一种用于弓网电弧离线频率的检测装置及方法

本发明涉及弓网电弧检测领域，特别涉及一种用于弓网电弧离线频率的检测装置及方法。

背景技术：

1、高速铁路列车通过受电弓和接触网(即弓网系统)的滑动电接触来获取牵引电流。在高铁动车组运行时，弓网应保持良好的接触状态才能保证这种高速受流的稳定性。然而实际运行过程中，由于车体振动、接触线不平顺、过电中性区等多种原因会导致弓网的瞬间脱离，受电弓与接触网导线分离时将产生弓网离线电弧。当弓网离线电弧产生后，会使滑动摩擦副间产生瞬时高温，造成受电弓滑板及接触线材料表面烧蚀，加速滑板及导线的老化，降低摩擦副使用寿命，影响弓网受流质量。

2、目前，国内外主流的弓网电弧离线频率检测方法主要有以下三种：光学测量法、电阻测量法和受电弓电流测量法。一是光学测量法主要包括火花测量法、紫外线测量法两种。火花测量法不用接触受电弓上高压部分，在透镜系统中采用一排光接收器，就可以检测实现离线检测。但由于离线很小、弧线很弱，这种检测技术在直流系统或者机车滑行时，不能精确地检测出离线问题；紫外光测量法适用于高速运行的机车，是通过测量受电弓离线时发出紫外光，实现离线检测的。但是需要能够持续监视机车运行的区间。二是电阻测量法，这种方法利用受电弓和接触导线间电阻变大的原理，主要包括电阻变大法、电阻—电容法两种。电阻变大法通过“隔离电容—受电弓—接触网—接触网对地分布电容—钢轨”，弓网接触时，电流形成回路，一旦产生“离线”问题，弓网之间的阻抗变大，流入检测电路环节中的电流变小，电路中流入电流，从而检测出离线信号。电阻—电容法是将两个电容器和一个电阻接入受电弓与地面之间。流经受电弓的电容充电和放电的电流，当受电弓和接触线良好时会改变接触线电压；而当离线时，电流会发生变化。但是由于列车运行周围环境较为恶劣、干扰源较多，使得电阻测量法测得的参数或波形极易受到环境噪声的影响，造成检测精度较差。三是受电弓电流测量法，因为弓网离线电弧为交流电弧，在电流经过零点时当极板间的电压小于一定值后，弧隙中的电流逐渐减小到零，电弧就会进入零休状态，通过检测零休个数进一步得到离线次数。

3、目前的受电弓电流测量法虽然可以方便的检测出离线，但是很少涉及到考虑滑板表面粗糙度对弓网离线率的影响。因为由于弓网离线电弧会引起摩擦副接触表面温升发生变化，导致受电弓滑板及接触线烧蚀，从而恶化接触表面。因此，本发明提供了一种用于弓网电弧离线频率检测方法及装置，在不同表面粗糙度下实现对弓网电弧离线频率的检测。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于弓网电弧离线频率的检测装置及方法，以解决背景技术中所提出的问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、为了达到上述目的，本发明提供了一种用于弓网电弧离线频率的检测装置，包括信号获取单元、数据处理单元、模型构建单元及结果输出单元；其中，

4、所述的信号获取单元，用于弓网运行期间，采集离线电弧电流信号，并将信号数据同步传输至数据处理单元；

5、所述的数据处理单元，用于根据离线电弧电流信号获取离线电流样本，并对其采用中值滤波法滤除噪声干扰，并为数据样本添加标签，得到离线电弧电流数据集，绘制离线电弧电流波形；

6、所述的模型构建单元，用于将离线电弧电流数据集中的数据样本构造为输入矩阵，并搭建离线状态识别模型，使用构造为输入矩阵的离线电弧电流数据集，采集零休数据点，进而得到离线次数；

7、所述的结果输出单元，用于获得模型构建单元输出的离线次数，并得到离线频率并推送至用户移动端。

8、进一步设置是：所述的信号获取单元包括有电流互感器、数据采集卡和直流电源；其中，

9、所述的电流互感器，在弓网系统运行期间，用于将回路电流信号转化为电压信号；

10、所述的数据采集卡，用于对所述的电压信号进行模数转换处理；

11、所述的直流电源，用于为电流互感器和数据采集卡提供电源。

12、进一步设置是：所述的模型构建单元包括输入矩阵构造模块、批量读取模块与状态识别模块；其中，

13、所述的输入矩阵构造模块，基于采集得到的离线电弧电流的数据样本依次构建为输入矩阵；

14、所述的批量读取模块，用于将所述构建为输入矩阵的数据样本批量读取至状态识别模型；

15、所述的状态识别模块，用于搭建离线状态识别模型。

16、进一步设置是：所述的输入矩阵构造模块所构造的矩阵的尺寸为1000000×1，由采集得到的离线电弧电流的数据样本组成。

17、进一步设置是：所述的结果输出单元包括有检测单元和信息推送单元；其中，

18、所述的检测单元，用于获得模型构建单元输出的离线次数，并得出弓网系统产生离线的频率，并将离线频率信息发送至信息推送单元；

19、所述的信息推送单元，用于接收检测单元发送的离线频率信息，并将故障信息推送至用户移动端。

20、进一步设置是：所述的信息推送单元包括信息接收模块和信息推送模块；

21、其中，

22、所述的信息接收模块，用于接收电弧离线频率信息。

23、所述的信息推送模块，用于将最新接收到的弧离线频率信息推送给用户。

24、为了达到上述目的，本发明还提供了一种用于弓网电弧离线频率的检测方法，包括有以下步骤：

25、步骤s1、通过信号获取单元，来采集弓网运行期间的离线电弧电流信号，并将信号数据同步传输至数据处理单元；

26、步骤s2、数据处理单元根据离线电弧电流信号获取离线电流样本，并对其采用中值滤波法滤除噪声干扰，并为数据样本添加标签，得到离线电弧电流数据集，绘制离线电弧电流波形；

27、步骤s3、模型构建单元基于离线电弧电流数据集中的数据样本构造为输入矩阵，并搭建离线状态识别模型，使用构造为输入矩阵的离线电弧电流数据集，采集零休数据点，进而得到离线次数；

28、步骤s4、结果输出单元获得模型构建单元输出的离线次数，得到离线频率并推送至用户移动端。

29、进一步设置是：步骤s2具体为：

30、步骤s21、基于采集得到的离线电弧电流的数据样本依次构建为输入矩阵，得到输入矩阵构造模块；

31、步骤s22、通过批量读取模块，将构建为输入矩阵的数据样本批量读取；

32、步骤s23、搭建离线状态识别模型。

33、进一步设置是：步骤s23具体为：

34、通过检测零休个数，即能得到离线次数；当满足连续13个数据的绝对值小于2a，即可判定该时刻有电弧发生。

35、进一步设置是：在步骤s2中采用中值滤波法滤除噪声干扰的具体步骤为：

36、步骤s221、首先定义一个长度为奇数的l长窗口，l＝2n+1，n为正整数；

37、步骤s222、设在某一个时刻，窗口内的信号样本为x(i-n)，…，x(i)，…，x(i+n)，其中x(i)为位于窗口中心的信号样本值；

38、步骤s223、对这l个信号样本值按从小到大的顺序排列后，其中值，在i处的样值，便定义为中值滤波的输出值y(i)＝med[x(i-n),…,x(i),…x(i+n)]；将原来窗口中间的x(i)的值替换为排序后的中值y(i)。

39、本发明的有益效果在于：

40、1.本发明提出的用于弓网电弧离线频率检测方法，可以测试在不同表面粗糙度下弓网电弧离线频率的变化规律。

41、2.该方法对回路电流信号进行中值滤波处理，因此使离线电弧数量检测的结果更加准确。

42、3.本发明提出的用于弓网电弧离线频率检测装置，能够对不同速度、粗糙度的弓网系统电弧的离线频率进行比较，从而得出最优状态，进而减少离线电弧的不良影响。

43、4.本发明提出的用于弓网电弧离线频率检测装置，能够实现弓网系统离线的预警功能，可以将离线频率信息实时发送到用户移动端。

44、5.本发明提出的电弧离线状态识别模型，可以在嵌入式设备中在线运行。