一种电气化铁路接触网故障测距装置

1.本发明涉及接触网故障检测技术领域，尤其涉及一种电气化铁路接触网故障测距装置。


背景技术：

2.接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供受电弓取流的高压输电线。接触网是铁路电气化工程的主构架，是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。
3.接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，对接触网提出以下要求：1．在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定性和足够的弹性。
4.2．接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力并尽量延长设备的使用年限。
5.3．要求接触网对地绝缘好，安全可靠。
6.4．设备结构尽量简单，便于施工，有利于运营及维修。在事故情况下，便于抢修和迅速恢复送电。
7.5．尽可能地降低成本，特别要注意节约有色金属及钢材。总的来说，要求接触网无论在任何条件下，都能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行，并在符合上述要求的情况下，尽可能地节省投资、结构合理、维修简便、便于新技术的应用。
8.申请号为202121540794.2的专利申请公开了一种电气化铁路接触网故障测距装置，具体公开了如下技术方案：包括，27.5kv高压接线端子、主电气回路的电流互感器、电压互感器和避雷器，控制和辅助回路的测距单元和电源单元；27.5kv高压接线端子的一端连接供电线，27.5kv高压接线端子另二端通过电流互感器分别与两段接触网连接；母线上设置电压互感器和避雷器，电源单元为测距单元供电。有益效果是，通过测距单元中插件实现供电线与接触网的连接点不在供电分段的末端情况时，接触网故障的准确定位，并传至远方控制中心，从而使维修人员快速到达故障点，提高电气化铁路维修效率；另外，通过太阳能板和电压互感器取电，实现能源自给，无需外部供电。
9.上述专利通过测距单元中的插件实现供电线与接触网的连接点，不在供电分段的末端情况时，接触网故障的准确定位，而在遇到接触网输电线下垂的情况下，会增加对石墨烯滑板的磨损，同时对电力的传输具有影响，且无法根据石墨烯滑板的磨损对接触网输电线的位置监测。


技术实现要素：

10.本发明的目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种通过监测石墨烯滑板的磨损量，从而可以判断接触网状态，并利用gps定位模块接触网分段的位置，实现接触网故障测距，通过对具有垂度的接触网高压输电线处理，增加接触网高压输电线与石墨烯滑板的接触面，保证了电力输送的稳定性的电气化铁路接触网故障测距装置。
11.本发明的技术方案：一种电气化铁路接触网故障测距装置，包括安装在列车顶部的绝缘安装底座、安装在绝缘安装底座上的下臂杆以及铰接在下臂杆上的上臂杆，所述下臂杆上铰接有调节上臂杆与下臂杆之间夹角的直线驱动机构，所述上臂杆的另一端设置有安装框架，所述安装框架上安装有接电弓机构、对具有垂度的接触网高压输电线调节至水平的方式与接电弓机构接触同时控制接电弓机构与接触网高压输电线接触状态的执行机构。
12.优选的，所述接电弓机构包括安装在安装框架上的接电弓体，接电弓体内开设有安装槽，安装槽内活动设置有石墨烯滑板以及对石墨烯滑板重量进行实时监测的重量传感器；所述安装槽底部设置有供石墨烯滑板上的接线端子活动贯穿的接线孔，所述安装槽底部还对称设置有供执行机构作用于石墨烯滑板的摆动通槽。
13.优选的，所述执行机构包括以平行的方式转动安装在安装框架上的主动轴以及从动轴，所述主动轴与从动轴通过同步传动组件同步传动连接；所述执行机构还包括固定套接在主动轴上的连接座，连接座的另一端固定有支撑板；所述安装框架上安装有驱动主动轴转动一定角度的驱动组件；所述从动轴上设置有穿过摆动通槽周期性调节石墨烯滑板高度的四叶凸轮。
14.优选的，所述驱动组件包括固定套接在主动轴上的从动长齿轮以及固定在安装框架上的转动驱动装置，转动驱动装置的输出轴上固定有与从动长齿轮啮合的主动长齿轮。
15.优选的，所述安装框架上固定有固定杆，所述固定杆上固定有限制连接座转动角度的限位件；所述限位件与连接座的形状相契合。
16.优选的，还包括gps定位模块以及控制器，所述gps定位模块用于标记列车的所在位置；所述控制器具有信号接收模块以及信号输出模块，用于获取重量传感器监测数据信息，并上报控制中心；所述控制器还用于控制驱动组件以及直线驱动机构工作状态。
17.一种电气化铁路接触网故障测距系统，包括上述的电气化铁路接触网故障测距装置、控制中心以及控制器；所述控制中心通过控制器向电气化铁路接触网故障测距装置发送控制指令或获取电气化铁路接触网故障测距装置反馈的行驶信息；所述行驶信息包括驱动组件的旋转角度信息、重量传感器监测石墨烯滑板重量变化信息以及gps定位模块定位模块的定位信息。
18.一种电气化铁路接触网故障测距方法，利用权利要求上述的电气化铁路接触网故
障测距装置，具体包括如下步骤；获取石墨烯滑板与接触网分段线路接触前重量传感器监测的石墨烯滑板的重量数据m1；获取与接触网分段线路单位行程接触后重量传感器监测的石墨烯滑板重量数据m2；计算m1-m2的差值是否处于石墨烯滑板单位接触网分段的损耗区间内；若处于损耗区间内则接触网无故障，若超出损耗区间则接触网故障，同时根据gps定位模块获取故障位置。
19.优选的，将所述重量传感器替换为压力传感器，同时使石墨烯滑板与压力传感器处于始终接触的状态，具体包括如下步骤；获取石墨烯滑板与接触网分段线路接触时重量传感器监测的石墨烯滑板重量波动数据；判断石墨烯滑板重量波动数据的峰值与底值是否超出预设阀值；若未超出预设阀值则接触网无故障，若预设阀值则接触网故障，根据gps定位模块准确获取故障位置。
20.优选的，当所述石墨烯滑板与压力传感器处于始终接触的状态时，接触网高压输电线可与石墨烯滑板相接触。
21.与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：通过监测石墨烯滑板的磨损量，并判断其损耗是否超出预设阀值，从而可以判断接触网是否处于下垂状态，并利用gps定位模块获取处于故障状态的接触网分段的位置，进而实现接触网故障测距。
22.通过获取处于故障状态的接触网分段的位置，可以提前将具有垂度的接触网高压输电线调整为水平状态，再与石墨烯滑板接触，增加了接触网高压输电线与石墨烯滑板的接触面，也避免了石墨烯滑板朝向列车行驶方向的一侧磨损，保证了电力输送的稳定性。
23.通过压力传感器监测石墨烯滑板重量波动数据的峰值是超出预设阀值，从而判断石墨烯滑板处于相对高速的损耗状态，并配合通过gps定位模块可以准确的获取接触网高压输电线路的故障位置，进而便于抢修。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1给出了本发明电气化铁路接触网故障测距装置一种实施例的结构示意图；图2给出了本发明电气化铁路接触网故障测距装置另一视角的结构示意图；图3为电气化铁路接触网故障测距装置部分结构示意图；图4为电气化铁路接触网故障测距装置中执行机构的结构示意图；图5为电气化铁路接触网故障测距装置中接电弓机构的结构示意图；图6为电气化铁路接触网故障测距装置遭遇水平接触网以及具有垂度接触网的示
意图；图7为电气化铁路接触网故障测距装置遭遇具有垂度接触网的具体示意图；图8为本发明提出的一种铁路接触网故障测距系统的原理框图；图9为本发明提出的一种铁路接触网故障测距方法的第一种实施方式原理图；图10为本发明提出的一种铁路接触网故障测距方法的第二种实施方式原理图；图11为本发明一种铁路接触网故障测距方法的第二种实施方式中采集的波形图一；图12为本发明一种铁路接触网故障测距方法的第二种实施方式中采集的波形图二；附图标记：001接触网高压输电线；100绝缘安装底座；200下臂杆；300直线驱动机构；400上臂杆；500安装框架；600接电弓机构；610接电弓体；620安装槽；630重量传感器；640接线孔；650摆动通槽；660石墨烯滑板；700执行机构；710支撑板；720主动轴；730从动长齿轮；740同步传动组件；750从动轴；760四叶凸轮；770转动驱动装置；780主动长齿轮；790限位件；800gps定位模块；900控制器。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例一如图1和图3所示，本发明提出的一种电气化铁路接触网故障测距装置，包括安装在列车顶部的绝缘安装底座100、安装在绝缘安装底座100上的下臂杆200以及铰接在下臂杆200上的上臂杆400；其中绝缘安装底座100由支撑座和安装在支撑座底部四角处的绝缘子组成，其用以悬挂并对接地体（列车）保持电气绝缘；下臂杆200上铰接有调节上臂杆400与下臂杆200之间夹角的直线驱动机构300；直线驱动机构300的底座铰接在下臂杆200上，其活塞杆的端部通过铰接座与上臂杆400的一端铰接；其中上臂杆400的铰接部位具有调节槽，从而使上臂杆400与下臂杆200之间的角度自由调节。
28.上臂杆400的另一端设置有安装框架500，安装框架500上安装有接电弓机构600、对具有垂度的接触网高压输电线调节至水平的方式与接电弓机构600接触同时控制接电弓机构600与接触网高压输电线接触状态的执行机构700；当直线驱动机构300工作时，可以将上臂杆400的一端绕着与下臂杆200的铰接部位转动，从而调节上臂杆400与下臂杆200之间的夹角；实现接电弓机构600与接触网高压输电线之间的接触与脱离；接电弓机构600与接触网高压输电线接触时，即进行充电状态。
29.结合图5所示，接电弓机构600包括安装在安装框架500上的接电弓体610，接电弓体610内开设有安装槽620，安装槽620内活动设置有石墨烯滑板660以及对石墨烯滑板660重量进行实时监测的重量传感器630；其中接电弓体610与石墨烯滑板660的形状匹配，接电弓体610的两端均具有向内侧延伸的凹槽，用以限制石墨烯滑板660只能在接电弓体610内上下移动，且不会脱离接电弓体610；重量传感器630对石墨烯滑板660的重量进行监测，利用石墨烯滑板660与接触网高压输电线接触前的数据和接触网高压输电线接触后的数据作比对；从而判断接触网高压输电线的垂度，进一步判断是否接触网高压输电线是否故障。
30.安装槽620底部设置有供石墨烯滑板660上的接线端子活动贯穿的接线孔640，安装槽620底部还对称设置有供执行机构700作用于石墨烯滑板660的摆动通槽650，摆动通槽650可以一直延伸至接电弓体610的侧翼缘。
31.需要说明的是，接电弓机构600设置有两个，远离列车行驶方向的接电弓机构600只具有石墨烯滑板660和接电弓体610，且石墨烯滑板660为固定式，即始终与接触网高压输电线保持接触状态。
32.如图4所示，执行机构700包括以平行的方式转动安装在安装框架500上的主动轴720以及从动轴750，主动轴720与从动轴750通过同步传动组件740同步传动连接；本实施例中，同步传动组件740优先采用带轮传动机构，包括固定在主动轴720以及从动轴750上的皮带轮，主动轴720与从动轴750之间再通过皮带传动连接，使得主动轴720与从动轴750之间同步转动；当然也可以是其他传动机构，如齿盘链条同步传动机构；执行机构700还包括固定套接在主动轴720上的连接座，连接座的另一端固定有支撑板710；支撑板710上侧为弧形，且喷涂有绝缘的橡胶耐磨涂层；用于保证支撑板710的使用寿命，同时与接触网高压输电线保持绝缘状态。
33.安装框架500上安装有驱动主动轴720转动一定角度的驱动组件；驱动组件包括固定套接在主动轴720上的从动长齿轮730以及固定在安装框架500上的转动驱动装置770，转动驱动装置770的输出轴上固定有与从动长齿轮730啮合的主动长齿轮780。
34.当转动驱动装置770工作时，驱动主动长齿轮780转动再通过主动长齿轮780驱动从动长齿轮730转动，从而使主动轴720转动，主动轴720转动通过连接座驱动支撑板710转动，从而使支撑板710呈竖直状态，进而可以提前将具有垂度的接触网高压输电线调整为水平状态，再与石墨烯滑板660接触，增加了接触网高压输电线001与石墨烯滑板660的接触面，也避免了石墨烯滑板660朝向列车行驶方向的一侧磨损，保证了电力输送的稳定性，具体如图7所示的状态，图7中，与列车同向行驶的接电弓机构600在支撑板710的作用下与接触网高压输电线001稳定接触，且支撑板710与接触网高压输电线001之间形成了β角；接触网高压输电线001与另一接电弓机构600形成α角；从动轴750上设置有穿过摆动通槽650周期性调节石墨烯滑板660高度的四叶凸轮760。
35.需要说明的是，四叶凸轮760具有多个凸起部，且该凸起部均为弧形，当从动轴750旋转时，可以驱动四叶凸轮760转动，四叶凸轮760转动时，其凸起部可以穿过摆动通槽650将石墨烯滑板660顶起或放下，从而调节石墨烯滑板660与接触网高压输电线接触状态；
当石墨烯滑板660处于放下状态时，其可以与重量传感器630接触，重量传感器630对石墨烯滑板660的重量监测，当损耗十分严重，超出对应的损耗指标时，则表面接触网高压输电线下垂严重，应当及时检修；如图4所示，安装框架500上固定有固定杆，固定杆上固定有限制连接座转动角度的限位件790；限位件790与连接座的形状相契合。
36.当驱动组件驱动主动轴720转动时，其通过连接座带动支撑板710转动时，将由于限位件790的限制，使得连接座最多成为水平状态，即在主动轴720逆时针转动时，支撑板710的转动极限为垂直状态。
37.如图2所示，电气化铁路接触网故障测距装置还包括gps定位模块800以及控制器900，gps定位模块800用于标记列车的所在位置；即当重量传感器630监测超出正常范围时，gps定位模块800对该路段的接触网高压输电线001位置进行标记；用于获取接触网高压输电线001故障位置路段；从而达到测距的效果。
38.控制器900具有信号接收模块以及信号输出模块，用于获取重量传感器630监测数据信息，并上报控制中心；控制器900还用于控制驱动组件以及直线驱动机构300工作状态。
39.通过控制中心的数据接收与反馈，从而可以标定接触网高压输电线001故障路段，同时在其余列车行驶该路段时可以，提前进行断电或将支撑板710竖起的操作。
40.基于实施例一电气化铁路接触网故障测距装置工作原理是：结合图6进行说明，图中a表示遭遇水平接触网分段线路，图中b表示遭遇具有垂度的接触网分段线路，当列车行驶在a路段时，两个石墨烯滑板660可以同时接受该路段的接触网高压输电线001的供电，且石墨烯滑板660的损耗处于正常磨损量范围；上一列车行驶在b路段时，将b路段记为接触网故障路段，当本次列车行驶在b路段时，通过驱动组件驱动主动轴720转动，通过同步传动组件740使得四叶凸轮760与石墨烯滑板660接触，其凸起部可以穿过摆动通槽650将石墨烯滑板660顶起或放下，从而调节石墨烯滑板660与接触网高压输电线接触状态，同时通过驱动组件驱动主动轴720转动，主动轴720转动通过连接座驱动支撑板710转动，从而使支撑板710呈竖直状态，进而可以提前将具有垂度的接触网高压输电线调整为水平状态，进而可以提前将具有垂度的接触网高压输电线调整为水平状态，再与石墨烯滑板660接触，增加了接触网高压输电线001与石墨烯滑板660的接触面，也避免了石墨烯滑板660朝向列车行驶方向的一侧磨损，保证了电力输送的稳定性。
41.基于上述内容，如图8所示，本发明还提出一种电气化铁路接触网故障测距系统，包括上述的电气化铁路接触网故障测距装置、控制中心以及控制器；控制中心通过控制器向电气化铁路接触网故障测距装置发送控制指令或获取电气化铁路接触网故障测距装置反馈的行驶信息；行驶信息包括驱动组件的旋转角度信息、重量传感器630监测石墨烯滑板660重量变化信息以及gps定位模块800定位模块的定位信息。
42.通过控制中心监测各项数据的变化作出控制判断。
43.如控制驱动组件中转动驱动机构的旋转角度、根据重量传感器630监测石墨烯滑板660重量变化信息控制直线驱动机构300的工作行程。
44.实施例二参照图9，基于上述实施例一，利用上述的电气化铁路接触网故障测距装置，本发明还提出一种电气化铁路接触网故障测距方法，具体包括如下步骤；s110：获取石墨烯滑板与接触网分段线路接触前重量传感器监测的石墨烯滑板的重量数据m1；s120：获取与接触网分段线路单位行程接触后重量传感器监测的石墨烯滑板重量数据m2；s130：计算m1-m2的差值是否处于石墨烯滑板单位接触网分段的损耗区间内；s140：若处于损耗区间内则接触网无故障，若超出损耗区间则接触网故障，同时根据gps定位模块获取故障位置。
45.若接触网的正常状态下，石墨烯滑板的平均损耗量为m3，若m1-m2的差值大于m3，且上浮区间异常，则表示接触网下垂。
46.此为常规方式下，对接触网分段的故障检测方法。
47.参照图10所示，基于上述电气化铁路接触网故障测距方法，本发明还提出另一种实施方式，将重量传感器替换为压力传感器，同时使石墨烯滑板与压力传感器处于始终接触的状态，具体包括如下步骤；s210：获取石墨烯滑板与接触网分段线路接触时重量传感器监测的石墨烯滑板重量波动数据；当电气化铁路接触网故障测距装置处于如图6所示的水平接触网高压输电线接触时，其压力波动范围如图11所示，压力传感器持续进行压力数值监测，其测量后的压力数值始终处于稳定状态，即波动范围较小的状态；当电气化铁路接触网故障测距装置处于如图7所示的水平接触网高压输电线接触时，其压力波动范围如图12所示，压力传感器持续进行压力数值监测，其测量后的压力数值始终处于高频率的波动状态，即波动范围较小的状态；s220：判断石墨烯滑板重量波动数据的峰值与底值是否超出预设阀值；s230：若未超出预设阀值则接触网无故障，若预设阀值则接触网故障，根据gps定位模块准确获取故障位置。即在出现波动峰值时，gps定位模块即获取列车的定位信息；以保证精确的确定接触网的故障位置。
48.当石墨烯滑板重量波动数据的峰值超出预设阀值时，即表明石墨烯滑板处于相对高速的损耗状态，此时，通过gps定位模块可以准确的获取接触网高压输电线路的故障位置，进而便于抢修。
49.需要说明的是，当石墨烯滑板与压力传感器处于始终接触的状态时，接触网高压输电线可与石墨烯滑板相接触。
50.且石墨烯滑板不会脱离接电弓体，只会随着压力的变化而迫使压力传感器监测的数据产生变化，即通过具有垂度的接触网高压输电线可以使石墨烯滑板具有额外的向下压力，通过此向下压力可以判断接触网高压输电线是否垂于下垂状态，且根据其峰值可以判断下垂的程度，即接触网高压输电线的下垂程度与石墨烯滑板的损耗程度呈正比例关系。
51.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连
接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
52.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。