專利名稱：交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軌道交通的故障檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測 系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，信號道岔轉(zhuǎn)轍機主要分為直流和交流兩種。由于直流轉(zhuǎn)轍機本身存在不可 克服的缺陷，交流轉(zhuǎn)轍機是未來的發(fā)展趨勢。因此，國內(nèi)新建的地鐵和高速鐵路均采用交流 轉(zhuǎn)轍機。信號道岔轉(zhuǎn)轍機是信號重要設(shè)備，動作頻次高，特別是地鐵在折返期間的道岔，平 均每4分鐘就來回動作一次。它的故障輕則晚點、清客，困擾乘客正常出行；重則車毀人亡， 威脅乘客生命。但目前對交流道岔轉(zhuǎn)轍機的運行維護缺少預(yù)測預(yù)警裝置，不能實現(xiàn)有效的 預(yù)防性維修，只能在故障發(fā)生后才去進行事后檢修。在實際使用中存在如下問題1、原則上外部監(jiān)測設(shè)備均不能侵入原有控制系統(tǒng)，而現(xiàn)有轉(zhuǎn)轍機在運行中向外部 提供的監(jiān)控信息幾乎沒有，轉(zhuǎn)轍機運行維護人員無法預(yù)知轉(zhuǎn)轍機當前的確切完好率情況， 只能等轉(zhuǎn)轍機壞了才能去事后維修；2、轉(zhuǎn)轍機的故障率高發(fā)部位通常發(fā)生在速動開關(guān)組，且故障現(xiàn)象不穩(wěn)定，隨機性 較大，平時在線路停運維修時很難發(fā)現(xiàn)與確認；3、很多轉(zhuǎn)轍機機械故障并非突然發(fā)生的，往往有個劣化過程；4、市面上對轉(zhuǎn)轍機運行狀態(tài)檢查設(shè)備大多為離線型，只能在線路停運后開箱檢 查，且功能單一，僅提供扭力數(shù)據(jù)；5、目前市面上對轉(zhuǎn)轍機檢測診斷的產(chǎn)品，往往只能提供單一的電氣特性參數(shù)記錄 功能，遠遠滿足不了對轉(zhuǎn)轍機運行狀態(tài)的全面分析和故障狀態(tài)的預(yù)知預(yù)測需求，無法實現(xiàn) 在線實時監(jiān)測。目前，隨著地鐵行車間隔的加密，對轉(zhuǎn)轍機的維護要求越來越高，以往那種故障后 維修的方案急需改變，怎樣實現(xiàn)在線實時監(jiān)測和故障預(yù)警，實現(xiàn)預(yù)防性維修是擺在維修人 員面前的一個新課題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種道岔轉(zhuǎn)轍機故障的 檢測系統(tǒng)和方法，在不影響原有系統(tǒng)正常運行的前提下，采用間接測量的方法，在線實時檢 測出道岔轉(zhuǎn)轍機實際運行時的受力情況和其他過程參數(shù)，預(yù)測并及早發(fā)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)轍機狀態(tài) 不良的現(xiàn)象，尤其是發(fā)現(xiàn)并預(yù)報繼電器回路中觸點接觸良好的情況，及時進行維護，從而達 到降低故障、提高可靠性的目的，保障道岔轉(zhuǎn)轍機的正常運行。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案一種交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)，包括電流采樣裝 置、電壓采樣裝置、故障分析模塊，所述電流采樣裝置和電壓采樣裝置的輸入端分別與道岔 轉(zhuǎn)轍機設(shè)備機房的待測線路連接，其輸出端與故障分析模塊連接；所述故障分析模塊分為
3道岔動作期間狀態(tài)監(jiān)測模塊和道岔受電期間狀態(tài)監(jiān)測模塊，用于檢測道岔轉(zhuǎn)轍機的運行狀 態(tài)、過程參數(shù)和故障信息，并通過狀態(tài)顯示界面輸出上述運行狀態(tài)、過程參數(shù)和故障信息。上述電流采樣裝置通過互感器與道岔轉(zhuǎn)轍機設(shè)備機房的待測線路連接，用于采集 道岔轉(zhuǎn)撤機的電流參數(shù)。上述電壓采樣裝置通過光電隔離器與道岔轉(zhuǎn)轍機設(shè)備機房的待測線路連接，用于 采集道岔轉(zhuǎn)撤機的電壓參數(shù)。上述故障分析模塊通過數(shù)據(jù)庫與監(jiān)測操作管理平臺連接，用于保存運行狀態(tài)、過 程參數(shù)和故障信息，供監(jiān)測操作管理平臺調(diào)用和處理。本發(fā)明同時提供了一種交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測方法，包括以下步驟(1)采集并實時處理三相電源電壓，提取三相電源電壓變化的特征作為道岔轉(zhuǎn)轍 機動作狀態(tài)和受電待命狀態(tài)的全局標識；(2)采集道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間的四線工作電流、三相電源電壓、三相功率、功率因 數(shù)，分析提取扭力數(shù)據(jù)和當前電源相序狀態(tài)，并實時寫入數(shù)據(jù)庫中供后臺進行數(shù)據(jù)處理使 用；(3)采集道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期間的表示三相電壓，分析提取表示回路的表示電 壓值和表示回路的狀態(tài)，實時刷新并按一定的周期寫入數(shù)據(jù)庫中作為道岔轉(zhuǎn)轍機待命期間 的原始數(shù)據(jù)，供事后分析處理使用；(4)對道岔轉(zhuǎn)轍機在步驟(2)和步驟(3)中所采集數(shù)據(jù)進行綜合分析與應(yīng)用功能 處理，并顯示道岔轉(zhuǎn)轍機的運行狀態(tài)、過程參數(shù)和故障信息。上述步驟(1)中當三相電源電壓由無到有大于一定數(shù)值時，立即退出道岔轉(zhuǎn)轍機 受電待命期間的原始數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，進入道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間的原始數(shù)據(jù)采集狀態(tài)；當三 相電源電壓由有到無小于一定數(shù)值時，退出道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間的原始數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，進 入道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期間的原始數(shù)據(jù)采集狀態(tài)。上述步驟(2)在整個道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間，該數(shù)據(jù)采集過程不允許中斷。上述步驟(3)的數(shù)據(jù)采集過程允許中斷。上述步驟(4)的綜合分析與應(yīng)用功能處理包括但不限于道岔轉(zhuǎn)轍機當前動作特 征信息實時顯示、道岔轉(zhuǎn)轍機以前各次動作特征信息歷史查詢、道岔轉(zhuǎn)轍機待命期間表示 電壓實時顯示及特征信息查詢、道岔轉(zhuǎn)轍機故障記錄查詢。本發(fā)明的顯著特點在于1、采用間接測量的方法，整個故障檢測系統(tǒng)與原有控制系統(tǒng)完全電氣隔離，不影 響原有系統(tǒng)的正常運行。2、間接測量的特征參數(shù)全面、系統(tǒng)。能準確識別并提取道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間的伸出、縮入、左位、右位詳細狀態(tài)值；能準確識別并提取道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間過流、缺相運行、三相不平衡、扭力超上 限、輸入功率過載、運行時間超時六種故障信息；能準確計算并提取道岔轉(zhuǎn)轍機每次動作過程中扭力的完整變化數(shù)據(jù)，并提供趨勢 曲線功能；能準確提供道岔轉(zhuǎn)轍機每次動作過程中工作電流、功率、扭力的統(tǒng)計平均值與最 大值，和動作時間值；
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能快速提供對以往動作記錄的歷史記錄查詢，包括扭力變化的曲線信息、工作電 流、功率、扭力的統(tǒng)計平均值與最大值、動作時間值；3、間接測量的精度高，頻次高，數(shù)據(jù)記錄準確、完整。如電流、電壓的測量精度高于0. 2% ；功率、扭力等計算量的測量精度高于2% ；間接獲取的功率、扭力等過程數(shù)據(jù)，分析處理和歸檔的時間間隔可達40ms以內(nèi)， 在每次道岔轉(zhuǎn)轍機的動作過程(約5 6秒)中可采樣歸檔100次以上。


圖1為本發(fā)明所述交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)的原理框圖；圖2為本發(fā)明所述電量采集原理框圖；圖3為本發(fā)明所述交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測方法的流程圖；圖4為本發(fā)明所述交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)的主界面示意圖；圖5為本發(fā)明所述交流道岔轉(zhuǎn)轍機的機械部位被卡住時的實時監(jiān)測界面示意圖；圖6為本發(fā)明所述交流道岔轉(zhuǎn)轍機在電流過流報警時的實時監(jiān)測界面示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)作進一步的描述。如圖1所示，本發(fā)明所述交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)主要電流采樣裝置、電壓 采樣裝置、故障分析模塊，所述電流采樣裝置和電壓采樣裝置的輸入端分別與道岔轉(zhuǎn)轍機 設(shè)備機房的待測線路連接，其輸出端與故障分析模塊連接；所述故障分析模塊分為道岔動 作期間狀態(tài)監(jiān)測模塊和道岔受電期間狀態(tài)監(jiān)測模塊，用于檢測道岔轉(zhuǎn)轍機的運行狀態(tài)、過 程參數(shù)和故障信息，并通過狀態(tài)顯示界面輸出上述運行狀態(tài)、過程參數(shù)和故障信息。具體實施時，在道岔轉(zhuǎn)轍機設(shè)備機房的控制機柜出線端子連接處，設(shè)置道岔轉(zhuǎn)轍 機工作電流、工作電壓采樣點，收集道岔轉(zhuǎn)轍機運行時的電流、電壓數(shù)據(jù)。電流采樣采用霍 爾元件耦合進行電氣隔離，電壓采樣采用光電隔離，使整個故障檢測系統(tǒng)與原有系統(tǒng)完全 電氣隔離。道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)采樣到道岔轉(zhuǎn)轍機的工作電流與工作電壓后，通過故障 分析模塊提取過程參數(shù)、運行狀態(tài)、故障預(yù)警與報警狀態(tài)，獲取道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間和受電 待命期間的完整運行狀態(tài)、過程參數(shù)和故障信息特征參數(shù)值。為方便實時監(jiān)測，本系統(tǒng)(或方法)提供道岔轉(zhuǎn)轍機綜合故障檢測的操作監(jiān)測界 面，在監(jiān)測界面顯示伸出/縮入/左位/右位等運行狀態(tài)、扭力/電流/運行時間/表示電 壓等過程參數(shù)和扭力報警/電流過流/運行超時/三相不平衡/表示電壓異常、繼電器回 路故障、繼電器觸點抖動故障等故障信息。同時，提供歷史記錄查詢和故障信息歸檔記錄查 詢等功能，以方便以后查詢。本發(fā)明所述交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測方法大致劃分為四個線程進行處理，各線程 的主要功能描述如下線程1 主要負責高速采集并實時處理三相電源的電壓，提取三相電壓變化的特 征作為道岔轉(zhuǎn)轍機動作狀態(tài)和受電待命狀態(tài)的全局標識。當三相電源電壓由無到有大于某個值(如190V)時立即退出道岔轉(zhuǎn)轍機待命期間原始數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，進入道岔轉(zhuǎn)轍機動作 期間原始數(shù)據(jù)采集狀態(tài)；當三相電源電壓從有到無小于某個值(如150V)時，退出動作期間 原始數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，進入道岔轉(zhuǎn)轍機待命期間原始數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，二個狀態(tài)要求絕對分開。線程2 主要負責道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間按高速采集四線工作電流、三相電源電壓、 三相功率、功率因數(shù)等，分析提取扭力數(shù)據(jù)和當前電源相序狀態(tài)，并實時寫入數(shù)據(jù)庫中供后 臺進行數(shù)據(jù)處理用。在整個道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間，此數(shù)據(jù)采集線程不允許中斷。線程3 主要負責道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期間采集表示電壓處理，分析提取表示回 路的表示電壓值和表示回路的狀態(tài)，實時刷新并按一定的周期寫入數(shù)據(jù)庫中作為道岔轉(zhuǎn)轍 機待命期間的原始數(shù)據(jù)，供事后分析處理用。此數(shù)據(jù)采集線程允許中斷。線程4 主要負責對道岔轉(zhuǎn)轍機在線程2和線程3中所采集數(shù)據(jù)的綜合分析與應(yīng) 用功能處理。包括但不限于道岔轉(zhuǎn)轍機當前動作特征信息實時顯示、道岔轉(zhuǎn)轍機以前各次 動作特征信息歷史查詢、道岔轉(zhuǎn)轍機待命期間表示電壓實時顯示及特征信息查詢、道岔轉(zhuǎn) 轍機故障記錄查詢等。各線程之間的關(guān)系如圖3所示，其中，線程1的優(yōu)先級最高，處理代碼要求盡可能 精簡高效。線程2優(yōu)先級次之，其處理代碼相對較復(fù)雜，但在整個數(shù)據(jù)處理過程中不允許中 斷。線程3、線程4為普通優(yōu)先級，在系統(tǒng)運行期間反復(fù)執(zhí)行。以下是本發(fā)明所述道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測的具體過程(或規(guī)程)說明1、現(xiàn)場信息采集現(xiàn)場采集的信號為道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間四線工作電流(交流)、三相電源電壓 (交流)以及道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期間三相電源(直流)。電流為間接采集，高速采樣。電 壓采樣時采用高阻抗信號采集輸入單元，并采集光電隔離措施，不影響原有電源系統(tǒng)的電 壓值。如圖2所示，為解決瞬態(tài)故障的捕捉，參數(shù)采集部份采用了如下措施(1)所有電量采樣均采用獨立通道，每個通道的采樣頻率均為4K，實現(xiàn)高速同步 采樣。(2)所有通道的A/D轉(zhuǎn)換精度為16位，電能計算處理用微處理器采用16位MCU， 實現(xiàn)高精度電量參數(shù)的采樣與計算。(3)通過算法分析計算，獲得有功功率、功率因數(shù)、無功功率、視在功率等常用電量 計量數(shù)據(jù)。(4)電量采樣單元與故障診斷分析與管理平臺之間，數(shù)據(jù)采集與分析處理的時間 周期縮短到40ms左右，使故障診斷分析與管理平臺能捕捉到瞬間信息數(shù)據(jù)，獲得豐富、全 面的現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)。(5)根據(jù)采樣的三相電源電壓，分析提取電源的相序。2、道岔轉(zhuǎn)轍機運行過程中過程參數(shù)分析與提取第一步按照離散采樣的原理，先將高速采樣到的工作電流、三相電源電壓按照兩 個周期即40ms (說明三相交流電的工作周期為20ms)的時間間隔進行分析計算，獲得工作 電流有效值、三相電源電壓有效值。同時，通過算法分析計算，獲得有功功率、功率因數(shù)、無 功功率、視在功率等常用電量計量數(shù)據(jù)。上述電流、電壓、功率等均為連續(xù)的過程參數(shù)，在道 岔轉(zhuǎn)轍機每次動作過程中進行連續(xù)采樣歸檔，采樣歸檔周期均為40ms。第二步根據(jù)采樣的三相電源電壓，分析提取電源的相序和表示電壓。電源相序為
6狀態(tài)參數(shù)，道岔轉(zhuǎn)轍機每動作一次作一次相序識別與相序狀態(tài)提??；表示電壓為連續(xù)的過 程參數(shù)，在道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期間進行連續(xù)采樣歸檔，采樣歸檔的周期根據(jù)存貯空間的 限制可適當延長或采用故障點附近記錄歸檔。第三步分析計算扭力數(shù)據(jù)。為獲得信號轉(zhuǎn)轍機的瞬態(tài)扭力數(shù)據(jù)，計算扭力的采樣周期和歸檔周期均為40ms， 這樣，可以充分捕捉轉(zhuǎn)轍機在動作期間的瞬間沖擊扭力值，獲得更全面的扭力數(shù)據(jù)曲線。扭力計算是結(jié)合交流電機的電磁學(xué)特性，將扭力的計算與工作電流、工作電壓值、 輸入功率(或功率因數(shù))、電機繞組電阻、線路電阻、電機空載鐵損等因素全面關(guān)聯(lián)起來，進 行系統(tǒng)的考慮，構(gòu)建扭力計算的精確數(shù)學(xué)模型。其扭力計算的關(guān)系式可描述如下扭力=(K/N)*f(P，Iu,Iv, Iff, Ru, Rv, Rff, Rli, Rl2, Rl3, PFe)——單位為牛其中，參數(shù)N、Ru, Rv, Rff, P，Iu, Iv, Iff, Rli，RL2, Rl3, PFe 的具體含義如下(1)固定參數(shù)N一一道岔轉(zhuǎn)轍機的額定轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分；(2)修正參數(shù)K一一計算系數(shù)，與道岔轉(zhuǎn)轍機的型號規(guī)格有關(guān)，事先通過實驗測試確定；Ru, Rv, Rff為道岔轉(zhuǎn)轍機三相繞組的電阻值，用于扭力修正用。單位為歐姆；Rli, Rl2, Rl3,為道岔轉(zhuǎn)轍機三相電源的線路電阻，用于扭力修正用。單位為 歐姆；Ppe一一道岔轉(zhuǎn)轍機電機空載勵磁損耗，與道岔轉(zhuǎn)轍機的型號規(guī)格有關(guān)，事先通過 實驗測試確定，用于扭力修正用。單位為瓦特。(3)測量參數(shù)P道岔轉(zhuǎn)轍機實際輸入有功功率，單位為瓦特；Iu, Iv, Iff為道岔轉(zhuǎn)轍機三相運行電流，單位為安培；(4)計算系數(shù)K的確定方法第一步采用高精度的扭力測試儀同步測量，獲得道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間的扭力數(shù) 據(jù)；第二步人為模擬道岔轉(zhuǎn)轍機動作的多種工況，收集各種情況下的扭力真實數(shù)據(jù) 和計算原始數(shù)據(jù)；第三步將收集到的各種工況下扭力真實數(shù)據(jù)和計算原始數(shù)據(jù)進行分類，按扭力 在某個時間段(如is以上)變化范圍不超過0. 5%的情況下進行扭力系數(shù)反算，獲得第一 級扭力系數(shù)統(tǒng)計平均值；第四步將第一級換算所得扭力系數(shù)作再一次統(tǒng)計平均值計算，使扭力系數(shù)再次 逼近實際的理想值。3、道岔轉(zhuǎn)轍機運行狀態(tài)定義與標識根據(jù)右裝、左裝方式確定在現(xiàn)場測試前伸出的狀態(tài)，將伸出的狀態(tài)核定為正相序， 縮入核定為逆相序。相序信號由采集的三相電壓信號分析處理獲得。道岔轉(zhuǎn)轍機左位、右 位、伸出、縮入狀態(tài)的定義規(guī)則如下* 左位左位=[(正相序)AND (左裝)]OR [(逆相序)AND (右裝)](用電源相序判斷)
或[(U為TRUE) AND (左裝)]OR (W為TRUE) AND (右裝)](用表示電壓判斷)* 右位右位=[(正相序)AND (右裝)]OR [(逆相序)AND (左裝)](用電源相序判斷)
或[(W為TRUE) AND (左裝)]OR (U為TRUE) AND (右裝)](用表示電壓判斷)* 伸出正相序運行期間(即三相電壓不為零)為伸出。當檢測到電壓為零時，狀態(tài)指示停止?；蛴已b向右位、左裝向左位。-k 縮人逆相序運行期間(即三相電壓不為零)為縮入。當檢測到電壓為零時，狀態(tài)指示停止。或右裝向左位、左裝向右位。* 正常當故障報警信號不存在時，標識為正常。4、道岔轉(zhuǎn)轍機故障狀態(tài)定義與標識*表示回路故障在道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期間，道岔轉(zhuǎn)轍機原控制系統(tǒng)會向表示回路加入2路均為 60V左右的直流電源。通過間接測量加在表示回路中的60V直流電壓，對表示回路的狀態(tài)進 行檢測與判斷。當表示回路電壓太低(如小于50V)時，說明回路中阻抗太大，電壓降太大，某些開 關(guān)接觸不好或接點連接處接觸不良。故障提示信息為“動作線路壓降太大”。當表示回路電壓太高(如大于64V)時，表示電壓在內(nèi)阻上無電壓降，回路中出現(xiàn) 了開路情況。故障提示信息為“動作線路開路，四開狀態(tài)”。*繼電器觸點故障在道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間，當繼電器觸點發(fā)生抖動時，會出現(xiàn)該回路電源瞬間斷電 的情況。此時，當次道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間所采樣數(shù)據(jù)中會出現(xiàn)三相電流有一相以上為零或 接近零的情況。此時，對捕捉的瞬態(tài)故障進行統(tǒng)計分析可預(yù)測預(yù)報繼電器觸點的故障發(fā)生 概率。當瞬間斷電統(tǒng)計次數(shù)大于等于N次時，提示“繼電器回路故障”，故障提示信息為“瞬 間斷電”；當瞬間斷電統(tǒng)計次數(shù)大于M時，故障提示信息再增加“觸點接觸不良”。其中M> N, Μ、N的具體數(shù)值根據(jù)可靠性要求進行確定。*缺相運行F缺相運行=[(Iu OR Iv OR Iff) = 1]AND [(Iu & Iv & Iw) = 0]當Fwagff* TRUE時，判斷為第一類缺相運行。故障提示信息為“外部電源缺相”?；?Iu+Iv+Iff)/3 = Iav --------計算三相電流的平均值。F缺相運行=(I (Iu--IavVIavI > β 1)0R(| (Iv-Iav)/IavI > β 1)0R(| (Iff-Iav)/IavI > β 1)當Fwagff* TRUE時，判斷為第二類缺相運行。故障提示信息為“內(nèi)部速動開關(guān) 組切換缺相”。
(說明三相電流以本次動作期間所有采樣值的平均值作為計算值。系數(shù)β1具 體值與道岔轉(zhuǎn)轍機電機的參數(shù)有關(guān)，由實驗測定，并在初始化設(shè)置時通過界面對話框輸入 系統(tǒng)。)*三相不平衡報警(Iu+Iv+Iw)/3 = Iav --------計算三相電流的平均值。當(I(Iu--IavVIavI > β) OR (I (Iv-Iav)/Iav I > β) OR (I (Iw-Iav)/Iav I > β)為 TRUE時，判斷為三相不平衡運行。故障提示信息為“三相不平衡”。(說明三相電流以本次動作期間所有采樣值的平均值作為計算值。系數(shù)β具體 值與道岔轉(zhuǎn)轍機電機的參數(shù)有關(guān)，由實驗測定，并在初始化設(shè)置時通過界面對話框輸入系 統(tǒng)。)*功率上限報警當本次動作期間功率的平均值大于等于額定功率的a倍時，判斷為輸入功率上限 報警。輸入功率的具體值由每次采樣的電流、電壓值通過計算獲得。輸入功率上限報警系數(shù)a—般取1. 1 1. 3，具體值根據(jù)現(xiàn)場道岔轉(zhuǎn)轍機正常工作 時輸入功率的變化范圍在初始化設(shè)置通過界面對話框設(shè)定。故障提示信息為“輸入功率超上限”。*過流報警當本次動作期間各相電流的統(tǒng)計平均值有一路以上大于等于額定電流的b倍時， 判斷為過流故障。系數(shù)b—般取1. 1 1.3，具體值根據(jù)現(xiàn)場道岔轉(zhuǎn)轍機正常工作時輸入功率的變化 范圍在初始化設(shè)置時設(shè)定。故障提示信息為“過流”。*扭力報警根據(jù)本次動作期間計算獲得的所有扭力值，按一定的算法剔除無效值后，將所有 的有效扭力數(shù)據(jù)取平均值，作為本次動作的扭力報警判斷值。當扭力大于等于額定扭力的 c ( 一般取0. 5 0. 7)倍時，發(fā)出報警提示。當扭力大于等于額定扭力的d ( 一般取0. 65 0. 9)倍時，判斷為扭力報警。系數(shù)c、d值根據(jù)不同現(xiàn)場道岔轉(zhuǎn)轍機正常工作時的扭力變化范圍在初始化設(shè)置 時通過界面對話框輸入系統(tǒng)。故障提示信息為“機械部份卡住”。*超時報警起始時間指每次道岔動作開始的時刻對應(yīng)的時間。通過所采集的工作電壓 值進行判斷。當所采樣的電壓值由0增大到某個值(如180V)以上時，開始啟動實時數(shù)據(jù) 采樣。終止時間一一指每次道岔動作結(jié)束的時刻對應(yīng)的時間。通過所采集的工作電壓 值進行判斷。當所采樣的電壓值由220V下降到某個值(如150V)以下時，結(jié)束實時數(shù)據(jù)采樣。運行時間一一指每次道岔動作結(jié)束的時刻與動作開始的時刻的時間差。動作超時報警定義為道岔實際動作時間大于等于正常動作時間的e倍時報警。系數(shù)e與道岔轉(zhuǎn)轍機原有控制系統(tǒng)中所設(shè)置的超時動作保護時間有關(guān)，通常取正常動作時間 的2倍左右。故障提示信息為“運行超時”。5、其他統(tǒng)計分析處理的數(shù)據(jù)道岔轉(zhuǎn)轍機在接到伸出(或縮入)指令開始到伸出(或縮入)動作完成的時間段， 在本測量方法中定義為道岔轉(zhuǎn)轍機的動作時間。道岔轉(zhuǎn)轍機故障間接檢測時，統(tǒng)計分析處 理的單元時間長度為道岔轉(zhuǎn)轍機的一次動作時間。統(tǒng)計分析的過程參數(shù)主要有三相工作電流、零線工作電流、動作期間輸入功率、 動作期間扭力。統(tǒng)計分析的內(nèi)容各過程參數(shù)在本次動作時間內(nèi)的平均值、最大值。表示回路電壓在道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期間，還提供表示回路表示電壓監(jiān)測與歸 檔功能?？蓪崟r顯示當前表示回路的電壓值，并按合適的歸檔周期對表示電壓進行歸檔或 報警值記錄歸檔。下面的具體應(yīng)用是將上述道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測的原理應(yīng)用于便攜式儀表中的說 明。如圖4所示為道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)的主界面系統(tǒng)圖，該故障檢測系統(tǒng)提供的 具體功能有·檢測的道岔轉(zhuǎn)轍機型號規(guī)格為三相交流轉(zhuǎn)轍機S700K等系列。·提供監(jiān)測與顯示的狀態(tài)信息有道岔轉(zhuǎn)轍機伸出、縮入、左位、右位狀態(tài)。·提供監(jiān)測與顯示的故障信息有道岔轉(zhuǎn)轍機的扭力上限、缺相運行、動作時間超 時、電流過流、輸入功率上限報警、三相不平衡、表示回路故障七種故障信息，報警上限數(shù)據(jù) 可根據(jù)檢測的道岔轉(zhuǎn)轍機的具體情況事先設(shè)定?！た墒占淼臏y量數(shù)據(jù)有每次道岔轉(zhuǎn)轍機動作過程中電機的電流、電壓?！つ芊治鲇嬎闾崛〉臄?shù)據(jù)有扭力、動作持續(xù)時間、功率、功率因數(shù)等參數(shù)，并提供 平均值和最大值二種統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)?！た娠@示檢測過程中道岔轉(zhuǎn)轍機每次動作時的扭力變化曲線，每次顯示的曲線為 一次完整的動作過程，時間坐標可以縱向伸縮?？娠@示當前動作的實時曲線和歸檔的歷史 曲線?！ぬ峁γ看蔚啦磙D(zhuǎn)轍機的動作特征信息記錄自動分組功能，可通過日期、時間和 動作時間從已歸檔的歷史數(shù)據(jù)庫中，調(diào)用和查找當次道岔轉(zhuǎn)轍機動作時的所有特征信息， 包括運行狀態(tài)、故障狀態(tài)和扭力等過程參數(shù)，供事后動作過程回放分析用。歸檔的內(nèi)容有 四路電流、有功功率、功率因數(shù)六個參數(shù)的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)(含平均值、最大值)；計算扭力的 所有時點值；每次動作的開始時刻與動作持續(xù)時間長度。·能實時監(jiān)測表示電壓回路的電壓值，在道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期間能實時顯示表 示回路的電壓值，并提示表示回路是否正常，同時對相關(guān)的信息進行歸檔和歷史查詢。 提供道岔轉(zhuǎn)轍機不同型號規(guī)格、安裝現(xiàn)場條件等特性化參數(shù)的修正功能，使該儀 表在使用時適應(yīng)性強，具有通用性，可廣泛應(yīng)用于地鐵、大鐵等安裝有此類道岔轉(zhuǎn)轍機的應(yīng) 用場合。如提供道岔標識信息識別內(nèi)容包括線路名、車站名、道岔編號、型號規(guī)格、操作人員
10(默認登錄用戶)的設(shè)置。提供系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置包括電機繞組電阻、鐵損(或空載電磁功率)、扭力計算系數(shù)， 線路電阻。提供計算修正參數(shù)設(shè)置包括電流額定值、功率額定值、功率因數(shù)額定值、正常扭 力范圍、過流系數(shù)、過載系數(shù)、扭力報警系數(shù)、扭力故障報警系數(shù)、三相不平衡度報警系數(shù)、 正常動作時間、超時報警系數(shù)。如圖5所示為道岔轉(zhuǎn)轍機機械部位被卡住時的實時監(jiān)測畫面，此時，道岔轉(zhuǎn)轍機 運行在縮入、左位狀態(tài)，提示扭力上限報警、動作超時報警、表示回路故障三種故障報警狀 態(tài)，扭力曲線與電流、功率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖中所示。圖6所示為道岔轉(zhuǎn)轍機在電流過流報警 時的實時監(jiān)測畫面，此時，道岔轉(zhuǎn)轍機運行在伸出、右位狀態(tài)，提示故障報警狀態(tài)為電流過 流報警，扭力曲線與電流、功率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖中所示。綜上所述，本發(fā)明可實現(xiàn)以下主要功能 實時提取運行狀態(tài)信息如道岔轉(zhuǎn)轍機的伸出、縮入、左位、右位運行狀態(tài)。 實時提取故障報警狀態(tài)信息如道岔轉(zhuǎn)轍機缺相運行報警、三相不平衡、功率上 限報警、扭力上限報警、運行超時、電流過流報警、表示回路故障、繼電器觸點抖動故障等故 障報警狀態(tài)，并在故障報警的提示信息框內(nèi)提供相關(guān)的故障提示信息。 實時提取道岔轉(zhuǎn)轍機運行過程參數(shù)信息如道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間四線電流、輸入 功率、扭力等過程參數(shù)，以及道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期間表示電壓檢測等。 實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能如四線電流、輸入功率、扭力等統(tǒng)計平均值和最大值、動 作時間值等數(shù)據(jù)。 后臺數(shù)據(jù)庫處理功能如實時顯示、歸檔或查詢每次道岔轉(zhuǎn)轍機動作記錄信息、 扭力量化曲線、故障記錄報表等。 由于道岔轉(zhuǎn)轍機的正常動作時間為5 6秒，因此，系統(tǒng)需提供高速、準確的過程 數(shù)據(jù)采集、分析處理和歸檔功能，以便準確還原道岔轉(zhuǎn)轍機動作的過程細節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)和方法具有以下顯著 特點1、瞬間故障捕捉本系統(tǒng)(或方法)前端電量采樣的頻率高，且各通道獨立采樣，管理平臺能捕捉提 取40ms以內(nèi)的實時數(shù)據(jù)變化值，能分析提取斷電超過40ms以上的瞬態(tài)故障，對觸點的抖動 信息進行捕捉，提取瞬間故障特征值。2、故障預(yù)警本系統(tǒng)(或方法)采樣頻率高，且連續(xù)運行，可以全面收集故障運行期間數(shù)據(jù)，現(xiàn) 場維護人員可通過分析系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，及早發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生前的一些異常信號，把故障扼 殺在萌芽中，從而達到故障預(yù)警。3、間接診斷，不影響原有系統(tǒng)的運行本系統(tǒng)(或方法)主要定位對交流道岔轉(zhuǎn)轍機綜合故障進行間接檢測診斷，完全 與原有系統(tǒng)隔離，只在線監(jiān)測道岔轉(zhuǎn)轍機的運行情況，通過建立道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測的綜 合數(shù)學(xué)模型，連續(xù)動態(tài)監(jiān)測道岔轉(zhuǎn)轍機的運行情況，并給出綜合故障診斷信息。4、在線連續(xù)監(jiān)測
本系統(tǒng)(或方法)安裝后可24小時不間斷連續(xù)運行，在線實時監(jiān)測道岔轉(zhuǎn)轍機的 運行狀況，對地鐵運行的設(shè)備不會造成影響。同時還可對道岔轉(zhuǎn)轍機的運行狀態(tài)、電氣參數(shù) 等進行記錄歸檔。5、適應(yīng)性好本系統(tǒng)(或方法)可適應(yīng)不同安裝地點轉(zhuǎn)轍機在線路電阻和工作扭力的差異性， 通過自動修正進行準確的故障預(yù)警與報警提示。6、兼容性強本系統(tǒng)(或方法)可適應(yīng)所有的交流信號道岔轉(zhuǎn)轍機。使用時，針對不同型號的 轉(zhuǎn)轍機只需調(diào)整少許與轉(zhuǎn)轍機型號有關(guān)的特征參數(shù)即可。7、提取信息量豐富、全面。本系統(tǒng)(或方法)既可連續(xù)提取扭力、動作時間、工作電流、工作電壓、表示電壓等 過程數(shù)據(jù)，還可標識分辨伸出、縮入、左位、右位等運行狀態(tài)和缺相運行、電流過流、輸入功 率超載、扭力故障報警、動作時間超時、三相不平衡、表示回路故障、繼電器回路故障和觸點 故障等故障報警信息，對道岔轉(zhuǎn)轍機運行時的各種信息提供非常全面。8、安裝簡單、安裝方式靈活只需在室內(nèi)安裝，無需額外鋪設(shè)電纜，易于安裝?？梢圆捎帽銛y式方式隨時拿到需要診斷的地方進行監(jiān)測，也可以固定安裝在某些 關(guān)鍵的道岔轉(zhuǎn)轍機處，進行連續(xù)在線監(jiān)測，安裝方式靈活。9、操作使用方便采用圖形界面操作，軟件界面友好，直觀，操作方便。電氣參數(shù)和扭力值使用圖形 顯示，相關(guān)的工作電流、扭力、輸入功率、運行時間等提供統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，對道岔轉(zhuǎn)轍機的運 行情況一目了然。10、收集信息可長期歸檔查詢11、與目前市面上的檢測系統(tǒng)(或裝置)相比，本系統(tǒng)監(jiān)測提取的過程參數(shù)多，狀 態(tài)參數(shù)與故障診斷信息更豐富、全面，并能對轉(zhuǎn)轍機速動開關(guān)組的瞬態(tài)故障進行識別。具體 比較參見下表 本系統(tǒng)(或方法)對原道岔轉(zhuǎn)轍機系統(tǒng)的運行沒有任何影響，能勝任對交流信號 道岔轉(zhuǎn)轍機的在線實時和連續(xù)監(jiān)測。能夠有效分析提取道岔動作期間的伸出、縮入、左位、 右位狀態(tài)和扭力曲線、工作電流、運行時間等過程參數(shù)，并能根據(jù)對提取參數(shù)的分析，自動 識別出瞬間回路開路故障、統(tǒng)計繼電器觸點抖動頻次、扭力上限報警、電流過流報警、缺相 運行報警、功率上限報警、超時報警、三相不平衡報警、表示回路故障等故障信息，并在檢修 提示信息欄內(nèi)對故障信息進行簡單原因提示，供運行維護人員參考。該故障檢測系統(tǒng)和方法可適應(yīng)不同型號的交流信號道岔轉(zhuǎn)轍機在線實時監(jiān)測，可 支持多種交流道岔轉(zhuǎn)轍機的在線檢測與綜合故障分析?？蓮V泛應(yīng)用于便攜式故障診斷儀、 聯(lián)網(wǎng)在線檢測系統(tǒng)等場合。亦可廣泛應(yīng)用在地鐵、大鐵中對交流信號道岔轉(zhuǎn)轍機的在線實 時監(jiān)測。
權(quán)利要求
一種交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括電流采樣裝置、電壓采樣裝置、故障分析模塊，所述電流采樣裝置和電壓采樣裝置的輸入端分別與道岔轉(zhuǎn)轍機設(shè)備機房的待測線路連接，其輸出端與故障分析模塊連接；所述故障分析模塊分為道岔動作期間狀態(tài)監(jiān)測模塊和道岔受電期間狀態(tài)監(jiān)測模塊，用于檢測道岔轉(zhuǎn)轍機的運行狀態(tài)、過程參數(shù)和故障信息，并通過狀態(tài)顯示界面輸出上述運行狀態(tài)、過程參數(shù)和故障信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電流采樣 裝置通過互感器與道岔轉(zhuǎn)轍機設(shè)備機房的待測線路連接，用于采集道岔轉(zhuǎn)撤機的電流參 數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓采樣 裝置通過光電隔離器與道岔轉(zhuǎn)轍機設(shè)備機房的待測線路連接，用于采集道岔轉(zhuǎn)撤機的電壓 參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述故障分析 模塊通過數(shù)據(jù)庫與監(jiān)測操作管理平臺連接，用于保存運行狀態(tài)、過程參數(shù)和故障信息，供監(jiān) 測操作管理平臺調(diào)用和處理。
5.一種交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測方法，其特征在于，包括以下步驟(1)采集并實時處理三相電源電壓，提取三相電源電壓變化的特征作為道岔轉(zhuǎn)轍機動 作狀態(tài)和受電待命狀態(tài)的全局標識；(2)采集道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間的四線工作電流、三相電源電壓、三相功率、功率因數(shù)，分 析提取扭力數(shù)據(jù)和當前電源相序狀態(tài)，并實時寫入數(shù)據(jù)庫中供后臺進行數(shù)據(jù)處理使用；(3)采集道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期間的表示三相電壓，分析提取表示回路的表示電壓值 和表示回路的狀態(tài)，實時刷新并按一定的周期寫入數(shù)據(jù)庫中作為道岔轉(zhuǎn)轍機待命期間的原 始數(shù)據(jù)，供事后分析處理使用；(4)對道岔轉(zhuǎn)轍機在步驟(2)和步驟(3)中所采集數(shù)據(jù)進行綜合分析與應(yīng)用功能處理， 并顯示道岔轉(zhuǎn)轍機的運行狀態(tài)、過程參數(shù)和故障信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測方法，其特征在于，所述步驟(1)中 當三相電源電壓由無到有大于一定數(shù)值時，立即退出道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期間的原始數(shù)據(jù) 采集狀態(tài)，進入道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間的原始數(shù)據(jù)采集狀態(tài)；當三相電源電壓由有到無小于 一定數(shù)值時，退出道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間的原始數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，進入道岔轉(zhuǎn)轍機受電待命期 間的原始數(shù)據(jù)采集狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測方法，其特征在于，所述步驟(2)在 整個道岔轉(zhuǎn)轍機動作期間，該數(shù)據(jù)采集過程不允許中斷。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測方法，其特征在于，所述步驟(3)的 數(shù)據(jù)采集過程允許中斷。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測方法，其特征在于，所述步驟(4)的 綜合分析與應(yīng)用功能處理包括但不限于道岔轉(zhuǎn)轍機當前動作特征信息實時顯示、道岔轉(zhuǎn) 轍機以前各次動作特征信息歷史查詢、道岔轉(zhuǎn)轍機待命期間表示電壓實時顯示及特征信息 查詢、道岔轉(zhuǎn)轍機故障記錄查詢。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交流道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)及方法，包括電流采樣裝置、電壓采樣裝置、故障分析模塊，所述電流采樣裝置和電壓采樣裝置的輸入端分別與道岔轉(zhuǎn)轍機設(shè)備機房的待測線路連接，其輸出端與故障分析模塊連接；所述故障分析模塊分為道岔動作期間狀態(tài)監(jiān)測模塊和道岔受電期間狀態(tài)監(jiān)測模塊，用于檢測道岔轉(zhuǎn)轍機的運行狀態(tài)、過程參數(shù)和故障信息，并通過狀態(tài)顯示界面輸出上述運行狀態(tài)、過程參數(shù)和故障信息。本發(fā)明從道岔轉(zhuǎn)轍機的故障檢測出發(fā)，提出了一種實用的道岔轉(zhuǎn)轍機故障檢測系統(tǒng)和方法，為道岔轉(zhuǎn)轍機的實時監(jiān)控提供了有效的技術(shù)手段，同時為道岔轉(zhuǎn)轍機的安全運行提供保障。
文檔編號G01R31/00GK101893667SQ20101019006
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者丁建隆, 凌松濤, 劉光武, 姚永深, 龐紹煌, 李宏輝, 錢靜, 陳永康, 陳迪泉 申請人:廣州市地下鐵道總公司;廣州復(fù)旦奧特科技股份有限公司