一种在线监测电气化铁道钢轨传播常数的方法技术

本发明专利技术公开了一种在线监测电气化铁路钢轨传播常数的方法，该方法通过同步在线监测钢轨上各测量点处的电压，将电压表示成矢量后，带入相关公式中进行处理，得到钢轨传播常数。由于该方法是在线测量，与已有的方法相比，该方法不需“开天窗”，不影响列车的正常运行，能反映钢轨传播常数随气象条件的变化关系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种监测电气化铁道钢轨传播常数的方法，属于铁路系统测量

技术介绍
随着铁路运输系统向着高速、重载化的方向发展，在电气化铁路高速、重载区段因 牵引负荷大、列车负载率高、牵引回流大，使得钢轨电位显著升高。钢轨电位升高对沿线设 备和人员生命安全造成威胁，容易引起同轨道相连信号设备的功能故障，加速钢轨与轨枕 间绝缘垫板的老化，造成牵引回流异常等。因此必须充分掌握高速、重载电气化铁路钢轨电 压的分布规律及其影响因素，给出降低钢轨电位的有效措施。钢轨传播常数<formula>formula see original document page 3</formula>其中Y是钢轨传播常数，Z是单位长度钢轨的阻抗，Y是单位长度钢轨对大地的电导)作 为表征轨道电压分布的重要参数，具有稳定性、普适性等特点，是描述钢轨电压分布的有效 参数。目前所采用的测量方法有开路/短路相位表法和三电压表法，通过测量钢轨开路 阻抗和短路阻抗，然后计算出单位长度的钢轨阻抗和钢轨对地的泄漏电导，最后代入公式 <formula>formula see original document page 3</formula>计算得出钢轨传播常数。现有测量方法需要将轨道进行短路和开路，"开天窗"测 量，导致行车中断，无法反映列车运行状态下钢轨电压的变化规律。存在以下缺陷①"开 天窗"测量需要中断行车，给铁路系统的正常运营带来严重干扰，造成重大经济损失，尤其 是高密度运营线路；②"开天窗"测量的时间有限，不能反映钢轨传播常数随气象条件的变 化关系。
技术实现思路
针对上述情况，本专利技术的主要目的在于提供一种在线监测电气化铁道钢轨传播常 数的方法，避免原有测量方法中需要中断行车的缺陷，能反映传播常数随气象条件的变化 关系。 图1中给出了钢轨回流系统的等效电路图，其中Z为钢轨单位长度阻抗，Y为单位 长度钢轨对大地的电导，I。为通过列车的接地碳刷流入钢轨的电流，x为测量点与钢轨电流 流入点的距离，IJx)为测量点处钢轨中的电流，I2(x)为测量点处通过钢轨-大地的泄漏电导泄漏的电流。根据电路图l可建立微分方程<formula>formula see original document page 3</formula> 联立式(1)中的上下两式解得<formula>formula see original document page 3</formula> = 4(^一(')、^ = 4(0.,(0分别是相邻两测量点t时刻的电压矢量，A(t)、4(t)、 c^(t)、 Kt)分别是相邻两测量点t时刻的幅值和相位。 对公式(9)分析可知，钢轨传播常数Y可表示成钢轨上不同位置的两点间的距离 以及它们同一时刻的电压值的函数。因此我们提出了一种在线监测电气化铁道钢轨传播常 数的方法，其技术构成在于它包括如下步骤 1. 1在钢轨上相隔一定距离设置两个或多个电压传感器，并记录下相邻测量点 (即传感器所在的点)的距离d ; 1. 2当列车运行时，同步采集各测量点传感器的电压信号；4 1. 3利用相量法将电压表示成矢量形式，然后将其带入下式中计算，得到电气化铁道钢轨传播常数 y = —In " " 式中，f7二4W.e械(0 、^ = 4(0.6掩(0分别是相邻两测量点t时刻的电压矢量，A(t)、4(t)、 c^(t)、 (t2(t)分别是相邻两测量点t时刻的幅值和相位，d为相邻测量点的距离。 与原有测量方案相比，本专利技术具有如下效果 (1)本测量方法只需在钢轨的轨底相隔一定距离布置若干电压传感器，在线监测钢轨上各测量点处的电压，不需要"开天窗"测量，不需中断行车，不影响铁路系统的正常运营。 (2)本测量方法能够实时动态监测，得到钢轨传播常数随时间、气象条件的变化关系。附图说明 下面结合说明书附图和实施例进一步说明本专利技术。图1钢轨回流系统等效电路图 图2为本专利技术中电压传感器的安装方式 图3为本专利技术采用GPS同步时钟采集方式的原理图 图4GPS同步时钟工作示意图 图5为本专利技术中GPS同步时钟采集控制程序流程图 图6为本专利技术采用多通道并行同步采集方式的原理图 图7为本专利技术中多通道并行同步采集控制程序流程图具体实施例方式下面结合附图，对本专利技术作进一步的详细说明。 本专利技术方法分为如下三个步骤 第一步选一待测轨道电路区段，并在该区段内的钢轨1上相隔一定距离设置两个或多个电压传感器2 (如图2所示)，并记录下相邻测量点(传感器所在的点)的距离d。 第二步当线路上有列车运行时，同步采集各传感器的电压信号。其同步采集方式可以采用现有的同步采集技术，既可以采用全球卫星定位系统(GPS)同步时钟控制采集方式，也可以采用多通道并行同步采集方式。 ①当采用GPS同步时钟控制采集方式时，整个系统结构如图3所示每个电压传感器2与单独的数据采集卡3的采集通道相连，各数据采集卡3通过数据线与同步采集控制器4相连，同步采集控制器4是一台安装有同步采集控制程序的电脑，同步采集控制程序按流程图5设计。同步采集控制器4通过数据线与GPS同步时钟5相连。各GPS同步时钟5接收GPS系统6的基准时间信号，并将时间信号传送给同步采集控制器4 (如图4所示)，同步采集控制器4调用同步采集控制程序，调整自身的系统时钟，使之与GPS时钟同步，这样就使各个同步采集控制器4的时钟实现了同步，进而控制各数据采集卡3对电压信号进行同步采集。 ②当采用多通道并行同步采集方式时，整个系统结构如图6所示每个电压传感器2均连接到一多通道数据采集卡7的采集通道上，多通道数据采集卡通过数据线与同步采集控制器4相连，同步采集控制器4是一台安装有同步采集控制程序的电脑，此时的同步采集控制程序按流程图7来设计，利用并行采集模式，对多通道数据采集卡7各通道上的电压信号进行同步采集。 第三步同步采集控制器4通过传送单元8将采集到的数据传送给分析处理器9 (见图3和图6)，传送单元8可以是连接同步采集控制器4与分析处理器9的数据线，也可以是连接同步采集控制器4与分析处理器9的局域网，分析处理器9是一台安装有分析计算程序的电脑，分析计算程序的算法是按下式设计的，利用相量法将各电压表示成矢量形式，将电压矢量带入下式计算，得到电气化铁道钢轨传播常数 7 = —ln - l n /m、 /j 式中，C7-4W'一(') 、t>e掩(')分别是相邻两测量点t时刻的电压矢量，A, (t) 、A9(t)、小，(t) 、 (K(t)分别是相邻两测量点t时刻的幅值和相位，d权利要求，其特征在于它包括如下步骤1.1在钢轨上相隔一定距离设置两个或多个电压传感器，并记录下相邻测量点的距离d；1.2当列车运行时，同步采集各测量点传感器的电压信号；1.3将电压表示成矢量形式，并带入下式中，得到钢轨传播常数 <mrow><mi>r</mi><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>d</mi>&l本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线监测电气化铁道钢轨传播常数的方法，其特征在于它包括如下步骤：１．１在钢轨上相隔一定距离设置两个或多个电压传感器，并记录下相邻测量点的距离ｄ；１．２当列车运行时，同步采集各测量点传感器的电压信号；１．３将电压表示成矢量形式，并带入下式中，得到钢轨传播常数：ｒ＝１／ｄｌｎ＊［Ａ↓［１］（ｔ），φ↓［１］（ｔ）］／＊［Ａ↓［２］（ｔ），φ↓［２］（ｔ）］式中，＊［Ａ↓［１］（ｔ），φ↓［１］（ｔ）］＝Ａ↓［１］（ｔ）.ｅ↑［ｊφ（ｔ）］、＊［Ａ↓［２］（ｔ），φ↓［２］（ｔ）］＝Ａ↓［２］（ｔ）.ｅ↑［ｊφ↓［２］（ｔ）］分别是相邻两测量点ｔ时刻的电压矢量，Ａ↓［１］（ｔ）、Ａ↓［２］（ｔ）、φ↓［１］（ｔ）、φ↓［２］（ｔ）分别是相邻两测量点ｔ时刻的幅值和相位，ｄ为相邻测量点的距离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴广宁，周利军，高国强，曹晓斌，高波，李瑞芳，张雪原，王万岗，曹开江，刘君，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]