CN108535598B - 一种轨道电路电缆故障在线检测方法和装置 - Google Patents

一种轨道电路电缆故障在线检测方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轨道电路电缆故障在线检测方法及装置,其中所述方法包括:从第一设备和第二设备中的一个或两个中采集轨道电路自身信号的电气参数;根据采集的所述电气参数计算得到故障测量值;将所述故障测量值与电缆不同位置对应的参考值对比,以确定故障点的位置。通过本发明的技术方案,有效地适应于对故障的在线检测,达到了故障定位更加准确的技术效果。

Description

一种轨道电路电缆故障在线检测方法和装置
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域,具体涉及一种轨道电路电缆故障在线检测方法和装置。
背景技术
ZPW-2000A是列控***的主要基础装备,目前已经广泛应用于普通铁路和高速铁路***中。其轨道电路的特点之一是***延展长,从室内到室外最远达到15km,室内外设备通过电缆连接。这种电缆传输1700~2600Hz频率范围内的音频信号,而且电缆芯线间和芯线对地间存在分布电容。
在日常运用中,电缆一旦发生开路或短路故障,由于电气特征复杂,现场维护人员难以准确判断故障的位置。所以即使将故障确定为电缆导致,也还需要在最远长达15km的范围内寻找准确的故障点,这在工程检修中实现难度很大。
为了对电缆的故障进行检测,查找确切的故障位置,目前采用一种离线的电缆故障位置查找设备。例如,现在普遍在电缆上施加扫频信号,然后采集每个扫频频率输入信号的电压时域信号和流经电缆绝缘层形成回路的电流时域信号,然后根据采集的信号计算电缆的频域阻抗和相位。这种检测方式在电缆上施加了检测信号,如果电缆在正常工作过程中,例如在ZPW-2000A正常工作,而电缆正在传输1700-2600Hz音频信号,这种音频信号是电缆正常传输的自身信号。由于检测信号的引入,导致对这种自身信号产生干扰。而且使用这种检测方式的前提是需要将电缆两侧的设备进行悬空,这种检测设备和检测方法无法适用于ZPW-2000A这种装备,也无法实现在线实时的判断电缆故障。还有一些电缆故障定位方法,其通过对短路电流等方式进行检测,这种故障的定位并不准确。
发明内容
针对现有技术中,无法实现对ZPW-2000A使用的电缆进行在线检测准确定位故障的技术问题,本发明提出了一种轨道电路电缆故障在线检测方法和装置。
一种轨道电路电缆故障在线检测方法,所述方法包括:
从第一设备和第二设备中的一个或两个中采集轨道电路自身信号的电气参数;
根据采集的所述电气参数计算得到故障测量值;
将所述故障测量值与电缆不同位置对应的参考值对比,以确定故障点的位置。
进一步地,所述第一设备为分线采集器,第二设备为通信接口板。
进一步地,从所述第一设备采集的轨道电路自身信号的电气参数包括:电缆侧电压信息和电流信息;
从所述第二设备采集的电气参数包括:功出电压和功出电流信息。
进一步地,根据欧姆定律计算得到所述故障测量值。
进一步地,所述故障测量值为阻抗模值。
进一步地,所述参考值通过以下方式获得:
基于电缆槽、土壤特性、桥梁中的一个或多个特性参数,通过仿真***确定所述电缆在其不同位置的所述参考值。
进一步地,所述参考值为阻抗模值。
一种轨道电路电缆故障在线检测装置,所述装置包括:
检测单元,用于从第一设备和第二设备中的一个或两个中采集轨道电路自身信号的电气参数;
计算单元,用于根据检测单元采集的所述电气参数计算故障测量值;
分析单元,将所述故障测量值与电缆不同位置对应的参考值对比以确定故障点的位置。
进一步地,所述装置还包括存储单元,
所述存储单元,用于存储所述参考值。
进一步地,所述装置还包括输出单元,
所述输出单元,用于将确定的故障点信息输出。
通过本发明的技术方案,有效地适应于ZPW-2000A设备进行实时检测,实现了故障定位更加准确的技术效果。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图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。
图1示出了根据本发明实施例的一种电缆故障在线检测***示意图;
图2示出了根据本发明实施例的电缆故障检测装置结构示意图;
图3示出了根据本发明实施例的标准值曲线示意图;
图4示出了根据本发明实施例的电缆故障检测装置检测故障点的基本流程图;
图5示出了根据本发明实施例的将实测计算值与标准值曲线对比确定故障点的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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、完整地说明。显然,所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示的本发明实施例的电缆故障在线检测***示意图,如图所示,电缆故障检测装置通过CAN(ControllerAreaNetwork,控制局域网)总线与分线采集器连接,实现对分线采集器的电缆侧轨道电路自身信号的电压和电流信息的实时采集,这种自身信号包括轨道电路收发设备与轨道之间在电缆中传输的音频信号或数字信号等,例如分线采集器向电缆故障检测装置上传的自身信号主要包括1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz这四种不同频率的信号;所述电缆故障检测装置还通过CAN总线或RJ45接口与通信接口板连接,实现对通信接口板上传的轨道电路自身信号的功出电压和功出电流信息的实时采集,也即对发送器输出的电压和电流信息进行采集;所述电缆故障检测装置还通过数据连接线与上位机连接,实现将故障信息发送给上述上位机,以在上位机的用户输出界面进行显示。
通过轨道电路仿真***仿真电缆在开路和短路情况下不同位置的电气特性,获得电气特性参考值,并形成电气特性曲线。电气特性参考值包括对地分布电容、阻抗、感抗、电压、电流等电气参数。
由于电缆对地存在分布电容,而且电缆在电缆槽、土壤、桥梁等不同地段中敷设时产生的分布电容不同,所以在通过轨道电路仿真***进行仿真时,考虑不同电缆槽、土壤特性、桥梁等因素进行综合仿真,以提高仿真数据的准确性,为后续的电缆故障定位提供更加可靠的参考。
本发明实施例通过上述电缆故障检测装置检测电缆中传输的自身信号,并基于自身信号确定阻抗模值,进而与参考值进行比较。如图2示出了根据本发明实施例的电缆故障检测装置结构示意图,如图所示,所述电缆故障检测装置主要包括控制单元、检测单元、计算单元、分析单元、存储单元和输出单元。
作为示例性的示意图,如图3所示,示意性地展示了通过上述轨道电路仿真***进行仿真得到的开路和短路情况下的间隔距离最小这种理想状态中的标准值曲线,即参考值曲线。通过这种示意性的仿真曲线可以看出,开路情况下和短路情况下的仿真得到的阻抗模值不同,而且随着距离的变化也有不同。通过仿真***进行仿真获得上述仿真参数后,上述电缆故障检测装置可以将获得的仿真参数存储在其存储单元中。
本发明实施例的电缆故障检测装置的控制单元对分线采集器和通信接口板两个设备进行区分,并控制检测单元分别采集上述分线采集器和上述通信接口板两个设备中的一个或多个的电气参数,包括电压参数和电流参数等。如图4示出了所述电缆故障检测装置检测故障点的基本流程图,如图所示,所述电缆故障检测装置的检测单元检测电缆自身信号实际的电压、电流等电气参数。具体地,所述检测单元采集上述分线采集器的电缆侧轨道电路自身信号的电压参数和电流参数等电气参数。所述检测单元将检测的上述电气参数发送给所述电缆故障检测装置的计算单元,由所述计算单元计算得到实测值。具体地,计算单元基于检测单元检测的电压和电流信息,根据欧姆定律计算获得阻抗模值Z,并发送给分析单元,以使得分析单元根据计算获得的阻抗模值Z和仿真参数确定电缆的故障位置。
示例性地,在开路情况下,上述电缆故障检测装置中的计算单元根据采集的电压和电流信息计算的阻抗模值为Z1,并将计算得到的阻抗模值Z1发送给所述分析单元。
上述电缆故障检测装置中的分析单元从所述计算单元收到阻抗模值Z1后,从所述存储单元中读取存储的仿真曲线参数,从计算单元获取所述阻抗模值Z1,并将所述阻抗模值Z1与所述仿真曲线参数进行对比,如图5所示。最终将阻抗模值Z1所对应的距离L1定为电缆的故障位置。所述分析单元也可以在所述存储单元中查找所述阻抗模值Z1对应的距离L1的方式确定电缆的故障位置。本发明实施例中,在电缆的故障检测过程中,由于使用的是轨道电路的自身信号,而没有引入其他的信号,所以可以进行实时检测,检测也更加安全可靠。而且由于将实测数据与相关位置的仿真数据进行对比,因此更能提高故障定位的准确性。
仅仅通过仿真***得到的仿真参数用于电缆的故障定位判断,会存在一定的偏差,优选地本发明实施例中,可以结合仿真***进行仿真的仿真结果和实地测量的实地测量结果共同确定不同地段的电气参数,例如上述电压、电路、分布电容电气参数。最终选择仿真和实体测量电气参数值的均值作为标准值。
对于短路的情况,同样可以通过上述方式定位故障点,本发明在此不再赘述。
需要说明的是,图3是一种理想化的仿真曲线示意图,阻抗模值的曲线呈现连续的延伸。在实际工程中,可以以一定的距离(例如100米)获得阻抗点值曲线,形成阻抗模值与距离的对应关系表或点值方式的关系图,并将这种对应关系表和关系图存储在电路故障检测装置中的存储单元中。
在上述计算单元获得所述阻抗模值Z1后,由分析单元判断所述对应表中的哪个阻抗模值与所述计算单元获得的所述阻抗模值Z1最接近,将与所述阻抗模值Z1最接近的阻抗模值所对应的距离L1’定为故障位置。
所述电缆故障检测装置可以根据控制指令实时采集上述分线采集器或上述通信接口板上的轨道电路自身信号的电压和电流信息,也可以同时采集上述分线采集器或上述通信接口板上的轨道电路自身信号的电压和电流信息。优选的方式是,所述电缆故障检测装置优先对分线采集器的电缆侧轨道电路自身信号的电压和电流信息进行采集。在***没有配置分线采集器时,所述电缆故障检测装置的控制单元控制检测单元对实现对通信接口板上传的轨道电路自身信号的功出电压和功出电流信息的实时采集,并发送给计算单元。所述计算单元从检测单元获取到上述功出电压和功出电流信息后,根据欧姆定律计算获得阻抗模值Z2,并发送给分析单元。所述分析单元从所述计算单元获取所述阻抗模值Z2后,从存储单元读取存储的仿真曲线参数,并将所述阻抗模值Z2与所述仿真曲线参数进行对比。最终将阻抗模值Z2所对应的距离、或者与所述阻抗模值Z2最接近的阻抗模值所对应的距离定为电缆的故障位置L2。
确定故障位置和故障类型后,所述电缆故障检测装置的输出单元将故障位置和故障类型通过网络或数据线发送给上位机,由上位机的输出界面进行显示,以向用户进行可视化展示,有效达到报警的目的。
本发明实施例的这种故障检测方式,由于使用的是轨道电路的自身信号而没有在待测电缆中引入额外的检测信号,所以不会对电缆中正常传输的轨道电路的自身信号造成干扰,所以检测更加安全,并且能够达到实时检测的目的。由于通过仿真结果或者仿真结果结合实地测量结果获得电缆中不同距离的理论参数,并将实际测量的数据与上述理论参数进行对比分析,所以电缆故障定位更加准确。由于对电缆故障进行实时测量,并且上报给上位机,能够及时通知处理人员进行处理,所以有效地提高了现场故障处理效率。
需要说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制。前后两个步骤之间并不必然意味着一定是一种先后执行的顺序,也并不必然意味着一定排除了发明中未列出的其他步骤,只要能够解决本发明的技术问题即可。说明书及附图中的设备、模块、单元之间的连线并不必然表示一种直接的电气连接,其表示的仅仅是逻辑的关联关系。说明书中的各个单元、模块和装置并不必然表示一种硬件设备,软件模块、固件模块均可适用于本发明。同时,本发明的“第一”、“第二”等并非表示一种前后顺序,仅仅用于识别相关的单元、装置等。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种轨道电路电缆故障在线检测方法,所述方法包括:
通过轨道电路仿真***仿真电缆在开路和短路情况下不同位置的电气特性,获得电气特性参考值,并形成电气特性曲线;其中,
基于电缆在电缆槽、土壤或桥梁不同地段中敷设时产生的分布电容不同,所述参考值通过以下方式获得:
基于电缆槽、土壤特性、桥梁的一个或多个特性参数,通过仿真***确定所述电缆在其不同位置的所述参考值;
从分线采集器和通信接口板中的一个或两个中采集轨道电路自身信号的电气参数,其中,所述自身信号包括轨道电路收发设备与轨道之间在电缆中传输的音频信号或数字信号,且分线采集器上传的轨道电路自身信号包括1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz这四种不同频率的信号;
选择仿真和实际测量电气参数值的均值作为标准值,并形成标准值曲线;
根据采集的所述电气参数计算得到故障测量值,所述故障测量值为阻抗模值;
将所述故障测量值与电缆不同位置对应的参考值对比,其中,将实测计算得到的故障测量值与标准值曲线做对比,以确定故障点的位置,其中,将阻抗模值对应的位置定位为故障点位置。
2.根据权利要求1所述的轨道电路电缆故障在线检测方法,其中,
从所述分线采集器采集的轨道电路自身信号的电气参数包括:电缆侧电压信息和电流信息;
从所述通信接口板采集的电气参数包括:功出电压和功出电流信息。
3.根据权利要求1所述的轨道电路电缆故障在线检测方法,其中,
根据欧姆定律计算得到所述故障测量值。
4.根据权利要求1所述的轨道电路电缆故障在线检测方法,其中,
所述参考值为阻抗模值。
5.一种轨道电路电缆故障在线检测装置,所述装置包括:
轨道电路仿真***,用于仿真电缆在开路和短路情况下不同位置的电气特性,获得电气特性参考值,并形成电气特性曲线;其中,
基于电缆在电缆槽、土壤或桥梁不同地段中敷设时产生的分布电容不同,所述参考值通过以下方式获得:
基于电缆槽、土壤特性、桥梁的一个或多个特性参数,通过仿真***确定所述电缆在其不同位置的所述参考值;
检测单元,用于从分线采集器和通信接口板中的一个或两个中采集轨道电路自身信号的电气参数;其中,所述自身信号包括轨道电路收发设备与轨道之间在电缆中传输的音频信号或数字信号;且分线采集器上传的轨道电路自身信号包括1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz这四种不同频率的信号;
计算单元,用于根据检测单元采集的所述电气参数计算故障测量值,所述故障测量值为阻抗模值;
轨道电路仿真***,还用于选择仿真和实际测量电气参数值的均值作为标准值,并形成标准值曲线;
分析单元,将所述故障测量值与电缆不同位置对应的参考值对比,其中,将实测计算得到的故障测量值与标准值曲线做对比,以确定故障点的位置,其中,将阻抗模值对应的位置定位为故障点位置。
6.根据权利要求5所述的轨道电路电缆故障在线检测装置,所述装置还包括存储单元,
所述存储单元,用于存储所述参考值。
7.根据权利要求5所述的轨道电路电缆故障在线检测装置,所述装置还包括输出单元,
所述输出单元,用于将确定的故障点信息输出。
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