中断和事故的两大主要原因[1-2]，所述轨道故障如出轨[3]。鉴于铁路控制信号的任何反常都可以容易地被监控，而所述轨道的机械故障就要更难于实时检测，且通常在定期维修期间被检测。另外，常规列车行驶时的两个“行驶轨道”常用于经由携带有高压的轨道提供电力至电动牵引系统。这样的电力供给轨道在这里是指“第三轨道”(尽管该术语可以理解为也包括铁路系统的高压轨道，例如行驶轨道的数目不等于两个的单轨道系统)。第三轨道维持在高直流(DC)电压(通常是750V或更高)。图1是传统电力列车的一部分的照片，如图所示，所述列车设置有集电靴(椭圆1里的元件)，所述集电靴具有上表面2。集电靴沿着第三轨道的底部滑行以接收直流电压。因为第三轨道发射电力至电力追踪系统，它的情况对列车维修可靠性和乘客安全具有直接的影响。检测轨道故障的最古老的方法是视觉检查。不幸的是，视觉检查只能够检测视觉上清晰的外部故障，不能够检测轨道的内部故障，例如横裂缝，其是轨道头部内的钢铁的内部分裂。这样的故障已知能够导致严重的事故，因此更复杂的故障检测技术已被开发。电流注入法采用超声电流或者涡流电流技术，其主要集中于检测在两个行驶轨道中的故障，而不是第三轨道中的情况。超声技术需要专用的轨道检查车辆。超声探针和追踪仪被附加到车辆上以核查铁路轨道的情况。由于超声导向波的应答时间，市售的超声检查车辆一般检查速度低于60km/h[4]。由于这一速度限制约束，超声检查技术不能被安装在运行中的列车上。因此，轨道检查只能在非运行时间被执行。涡流电流技术使用感应电磁场在轨道的表面上生成涡流电流，如图2所示，涡流电流由此取得。涡流电流技术不能检测与感生的涡流电流平行的表面故障，因此，涡流电流技术不像超声技术一样应用广泛。在大多的例子中，涡流电流检查装备仅当需要更高的检查精确性时被安装在超声检查车辆上。据我们所知，所有现有的检查技术仅能够检查行驶铁路轨道，而不能检查包括第三轨道、集电靴和列车电力牵引系统的铁路电气化系统。鉴于逐渐增加的轨道交通频率和延长的操作时间，现有的轨道检查技术明显不能令人满足。因而需要轨道故障早期检测的更有效的方式。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于检测铁路系统的故障的新颖且有益的方法和装置。概括地，本专利技术提出交变电信号在轨道车辆(一般是指电力机车)的元件中感应，轨道车辆的元件电连接至轨道。感应地检测所述信号，且执行信号处理操作以鉴定基于检测到的信号的故障。在正常情况下，检测到的信号为特定电平。如果存在任何异常，例如，由于部分损害的轨道(高阻抗)或马达的局部短路(低阻抗)而电接触不良，则与轨道变化相关联的所述阻抗将由具有比正常电平较低或较高振幅的检测到的信号来反映。本专利技术的一个更具体的表达是检测电力轨道系统的故障的方法，所述电力轨道系统包括行驶轨道、电力供给轨道、沿着行驶轨道移动以及由电力供给轨道接收电力的轨道车辆。所述方法包括：使用安装在所述轨道车辆上的交变信号生成单元生成第一交变电信号，使用安装在所述轨道车辆上的第一感应耦合单元将所述第一交变电信号感应发射至所述轨道车辆的元件以在所述元件中产生第二交变电信号，所述轨道车辆的元件电连接至所述轨道；使用安装在所述轨道车辆上的第二感应耦合单元以从所述第二交变电信号感应生成第三交变电信号；和对所述第三交变电信号上执行信号处理操作，并由此检测故障。本专利技术还可以以在轨道车辆上定位的故障检测装置的形式表达，并被构造以通过生成和处理交变电信号实施所述方法。所述提出的方法不受超声系统的速度约束的影响，这使得在不干扰正常列车服务情况下轨道的实时检测成为可能。因此，轨道故障的任何情形都可以在下一维修行程前在早期被检测到，且不干扰列车服务的正常运行。可选地或附加地，所述方法可以通过专门的检查车辆使用，所述车辆以低于传统列车的速度行驶，因此能够检测非常细小的裂缝。在另一例子中，所述方法可以极大地降低轨道的维修成本，避免重大的列车故障，以及增加列车服务的可靠性。如果实现所提出的方法，列车运营商可以降低维修频率，节约维修上的显著人力和费用。此外，对轨道的早期阶段的损坏做出快速应答以避免不仅仅损害列车运营商的形象的重大的列车故障，而且对轨道的早期阶段的损坏做出快速应答弥补了受故障影响的乘客的非生产性人力。所述交变电信号优选包括至少一个频率在射频(RF)范围内的元件。也就是，最低大约3KHz和最高大约300GHz。至少一个交变电信号的元件(和更多优选地、基本上所有信号的元件)优选具有不低于300KHz，以及优选不高于100MHz的频率。低于300KHz的频率与电驱动的转换(switch)谐波重叠。对高于100MHz以上的频率，RF阻抗可能会非常的大以至于很难检测由轨道故障导致的阻抗变化。所述方法可以通过包括没有移动的部件的装置被实施，因此是非常可靠的。所述元件典型地被直接电连接至集电靴(也就是，没有中间电路，该电路本质上改变电压)，所述集电靴收集来自电力供给轨道(第三轨道)的电力。当第三轨道连接至高压电供给(通常是750V直流(DC)或更高)时所述方法可以被实施。感应生成第二和第三交变电信号确保了：生成第一交变电信号的电路和处理第三交变电信号的电路没有直接电连接至第三轨道的高压电(750V或更高)系统。这保护了电路免受损坏(可选地，如果该保护设置有电绝缘，则可能会经受绝缘击穿)。也确保了操作电路的人员的电力安全。与现有轨道检测技术不同的是，现有技术只可以检测轨道的故障，由于本方法中列车车头电连接至作为被检查的电路回路的一部分的第三轨道，因此额外还能够检测列车车头的任何异常表现。这样，本方法可以检测集电靴或列车的电驱动系统的故障。给定的列车一般具有多个集电靴(例如，每个车厢四个)。可选地，在各自与多个集电靴中的每一个集电靴连接的每一个元件中，第一交变电信号可被用于感应生成第二交变电信号。第二交变电信号被用于感应生成各自的第三交变电信号，以及这些信号的每一个能受信号处理操作的影响(例如，按序)以便每一个集电靴的故障都可以被检测到。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测电力铁路系统故障的方法，所述电力铁路系统包括行驶轨道、电力供给轨道、以及沿着所述行驶轨道移动和接收来自电力供给轨道的电力的轨道车辆，所述方法包括：使用安装在所述轨道车辆上的交变信号生成单元生成第一交变电信号，使用安装在所述轨道车辆上的第一感应耦合单元将所述第一交变电信号感应发射至所述轨道车辆的元件以在所述元件中产生第二交变电信号，所述轨道车辆的元件电连接至所述轨道；使用安装在所述轨道车辆上的第二感应耦合单元以从所述第二交变电信号感应生成第三交变电信号；和对所述第三交变电信号执行信号处理操作，并由此检测故障。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.23 US 61/636,9801.一种检测电力铁路系统故障的方法，所述电力铁路系统包括行驶轨道、
电力供给轨道、以及沿着所述行驶轨道移动和接收来自电力供给轨道的电力的
轨道车辆，所述方法包括：
使用安装在所述轨道车辆上的交变信号生成单元生成第一交变电信号，
使用安装在所述轨道车辆上的第一感应耦合单元将所述第一交变电信号
感应发射至所述轨道车辆的元件以在所述元件中产生第二交变电信号，所述轨
道车辆的元件电连接至所述轨道；
使用安装在所述轨道车辆上的第二感应耦合单元以从所述第二交变电信
号感应生成第三交变电信号；和
对所述第三交变电信号执行信号处理操作，并由此检测故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述元件被电连接至所述电力供
给轨道。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二交变电信号在电路
中流通，所述电路进一步包括所述行驶轨道。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述第二交变电信号在电
路中流通，所述电路包括收集来自所述电力供给轨道的电力的集电靴、由所述
电力提供动力的电动马达、电流返回路径、以及设置在所述电流返回路径上的
电容器。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，根据检测的故障，生成报
告，所述报告包含由位置检测单元获得的位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述位置检测单元为GPS单元或
所述轨道车辆的转速计。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，在所述轨道车辆已经停止移
动之前所述报告被发射出所述轨道车辆。
8.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述信号处理操作包括对
比第三交变电信号的振幅和第一阈值，如果所述振幅低于所述第一阈值则生成

\t第一故障检测信号。
9.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述信号处理操作包括对
比第三交变电信号的振幅和第二阈值，如果所述振幅高于所述第二阈值则生成
第二故障检测信号。
10.根据前述任一权...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢国祥，李康荣，
申请(专利权)人：南洋理工大学，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG