电力机车弓网接触系统故障的实时监测 - 文章

电力机车弓网接触系统故障的实时监测

作者：郝晓剑赵冬娥任树梅王荣

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摘　要：目的　实时监测电力机车弓网故障。方法　利用冲击加速度传感器以及左右限位传感器，实现对弓网故障的监测。结果　设计了一套动态监测系统，当电力机车弓网发生故障时，系统能及时报警；同时系统还有自检功能。结论　司机能及时了解列车运行的情况，避免造成不必要的损失。整个系统操作简单、方便灵活。
关键词：弓网；故障；电力机车；监测

引　言

随着国民经济的发电力机车因其具有高效率、低污染等优点，在铁路运输中被广泛采用，并代表了当代铁路运输的发展方向。与此同时，机车弓网故障也越来越突出。电力机车的弓网故障最常见的两种类型: 一种是由于输电线上凸起物对高速运行的弓网大力冲击所带来的冲击性弓网故障，另一种是由于弓网在输电线上的左右位移超出极限范围而带来的故障。对弓网故障的监测，以前都是由接触网检测车完成的，不能实时进行监测。作者设计的这套监测系统可以对弓网实时进行监控，通过安装在弓网上的冲击加速度传感器和左右限位传感器，及时得到列车的运行情况，避免造成不必要的损失。

1　测试系统的组成及工作原理

测试系统由两大部分组成，如图 1 所示，一部分在司机室，另一部分在弓网上。系统可以实现对电路的自检以及当弓网发生故障时及时报警。

图1　测试系统的组成

1.1　系统的自检功能

需要对系统随机自检时，司机室内的工作人员手持三通道无线电发射机Ⅰ，按下无线电发射机Ⅰ某操纵键(有 A，B，C 三键)，对应无线电接收机 Ⅰ 某通道接收电路，输出高电平；松开操纵键对应某通道接收电路关断，输出低电平。由此产生的触发信号触发单稳态触发器，其输出使模拟开关闭合，触发无线电发射机 Ⅱ 发射信号，无线电接收机 Ⅱ 按上述方式接收信号，经峰值保持电路、多谐振荡器进行处理。如果整个系统工作正常，后级信号处理电路就发出声光报警，系统的自检功能得以实现。一般此自检功能应在停车时进行，因自检时，系统停止故障监测功能。

1.2　弓网故障检测功能

高压接触导线在弓 950 mm 的长度上左右移动，如图 2 所示。J-1 型冲击加速度传感器[1]安置在电力弓的中部，当冲击加速度传感器达到和超过某一规定的加速度值时，和冲击加速度传感器适配的后级电路能及时报警；当小于该规定的加速度值时，后级电路不报警。左右限位传感器[1]安装位置如图 2 所示。运行中，接触导线如果超出此范围，分别和左右限位传感器适配的信号处理电路也及时报警，通知司机打开监测系统观察故障情况，及时解决发生的问题。

图 2　冲击加速度传感器与左、右限位传感器的安装位置

2　系统各部分电路设计

2.1　微型化、多通道无线遥控组件[2]

作者设计选用的微型化、多通道无线遥控组件，包括一个微型发射机和一个与发射对应编码并调试好的接收模块。该组件采用了较高的频率和数字编码等先进技术,具有体积小、耗电省、可靠性高和保密性强等诸多优点。遥控组件可以用不同的电路连接形式组成锁存遥控开关和非锁存遥控开关。作者采用了三通道非锁存遥控开关，即按下发射机某操纵键与接收电路相对应的输出端得到维持高电平，接通负载工作；松开操纵键，接收电路对应的输出端得到低电平。多路同时按下时，将对应有多路输出；松开按键则同时关断。各路之间互不干扰。

2.2　单稳态触发电路的设计

由于无线电接收模块维持高电平时间短暂，无法使模拟开关及无线电发射机 Ⅱ 响应，为此在电路设计中增加了一级单稳触发电路。该系统采用国产 CC4528[3] 单稳态触发器，电路功能较强，既可采用上升沿触发，也可采用下降沿触发；每片电路包括两组独立的触发单元，如其中一组暂不使用时，须将清零复位端置 0 电平；该触发器在固定的电源电压的条件下，可提供稳定的单脉冲输出，其脉冲宽度 TW 由外接元件Rext，Cext 决定。同时，由于 CMOS 器件有极高的输入阻抗和良好的导通和截止特性，所以 Rext，Cext 的数值选择范围较大，允许输出脉冲宽度变化范围也较大，一般应选取较大的电阻值和较小的电容值，以保证所需的时间常数。这样做既可以降低电路功耗，又不易引起电路失控。该电路设计的脉宽大约为 2 s，可以满足后级电路的需要。

2.3　峰值保持电路及多谐振荡器的设计

为了将无线电接收机 Ⅱ 接收到的高电平信号保持下来，增加了一级峰值保持电路[4]，将这个瞬间高电平保持下来，控制多谐振荡器是否振荡，促使蜂鸣器声报警、发光管光报警。多谐振荡器采用 CMOS 门电路 CD4093，CMOS 门电路通常应用在频率稳定度和准确性要求不太高的场合，在电路中接入 RC 电路以后，可以获得振荡频率，而且通过改变 R 和 C 的数值，很容易实现对频率的调节，根据蜂鸣器报警音频和发光管发光颜色的不同，来判断哪种传感器发生故障。

3　模拟测试结果及结论

传感器及适配电路只有工作正常才能证明整个监测系统工作可靠、实用。将冲击加速度传感器、左右限位传感器和后级信号处理电路组成一套完整的测试系统，分两步进行模拟测试。第一步进行自检，在距无线电接收机 Ⅰ 大约 40 m 左右的地方，手持无线电发射机 Ⅰ 分别按 A，B，C 三键，如果无线电接收机 Ⅰ 相对应的三通道均能报警，且互不干扰，说明整个系统工作正常，自检功能得以实现；第二步模拟列车运行时冲击加速度传感器和左右限位传感器的工作状况进行随机检测，当冲击加速度传感器在小于某一规定的值时，传感器后级电路不报警；当达到或超过某一规定的加速度值时，系统及时报警，通知有关工作人员随时处理发生的故障，为电力弓网的维修和调整提供准确的信息。整个系统的自检功能操作简便，报警功能直观明显。

郝晓剑(1969-),女,讲师.从事专业:动态测试与光电技术.
郝晓剑（华北工学院电子工程系，山西太原 030051）
赵冬娥（华北工学院电子工程系，山西太原 030051）
任树梅（华北工学院电子工程系，山西太原 030051）
王荣（华北工学院电子工程系，山西太原 030051）

参考文献:
[1]　任树梅。电力弓网运行故障检测装置
[2]　蔡凡弟。微型化多通道无线遥控组件
[3]　张建华。数字电子技术
[4]　曾全坤。仪器电路(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/4/2005)


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