用於鐵路電氣化區段的牽引回流平衡裝置及其方法

2023-10-17 15:18:49 2

用於鐵路電氣化區段的牽引回流平衡裝置及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於鐵路電氣化區段的牽引回流平衡裝置及其方法。該牽引回流平衡裝置包括不平衡測試模塊和阻抗調整模塊；不平衡測試模塊連接在扼流變壓器牽引圈的兩端，阻抗調整模塊連接在鋼軌與扼流變壓器牽引圈之間；不平衡測試模塊採集鋼軌中的牽引回流，對採樣數據進行分析，顯示牽引回流的不平衡度以及阻抗調整建議；阻抗調整模塊根據阻抗調整建議調整阻抗，使不平衡度達到最小。利用本發明，可以實現鐵路電氣化區段鋼軌牽引回流的平衡調整，在不影響鋼軌牽引回流通暢的前提下，減小鋼軌牽引回流的不平衡度，提高軌道電路和車載設備的工作可靠性。
【專利說明】用於鐵路電氣化區段的牽引回流平衡裝置及其方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種用於鐵路電氣化區段的牽弓I回流平衡裝置，同時還涉及一種基於該裝置的牽引回流平衡方法，屬於鐵路信號【技術領域】。
【背景技術】
[0002]鐵路是國家交通運輸命脈，鐵路信號系統是指揮、控制列車運行的系統，是保障鐵路運輸安全和高效有序運行的關鍵設備。在鐵路信號系統中，檢查區段佔用/空閒的軌道電路是整個信號系統的關鍵基礎設備，直接關係信號系統的安全、可靠工作。
[0003]鐵路電氣化區段設有牽引變電所，牽引回流由牽引變電所送至接觸網，列車通過受電弓與接觸網連接得到牽引電源。列車在使用牽引電源時，產生了寬頻譜的諧波電流。該電流隨列車洩流輪接至鋼軌，並通過鋼軌回牽引變電所。這種鋼軌上的諧波電流即為牽引回流。隨著鐵路運輸事業的快速發展，列車重量及列車速度的增加，電力機車的牽引回流隨之增加。兩條鋼軌的牽引回流因不平衡會對軌道電路和車載設備造成幹擾，尤其對軌道電路的傳導性幹擾最為嚴重。如果不採取一定的防護措施，不但會影響軌道電路的正常工作，而且會引發車載設備故障導致剎車。
[0004]為解決牽引回流對軌道電路的幹擾問題，一般採取如下措施:一是軌道電路要有一定的抗不平衡幹擾能力。如25Hz相敏軌道電路的技術標準中就要求其抗不平衡電流為60A。二是採用等阻抗的鋼軌連接線，即在較長的那根鋼軌連接線中，繞入部分銅芯，使兩根鋼軌連接線的電阻相等。三是調整漏洩電阻，如清洗道床、更換鋼軌下的絕緣墊片等，努力保持鋼軌回流的對地洩流的平衡性。但在道岔區段，因道岔結構等原因，鋼軌阻抗的不平衡是無法調整的。這樣會存在一些弊端:一是增加維護工作量。在彎道地段，因外側鋼軌磨損比內側鋼軌嚴重，磨耗下來的導電屑渣較多，造成對地的電阻必然減小，引起牽引回流不平衡。因此需要經常清理道砟等工作，加大了工作量。二是不平衡存在盲目性。在道岔區段由於道岔結構等原因，鋼軌阻抗不可能相等。即使將鋼軌連接線阻抗設計為相等，結果仍然是不可能使牽引回流相等的。牽引回流所引起的幹擾依然存在，甚至還會提高鋼軌回流的不平衡程度。

【發明內容】

[0005]針對現有技術的不足，本發明所要解決的首要技術問題在於提供一種用於鐵路電氣化區段的牽引回流平衡裝置。
[0006]本發明所要解決的另一技術問題在於提供一種基於上述裝置的牽引回流平衡方法。
[0007]為實現上述發明目的，本發明採用下述的技術方案:
[0008]一種用於鐵路電氣化區段的牽引回流平衡裝置，包括不平衡測試模塊和阻抗調整模塊；所述不平衡測試模塊連接在扼流變壓器牽引圈的兩端，所述阻抗調整模塊連接在鋼軌與扼流變壓器牽引圈之間；[0009]所述不平衡測試模塊採集鋼軌中的牽引回流，對採樣數據進行分析，顯示牽引回流的不平衡度以及阻抗調整建議；所述阻抗調整模塊根據所述阻抗調整建議調整阻抗，使不平衡度達到最小。
[0010]其中較優地，所述不平衡測試模塊包括電流採集單元、電流分析單元和數據顯示單元；
[0011]所述電流採集單元連接扼流變壓器牽引圈的兩端，所述電流分析單元分別與所述電流採集電元和所述數據顯示單元相連接；
[0012]所述電流採集單元採集鋼軌中的牽引回流並將採樣數據發送至所述電流分析單元，所述電流分析單元對所述採樣數據進行分析，得出不平衡度曲線以及阻抗調整建議；所述數據顯示單元顯示阻抗調整建議以及不平衡度曲線。
[0013]其中較優地，所述阻抗調整模塊為具有多檔調整阻抗的鋼軌連接線。
[0014]其中較優地，所述鋼軌連接線為四根，分別連接在信號接收設備和/或信號發送設備的扼流變壓器牽弓I圈的兩端。
[0015]一種用於鐵路電氣化區段的牽引回流平衡方法，包括如下步驟:
[0016]採集鋼軌中的牽引回流；
[0017]對採樣數據進行分析，得出不平衡度以及對鋼軌連接線的阻抗調整建議；
[0018]根據所述阻抗調整建議調整鋼軌連接線的阻抗，使所述不平衡度達到最小。
[0019]其中較優地，所述不平衡度為扼流變壓器牽引圈兩端的電流差值。
[0020]其中較優地，對所述採樣數據進行頻譜分析，針對車載設備頻帶範圍內的分量進行提取分析，從而判定頻帶內幹擾量。
[0021]其中較優地，在調整鋼軌連接線的阻抗時，對信號發送設備和/或信號接收設備兩端的鋼軌連接線的阻抗分別進行調整。
[0022]本發明所提供的用於鐵路電氣化區段的牽引回流平衡裝置及其方法，在不影響鋼軌牽引回流通暢的前提下，可以實現鐵路電氣化區段鋼軌牽引回流的平衡調整，減小鋼軌牽引回流的不平衡度，提高了軌道電路和車載設備的工作可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發明所提供的牽引回流平衡裝置的工作原理示意圖；
[0024]圖2為本發明應用於鐵路電氣化區段的連接示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0026]參見圖1，本發明提供的牽引回流平衡裝置包括不平衡測試模塊和阻抗調整模塊。其中不平衡測試模塊包括電流採集單元、電流分析單元和數據顯示單元。電流分析單元分別與電流採集電元和數據顯示單元相連接。電流採集單元連接扼流變壓器牽弓I圈的兩端，採集鋼軌中的牽引回流並將採樣數據發送至電流分析單元。電流分析單元對電流採集單元的採樣電流進行分析，得出不平衡度曲線以及阻抗調整建議。數據顯示單元顯示阻抗調整建議以及不平衡度曲線。阻抗調整單元根據數據顯示單元的阻抗調整建議以及不平衡度曲線進行阻抗調整。鋼軌的阻抗調整後，會影響鋼軌中的電流變化，進而實現鋼軌中牽引回流的平衡。下面對此進行詳細介紹。
[0027]參見圖2，圖中牽引回流包括1、I1、I2、I3、I4、IA、IB。IDl和ID2為牽引回流在鋼軌上流回牽引變電所時，向大地漏洩的電流。鋼軌牽引回流I通過扼流變壓器牽引圈後，在線路的兩根鋼軌上分成鋼軌電流11、12，由於鋼軌阻抗RG1-2不同、鋼軌對地阻抗RD1-2不同及鋼軌連接線阻抗RL1-2不同，使得進入信號發送設備端扼流變壓器牽引圈兩側的電流IA、IB不相等。牽引回流IA、IB均在扼流變壓器信號圈上產生感應信號，但相位是相反的，即牽引回流IA、IB在扼流變壓器信號圈產生的感應是相互抵消的。當IA古IB時，IA和IB在扼流變壓器信號圈的感應不能完全抵消，這個抵消完後的剩餘感應電流對軌道電路來說就是幹擾信號。由此可見，儘量使IA與IB相等就能減小牽引回流對信號設備的幹擾。IA、IB越不平衡,對信號設備的幹擾越大。
[0028]在本發明的一個實施例中，牽引回流平衡裝置的不平衡測試模塊包括電流採集單元、電流分析單元以及數據顯示單元。其中電流採集單元採用鉗形電流互感器，分別接在扼流變壓器牽引圈的兩側。該電流採集單元同時採集扼流變壓器牽引圈兩端的電流ΙΑ、IB,並對電流進行採樣、濾波、Α/D轉換後將數據發送至電流分析單元。
[0029]前已述及，鋼軌連接線的阻抗直接影響鋼軌牽引回流的平衡。電流分析單元根據電流採集單元的採樣數據測試不平衡度，並給出鋼軌連接線的阻抗調整建議。該阻抗調整建議可以根據常規電路原理做出。下面以一根鋼軌連接線進行阻抗調整為例進行說明。例如若IA > IB，則建議減小IB所在鋼軌連接線的阻抗，從而使IB增大、IA減小，縮小IA與IB差值，提高牽弓I回流的平衡性。根據不平衡度和鋼軌連接線的實際情況，本領域的普通技術人員也能提出其它的阻抗調整建議，在此就不詳細說明了。
[0030]電流分析單元接收電流採集單元的IA、IB電流的採樣數據，首先根據採樣數據分析並測試牽引回流的不平衡度。不平衡的牽引回流用不平衡度來衡量，即扼流變壓器牽引圈兩端的電流差值IA -1B。電流分析單元首先對比電流IA與IB，得出IA與IB的差值，然後對IA與IB的差值的電流信息進行採樣及頻譜分析。頻譜分析時需要針對車載設備頻帶範圍內的分量進行提取分析，從而判定頻帶內幹擾量。由於不平衡牽引回流對車載設備的有效幹擾只是在 495Hz ?905Hz、1689Hz ?1711Hz、1989Hz ?2011Hz、2289Hz ?2311Hz、2589Hz?2611Hz這幾個頻帶上，其他頻段的幹擾是無效的。為了保證車載設備的可靠性，對幹擾量進行頻譜分析是有必要的。當牽引回流引發幹擾並造成車載設備故障剎車時，對比分析車載設備的監測記錄和電流分析單元的不平衡測試結果，能夠快速查清幹擾情況，同時針對幹擾情況進行準確的處理。
[0031]在本發明的一個實施例中，優選採用四根鋼軌連接線。如圖2所示，四根鋼軌連接線均為可調連接線。這樣一方面調整範圍會更大些，另一方面便於產品製造和維修備品備件的配置。由於利用鋼軌連接線進行不平衡調整的能力是有限的，因此僅僅使用鋼軌連接線調整牽引回流，使之完全平衡不現實，甚至也不可能。另一方面，因軌道電路設備本身具有60A不平衡電流的抗幹擾能力，所以在一般情況下，通過調整鋼軌連接線的阻抗，使牽引回流不平衡的幹擾在軌道電路設備允許範圍內即可，這樣能解決絕大部分問題。若鋼軌單邊接地，還必須進行道床清洗或消除接地點短路等故障才行，這種情況是極少數的。在本發明中，對於不平衡電流調節沒有精確的數值指導，只是根據電流分析單元的分析數據給出調整建議。整個調整過程可以由人工進行控制。[0032]數據顯示單元顯示電流分析單元的調整建議以及不平衡度的曲線。例如IA> IB，直接顯示減小某側鋼軌連接線阻抗。阻抗調整單元則根據數據顯示單元中的建議調整鋼軌連接線的阻抗，同時觀察不平衡度曲線，使不平衡度達到最小值。
[0033]在本發明的一個實施例中，阻抗調整模塊優選具有多檔調整阻抗的鋼軌連接線，即平衡型鋼軌連接線。現有的鋼軌連接線的阻抗固定，鋼軌牽引回流的不平衡度基本是不能調整的。鋼軌連接線的阻抗是牽引回流流經路線的阻抗，其阻抗越大流經它的牽引回流越小，其阻抗越小流經它的牽引回流越大。因鋼軌截面遠大於鋼軌連接線截面，即等長的鋼軌阻抗遠小於鋼軌連接線阻抗。對於長度一般為200m左右的站內軌道電路而言，調整鋼軌連接線的阻抗，能有效調整通過其的牽引回流的大小。本發明中採用的鋼軌連接線通過對阻抗進行調整，實現鋼軌中牽引回流的調整，從而減小IA、IB的差值，降低牽引回流對信號設備的幹擾。
[0034]參見圖2，本發明中的鋼軌連接線分別連接在信號發送設備和/或信號接收設備的扼流變壓器牽引圈的兩端，RLl和RL2分別表示鋼軌連接線的阻抗。一旦鋼軌連接線的阻抗調整，可以直接影響扼流變壓器牽引圈兩端牽引回流的變化。本發明中優選對信號發送設備和信號接收設備兩端的鋼軌連接線的阻抗分別進行調整，實現相對精確的牽引回流調整。需指出的是，一個軌道區段的四根鋼軌連接線均是可以調整阻抗的，當然也可以只調整信號發送設備的兩根鋼軌連接或者信號接收設備的兩根鋼軌連接線。顯然，四根鋼軌連接線阻抗的調整範圍相對於兩根鋼軌連接線的阻抗調整範圍更大、更精確。
[0035]阻抗調整模塊根據電流分析單元的建議進行阻抗調整。例如當IA > IB,電流分析單元建議減小IB所在鋼軌連接線的阻抗。在減小鋼軌連接線阻抗的過程中，需實時觀察數據顯示單元中顯示不平衡度的曲線，儘可能地保證不平衡度的值達到最小。當不平衡度的值最小時，鋼軌中牽引回流的幹擾對於信號發送設備或者信號接收設備的幹擾是最小的。
[0036]綜上所述，本發明通過實時監測鋼軌回流牽引回流的不平衡度，並根據監測數據對鋼軌連接線的阻抗進行調整，減小牽引回流對信號設備的幹擾。利用本發明，可以實現鐵路電氣化區段鋼軌牽引回流平衡調整，達到在不影響鋼軌牽引回流通暢的前提下，減小鋼軌牽引回流的不平衡度，提高了軌道電路和車載設備的工作可靠性。
[0037]上面對本發明所提供的用於鐵路電氣化區段的牽引回流平衡裝置及其方法進行了詳細的說明。對本領域的一般技術人員而言，在不背離本發明實質精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構成對本發明專利權的侵犯，將承擔相應的法律責任。
【權利要求】
1.一種用於鐵路電氣化區段的牽引回流平衡裝置，其特徵在於包括不平衡測試模塊和阻抗調整模塊；所述不平衡測試模塊連接在扼流變壓器牽引圈的兩端，所述阻抗調整模塊連接在鋼軌與扼流變壓器牽引圈之間； 所述不平衡測試模塊採集鋼軌中的牽引回流，對採樣數據進行分析，顯示牽引回流的不平衡度以及阻抗調整建議；所述阻抗調整模塊根據所述阻抗調整建議調整阻抗，使不平衡度達到最小。
2.如權利要求1所述的牽引回流平衡裝置，其特徵在於: 所述不平衡測試模塊包括電流採集單元、電流分析單元和數據顯示單元； 所述電流採集單元連接扼流變壓器牽引圈的兩端，所述電流分析單元分別與所述電流採集電元和所述數據顯示單元相連接； 所述電流採集單元採集鋼軌中的牽引回流並將採樣數據發送至所述電流分析單元，所述電流分析單元對所述採樣數據進行分析，得出不平衡度曲線以及阻抗調整建議；所述數據顯示單元顯示阻抗調整建議以及不平衡度曲線。
3.如權利要求1所述的牽引回流平衡裝置，其特徵在於: 所述阻抗調整模塊為具有多檔調整阻抗的鋼軌連接線。
4.如權利要求3所述的牽引回流平衡裝置，其特徵在於: 所述鋼軌連接線為四根，分別連接在信號接收設備和/或信號發送設備的扼流變壓器牽引圈的兩端。
5.一種用於鐵路電氣化區段的牽引回流平衡方法，其特徵在於包括如下步驟: 採集鋼軌中的牽引回流； 對採樣數據進行分析，得出不平衡度以及對鋼軌連接線的阻抗調整建議； 根據所述阻抗調整建議調整鋼軌連接線的阻抗，使所述不平衡度達到最小。
6.如權利要求5所述的牽引回流平衡方法，其特徵在於: 所述不平衡度為扼流變壓器牽引圈兩端的電流差值。
7.如權利要求5所述的牽引回流平衡方法，其特徵在於: 對所述採樣數據進行頻譜分析，針對車載設備頻帶範圍內的分量進行提取分析，從而判定頻帶內幹擾量。
8.如權利要求5所述的牽引回流平衡方法，其特徵在於: 在調整鋼軌連接線的阻抗時，對信號發送設備和/或信號接收設備兩端的鋼軌連接線的阻抗分別進行調整。
【文檔編號】B60M3/04GK103832293SQ201410073654
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】鄒梓晗 申請人:鄒梓晗