基于列车供电系统的弓网电弧的检测方法及系统.pdf

本发明公开了一种基于列车供电系统的弓网电弧的检测方法及系统。其中，基于列车供电系统的弓网电弧的检测方法包括：升压变压器将电网输送的将交流电升压后，产生高压电能，其中，高压电能使得放电回路中的接触网导线和受电弓之间的间隙产生高电压和大电流；采集接触网导线和受电弓之间的间隙在高压和大电流的状况下产生的电弧，以解决现有技术中弓网电弧模拟试验的方法中，为使弓网间隙产生高电压、大电流，采用高压交流电压源来供电，导致耗能大的技术问题。

1.  一种基于列车供电系统的弓网电弧的检测方法，其特征在于，所述列车供电系统 包括：电网以及升压变压器、限流电阻、降压变压器、接触网导线、受电弓构成 的放电回路，其中，所述检测方法包括：
所述升压变压器将所述电网输送的将交流电升压后，产生高压电能，其中， 所述高压电能使得所述放电回路中的所述接触网导线和所述受电弓之间的间隙产 生高电压和大电流；
采集所述接触网导线和受电弓之间的间隙在所述高压和大电流的状况下产生 的电弧。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述升压变压器将所述电网输送的 将交流电升压后，产生高压电能之后，所述方法还包括：
所述降压变压器将所述高压电能降压后，输送至所述升压变压器。

3.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压电能使得所述放电回路中的 所述接触网导线和所述受电弓之间的间隙产生高电压和大电流的步骤包括：
在所述接触网导线和受电弓之间的间隙被所述高压电能击穿后，所述放电回 路导通，并产生大电流的高压电能。

4.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集所述接触网导线和受电弓之间的 间隙在所述高压和大电流的状况下产生的电弧的步骤包括：
使所述接触网导线与所述受电弓之间产生耦合振动并离线；
采集所述接触网导线和受电弓之间的间隙在离线时产生的电弧。

5.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采集所述接触网导线和受电弓之间的 间隙在离线时产生的电弧的步骤包括：
使用摄像设备捕捉所述电弧从产生至熄灭之间的影像。

6.  一种基于列车供电系统的弓网电弧的检测系统，其特征在于，所述系统包括：
电网，用于输送电能；
放电回路，包括：升压变压器、限流电阻、接触网导线、受电弓，其中，所 述升压变压器用于将所述电网输送的将交流电升压后，产生高压电能，其中，所 述高压电能使得所述放电回路中的所述接触网导线和所述受电弓之间的间隙产生 高电压和大电流；
采集设备，用于采集所述接触网导线和受电弓之间的间隙在所述高电压和大 电流的状况下产生的电弧。

7.  根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述放电回路还包括：
降压变压器，与所述限流电阻和受电弓相连接，用于所述高压电能降压后， 输送至所述升压变压器。

8.  根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述采集设备还包括：
振动装置，用于使所述接触网导线与所述受电弓之间产生耦合振动并离线；
采集器，用于采集所述接触网导线和受电弓之间的间隙在离线时产生的电弧。

9.  根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在所述采集器为摄像设备的情况下， 所述摄像设备，用于捕捉所述电弧从产生至熄灭之间的影像。

10.  根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述升压变压器的变比为1:125，容 量为60KVA。

基于列车供电系统的弓网电弧的检测方法及系统
技术领域
本发明涉及列车领域，具体而言，涉及一种基于列车供电系统的弓网电弧的检测 方法及系统。
背景技术
近年来，高速铁路飞速发展，高速列车获得电能的原理为：通过接触网导线与受 电弓滑板滑动接触，从接触网上获取电能。但随着列车运行速度的提高，在接触网和 受电弓接触的过程中，耦合振动加剧，使得受电弓与接触网的电接触状态严重恶化， 导致弓网(受电弓与接触网)离线频频发生，而离线时产生的弓网电弧使接触网导线 和受电弓滑板严重烧蚀，对高速铁路行车安全带来巨大威胁，已成为制约我国高速铁 路进一步发展的技术瓶颈。因此，亟需对弓网电弧的特性进行系统深入的研究。在实 际运行的高速列车上，由于现场条件、设备安装空间等因素的限制，使得现场测试弓 网电弧的性能参数存在很大的困难。现有技术往往采用模拟试验系统来研究弓网电弧 的特性。在检测弓网电弧的模拟试验中，提供高电压大电流的条件时弓网电弧试验的 关键。
这里需要说明的是，目前，现有的弓网电弧试验方法存在如下缺陷：第一，当采 用传统高电压大电流电源时，需要数兆瓦级的电源，而且根据试验的需要，电网端需 要频繁的输入和切断数兆瓦的功率，容易造成供电系统不稳定。第二，当采用低电压 大电流或高电压小电流的方案时，与实际现场弓网间隙间高电压大电流工况存在一定 的差异。第三，采用电容器储能，通过电感放电来进行弓网电弧试验，由于放电回路 电阻难以降低，因此产生的电压电流以指数形式迅速衰减，难以满足弓网电弧试验的 需要。
针对现有技术中弓网电弧模拟试验的方法中，为使弓网间隙产生高电压、大电流， 采用高压交流电压源来供电，导致耗能大的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于列车供电系统的弓网电弧的检测方法及系 统，以解决现有技术中弓网电弧模拟试验的方法中，为使弓网间隙产生高电压、大电 流，采用高压交流电压源来供电，导致耗能大的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于列车供电系 统的弓网电弧的检测方法。其中列车供电系统包括：电网以及升压变压器、限流电阻、 降压变压器、接触网导线、受电弓构成的放电回路，该检测方法包括：升压变压器将 电网输送的将交流电升压后，产生高压电能，其中，高压电能使得放电回路中的接触 网导线和受电弓之间的间隙产生高电压和大电流；采集接触网导线和受电弓之间的间 隙在高压和大电流的状况下产生的电弧。
为了实现上述目的，根据本发明实施例的另一方面，提供了一种基于列车供电系 统的弓网电弧的检测系统。该系统包括：电网，用于输送电能；放电回路，包括：升 压变压器、限流电阻、接触网导线、受电弓，其中，升压变压器用于将电网输送的将 交流电升压后，产生高压电能，其中，高压电能使得放电回路中的接触网导线和受电 弓之间的间隙产生高电压和大电流；采集设备，用于采集接触网导线和受电弓之间的 间隙在高压和大电流的状况下产生的电弧。
根据本发明实施例，采用升压变压器将电网输送的将交流电升压后，产生高压电 能，其中，高压电能使得放电回路中的接触网导线和受电弓之间的间隙产生高电压和 大电流；采集接触网导线和受电弓之间的间隙在高压和大电流的状况下产生的电弧的 方法，解决了现有的弓网电弧模拟试验的方法中，为使弓网间隙产生高电压、大电流， 采用高压交流电压源来供电，导致耗能大的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例一的列车供电系统的示意图；
图2是根据本发明实施例一的基于列车供电系统的弓网电弧的检测方法的流程 图；以及
图3是根据本发明实施例二的基于列车供电系统的弓网电弧的检测系统的示意 图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于 本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第 二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这 样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语 “包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含 了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步 骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的 其它步骤或单元。
实施例一
本发明实施例提供了一种基于列车供电系统的弓网电弧的检测方法。如图1所示， 该供电系统可以包括：电网10以及升压变压器20、限流电阻30、降压变压器40、接 触网导线50、受电弓60构成的放电回路。
如图2所示，该方法可以包括步骤如下：
步骤S22，升压变压器将电网输送的将交流电升压后，产生高压电能，其中，高 压电能使得放电回路中的接触网导线和受电弓之间的间隙产生高电压和大电流。
具体的，在本方案中，上述升压变压器可以将上述升压之后的高压电能输送至放 电回路，即升压变压器20、限流电阻30、降压变压器40、接触网导线50、受电弓60 构成的放电回路，使得放电回路中的接触网导线50和受电弓60之间的间隙产生高电 压和大电流。
步骤S24，采集接触网导线和受电弓之间的间隙在高压和大电流的状况下产生的 电弧。
具体的，在本方案中，在弓网(受电弓和接触网)产生电弧之后，可以采集接触 网导线和受电弓之间的间隙在高压和大电流的状况下产生的电弧，用于进一步的研究。
这里需要说明的是，在高速列车在实际的运行中，弓网(受电弓和接触网)产生 的电弧是在受电弓和接触网之间的间隙在高电压和大电流的条件下产生的，因此通过 上述步骤在弓网间隙产生的电弧满足了研究弓网电弧的需要，能够真实的反映弓网电 弧的特性。
本实施例通过升压变压器将电网输送的电能升压，再将高压电能输送至放电回路， 使得放电回路中的接触网导线和受电弓之间的间隙产生高电压和大电流，最后采集弓 网间隙在上述高电压和大电流状况下产生的电弧，本实施例满足了弓网间隙中高电压 以及高电压过后大电流的要求，对电网输入端的功率需求降低到50千瓦以内，避免了 对电网瞬态数兆瓦输入功率的要求，解决了现有的弓网电弧模拟试验的方法中，为使 弓网间隙产生高电压、大电流，采用高压交流电压源来供电，导致耗能大的技术问题。
可选的，步骤S22，在升压变压器将电网输送的将交流电升压后，产生高压电能 之后，本实施例提供的方法还可以包括：
步骤S23，降压变压器将高压电能降压后，输送至升压变压器。
具体的，在本方案中，结合图1，可以使得降压变压器40的输出端接到升压变压 器20的输入端构成能量反馈系统，这样高压电能则可以重新输入到升压变压器20， 降低了对电能的消耗，且上述方法对电源的能耗低、稳定性强、可靠性高。可选的， 上述降压变压器可以采用变比为1:125，容量为60KVA。
可选的，步骤S22中的高压电能使得放电回路中的接触网导线和受电弓之间的间 隙产生高电压和大电流的步骤可以包括：
步骤S221，在接触网导线和受电弓之间的间隙被高压电能击穿后，放电回路导通， 并产生大电流的高压电能。
这里需要说明的是，结合图1，可以采取两相交流电经电网10接入升压变压器20 的输入端，升压变压器20的输出端、限流电阻30、降压变压器40的输入端、接触网 导线50、受电弓60组成放电回路，在弓网间隙没有击穿以前，放电回路中没有电流， 降压变压器40没有工作，在弓网间隙击穿以后，放电回路形成电流，即产生大电流的 高压电能。
在一种可选的实施例中，升压变压器20输出的能量通过降压变压器40反馈回升 压变压器20输入端，从而保证电网系统的安全运行。
可选的，步骤S24，采集接触网导线和受电弓之间的间隙在高压和大电流的状况 下产生的电弧的步骤可以包括：
步骤S241，使接触网导线与受电弓之间产生耦合振动并离线。
具体的，在本方案中，可以使接触网与受电弓之间产生耦合振动以模拟列车在真 实运行时接触网导线和受电弓之间的运动状态，当接触网导线和受电弓耦合振动加剧 的时候，接触网导线和受电弓之的电接触状态会严重恶化导致离线。
步骤S242，采集接触网导线和受电弓之间的间隙在离线时产生的电弧。
可选的，步骤S242，采集接触网导线和受电弓之间的间隙在离线时产生的电弧的 步骤可以包括：
步骤S2421，使用摄像设备捕捉电弧从产生至熄灭之间的影像。
具体的，在本方案中，可以使用摄像设备来捕捉弓网电弧从产生至熄灭之间的影 像，通过分析弓网电弧在燃弧、猝灭、重燃的时间，进而对列车的制造、运行提供策 略。
下面结合具体场景对本申请进行描述：
本实施例还可以提供一种高电压大电流弓网电弧试验电源装置，结合图1，该装 置可以包括：电网10、升压变压器20、限流电阻30、降压变压器40、接触网导线50、 受电弓60；两相交流电经电网10接入升压变压器20的输入端，升压变压器20的输 出端、限流电阻30、降压变压器40的输入端、接触网导线50、受电弓60组成放电回 路，在弓网间隙击穿以后，放电回路形成电流，升压变压器20输出的能量通过降压变 压器40反馈回升压变压器20输入端，从而保证电网系统的安全运行。这里需要说明 的是，上述电源装置可以用于执行实施例一的方法。
本申请可以分别采用一台升压变压器和一台降压变压器来取代高压交流电压源， 并将其连接成推挽式结构，升压变压器的输出端连接降压变压器的输入端，降压变压 器的输出端接入升压变压器的输入端，接触网导线与受电弓滑板(简称弓网)连接在 升变压器两端，当弓网之间的间隙被高压击穿时，升压变压器输出的能量通过降压变 压器反馈回升压变压器输入端，给弓网间隙提供击穿后的大电流。通过该方法满足了 弓网间隙高电压以及高电压过后大电流的要求，对电网输入端的功率需求降低到50 千瓦以内，避免了对电网瞬态数兆瓦输入功率要求。
结合图1，上述装置的工作过程是：两相交流电经电网10接入升压变压器20的 输入端，升压变压器20的输出端、限流电阻30、降压变压器40的输入端、接触网导 线50、受电弓60组成放电回路，在弓网间隙没有击穿以前，放电回路中没有电流， 降压变压器40没有工作；在弓网间隙击穿以后，放电回路形成电流，升压变压器20 输出的能量通过降压变压器40反馈回升压变压器20输入端，从而保证电网系统的安 全运行。
本申请由于采用升、降压变压器推挽式结构，并实现了电能的反馈控制，具有如 下积极效果：输出电流稳定，能够真实反映弓网电弧的特点；该电源能耗低、稳定性 强、可靠性高。本申请针对弓网电弧的特点，提供的电弧试验电源装置对供电电网影 响小、能耗低、供电波形稳定。
实施例二
本发明实施例提供了一种基于列车供电系统的弓网电弧的检测系统。如图3所示， 该系统可以包括：
电网10，用于输送电能。
放电回路70，包括：升压变压器20、限流电阻30、接触网导线50、受电弓60， 其中，升压变压器20用于将电网输送的将交流电升压后，产生高压电能，其中，高压 电能使得放电回路中的接触网导线50和受电弓60之间的间隙产生高电压和大电流。
采集设备80，用于采集接触网导线和受电弓之间的间隙在高电压和大电流的状况 下产生的电弧。
具体的，上述升压变压器可以将上述升压之后的高压电能输送至放电回路，即升 压变压器20、限流电阻30、降压变压器40、接触网导线50、受电弓60构成的放电回 路，使得放电回路中的接触网导线50和受电弓60之间的间隙产生高电压和大电流， 在弓网(受电弓和接触网)产生电弧之后，可以采集接触网导线和受电弓之间的间隙 在高压和大电流的状况下产生的电弧，用于进一步的研究。
这里需要说明的是，在高速列车在实际的运行中，弓网(受电弓和接触网)产生 的电弧是在受电弓和接触网之间的间隙在高电压和大电流的条件下产生的，因此通过 上述步骤在弓网间隙产生的电弧满足了研究弓网电弧的需要，能够真实的反映弓网电 弧的特性。
本实施例通过升压变压器将电网输送的电能升压，再将高压电能输送至放电回路， 使得放电回路中的接触网导线和受电弓之间的间隙产生高电压和大电流，最后采集弓 网间隙在上述高电压和大电流状况下产生的电弧，本实施例满足了弓网间隙中高电压 以及高电压过后大电流的要求，对电网输入端的功率需求降低到50千瓦以内，避免了 对电网瞬态数兆瓦输入功率的要求，解决了现有的弓网电弧模拟试验的方法中，为使 弓网间隙产生高电压、大电流，采用高压交流电压源来供电，导致耗能大的技术问题。
可选的，放电回路70还可以包括：
降压变压器，与限流电阻和受电弓相连接，用于高压电能降压后，输送至升压变 压器。
具体的，在本方案中，结合图1，可以使得降压变压器的输出端接到升压变压器 的输入端构成能量反馈系统，这样高压电能则可以重新输入到升压变压器，降低了对 电能的消耗，且上述方法对电源的能耗低、稳定性强、可靠性高。可选的，上述降压 变压器可以采用变比为1:125,容量为60KVA。
可选的，采集设备80还可以包括：
振动装置801，用于使接触网导线与受电弓之间产生耦合振动并离线。
具体的，在本方案中，可以使接触网与受电弓之间产生耦合振动以模拟列车在真 实运行时接触网导线和受电弓之间的运动状态，当接触网导线和受电弓耦合振动加剧 的时候，接触网导线和受电弓之的电接触状态会严重恶化导致离线。
采集器802，用于采集接触网导线和受电弓之间的间隙在离线时产生的电弧。
可选的，在上述采集器为摄像设备的情况下，则采用上述摄像设备捕捉电弧从产 生至熄灭之间的影像。
具体的，在本方案中，可以使用摄像设备来捕捉弓网电弧从产生至熄灭之间的影 像，通过分析弓网电弧在燃弧、猝灭、重燃的时间，进而对列车的制造、运行提供策 略。
具体的，在本方案中，可以使用摄像设备来捕捉弓网电弧从产生至熄灭之间的影 像，通过分析弓网电弧在燃弧、猝灭、重燃的时间，进而对列车的制造、运行提供策 略。
在一种可选的实施例中，弓网电弧的检测系统可以采用变比为1:125,容量为 60KVA的升压变压器将电网10输送的交流电能进行升压。
下面结合具体场景对本申请进行描述：
本实施例还可以提供一种高电压大电流弓网电弧试验电源装置，结合图1，该装 置可以包括：电网10、升压变压器20、限流电阻30、降压变压器40、接触网导线50、 受电弓60；两相交流电经电网10接入升压变压器20的输入端，升压变压器20的输 出端、限流电阻30、降压变压器40的输入端、接触网导线50、受电弓60组成放电回 路，在弓网间隙击穿以后，放电回路形成电流，升压变压器20输出的能量通过降压变 压器40反馈回升压变压器20输入端，从而保证电网系统的安全运行。
本申请可以分别采用一台升压变压器和一台降压变压器来取代高压交流电压源， 并将其连接成推挽式结构，升压变压器的输出端连接降压变压器的输入端，降压变压 器的输出端接入升压变压器的输入端，接触网导线与受电弓滑板(简称弓网)连接在 升变压器两端，当弓网之间的间隙被高压击穿时，升压变压器输出的能量通过降压变 压器反馈回升压变压器输入端，给弓网间隙提供击穿后的大电流。通过该方法满足了 弓网间隙高电压以及高电压过后大电流的要求，对电网输入端的功率需求降低到50 千瓦以内，避免了对电网瞬态数兆瓦输入功率要求。
结合图1，上述各个部件的工作过程是：两相交流电经电网10接入升压变压器20 的输入端，升压变压器20的输出端、限流电阻30降压变压器40的输入端、接触网导 线50、受电弓60组成放电回路，在弓网间隙没有击穿以前，放电回路中没有电流， 降压变压器40没有工作；在弓网间隙击穿以后，放电回路形成电流，升压变压器20 输出的能量通过降压变压器40反馈回升压变压器20输入端，从而保证电网系统的安 全运行。
本申请由于采用升、降压变压器推挽式结构，并实现了电能的反馈控制，具有如 下积极效果：输出电流稳定，能够真实反映弓网电弧的特点；该电源能耗低、稳定性 强、可靠性高。本申请针对弓网电弧的特点，提供的电弧试验电源装置对供电电网影 响小、能耗低、供电波形稳定。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系 列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限 制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术 人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块 并不一定是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部 分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方 式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅 仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可 以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显 示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元 的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到 多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例 方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以 是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成 的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用 时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案 本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产 品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使 得一台计算机设备(可为个人计算机、移动终端、服务器或者网络设备等)执行本发 明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储 器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、 移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的 任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。