【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁路电气自动化，具体地说，涉及一种基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰系统及方法。
技术介绍
1、电气化铁路作为高效、安全、环保、舒适、快速的公共交通方式，已经在许多国家得到广泛采用。然而，部分铁路线路位于纬度较高、气温较低的地区。接触网作为牵引供电系统的关键组成部分，沿着铁路线路铺设，动态运行的列车通过车顶搭载的受电弓支撑的碳滑板与接触网之间的滑动电接触来获取牵引电能。这种滑动电接触的质量直接影响了牵引电能传输的稳定性和效率。近年来，世界各地的铁路经常受到极端天气的影响，比如低温雨雪冰冻天气会导致高速线路受到影响，甚至停运数小时，从而降低了公共交通效率。接触网是牵引供电系统的重要组成部分，但在极端天气条件下，如大雪、雨雪交加、冻雨等情况下，其表面容易被冰雪覆盖，导致受电弓的碳滑板与接触网接触不良，引发频繁的电弧现象，从而损坏碳滑板表面。当碳滑板与覆冰的接触网发生摩擦时，接触网上的冰柱可能掉落，甚至砸断碳滑板，导致列车减速或停运。此外，大量冰覆盖的接触网会增加其自重，导致线路挠度增大，接触网变形、折断等问题。尽管已有通过注入直流或交流电进行接触网融冰的尝试，但由于接触网结构复杂、电流分布不均匀，导致焦耳热产生的温度分布不均，存在吊弦熔断的风险。因此，目前融冰仍主要依赖人工手动敲击，尽管可以更好地保护接触网，但施工过程存在工人人身安全风险，且融冰效率较低。尽管已经尝试通过注入接触网直流或交流电产生的焦耳热来融化冰雪，但是由于接触网结构的复杂性，包括承力索、吊弦、接触线等关键组件，其线材种类、材料和结构尺寸完全不同
技术实现思路
1、本专利技术的内容是提供一种基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰系统及方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
2、根据本专利技术的一种基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰系统，其包括接触网电流融冰设备、电流控制模块、实时检测模块、无线接收模块、数据处理及分析模块以及数据存储模块；接触网电流融冰设备、无线接收模块、电流控制模块和数据存储模块均与数据处理及分析模块信息交互，实时检测模块与无线接收模块信息交互。
3、作为优选，实时检测模块连接有接触网多点监测模块，接触网多点监测模块包括支撑监测模块、吊线监测模块和接触网监测模块，用于对电缆的支撑杆、吊线和接触网实时监控电流状况；实时检测模块包括瞬时输入电流大小监测器、电缆局部温度变化传感器、电流频率实时变化监测器，用于量化并采集接触网多点监测模块中支撑杆、吊线、接触网各处的瞬时输入电流数据及各处温度数据。
4、作为优选，无线接收模块将实时检测模块所采集到的数据进行初步整理、分析与存储，初步分析得到输入电流、接触网实时温度、融冰效果以及输电线缆损耗数据并将数据发送给数据处理及分析模块。
5、作为优选，数据存储及分析模块包括中央数据存储单元、设备保护器、中央数据处理分析模块、积冰识别及定位装置，用于对接触网多点监测模块数据的初步存储以及融冰效果的处理分析；中央数据存储单元集中存储和管理整个接触网多点监测模块的数据，设备保护器基于电气系统中预设的电流电压保护参数来触发设备模块断开及模块报错的警告，中央数据处理分析模块以大型中央数据存储处理单元数据集中处理分析电流电压数据的总体产热率，积冰识别及定位装置采用传感器技术和图像处理技术检测电缆各处表面积冰厚度差异并通过算法进行识别分析。
6、作为优选，电流控制模块包括prc控制器、设备超限预警模块、变压器及变频器工作情况监控及控制模块、电流输出监测及控制模块；prc控制器利用比例控制和谐振控制相结合，实现电流电压高精度控制以及抑制系统中的谐波振荡，设备超限预警模块实时远程监测输入电流情况并规定限制发出预警对设备进行保护，变压器及变频器工作情况监控及控制模块以传感器、控制器、scada系统实现对输入电压及电流情况的监测控制功能，电流输出监测及控制模块通过监测末端输出电流以得到输出电流电压初始数据。
7、作为优选，数据存储模块中数据存储器记录最后得到的最优融冰效果的输入电流频率及大小、实时温度、融冰效果以及输电线缆损耗的量化数据，以达到多角度多方面实现最优融冰效果的目的。
8、作为优选，融冰效果通过融冰效果因素计算模型得出：
9、设置变压器所输出电压大小范围为9.5kv～10.5kv，设置变频器所输出电流频率为50hz±3hz左右，若实际理想输出电流频率或电压超过该范围，则以不符合实际输电标准，以其所最接近的相应最值以代替计算值，不断对融冰效果的最优解进行精确；
10、对于电压而言，通过对数据分析可知，电压与融冰率成线性增长因此通过线性拟合方程进行分析，因此将数据整合后得到下述方程：
11、y＝0.0196v2-0.0588v+0.8993
12、其中，y代表融冰率，v代表电压器电压；
13、对于电流频率本身而言，根据实验数据，电缆表面的融冰率小于90％所设融冰标准并未达标，而在大于90％所设融冰标准达标，电流频率与融冰率成线性增长因此通过线性拟合方程进行分析，因此将数据整合后得到下述方程：
14、
15、其中y代表融冰率，f代表变频器电频。
16、本专利技术提供了一种基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰方法，其采用上述的基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰系统。
17、与现代技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
18、1)通过实时检测模块监测，使用无线通信技术将监测数据实时传输到中央控制器，保证高实时监测效率的同时，简化了监测设备的占地体积，无需物理接触被监测物体，避免了可能引起损坏或干扰的接触性检测方式，并且少受光照、天气等因素的影响，可在各种环境下等各种条件下稳定工作。
19、2)通过中央数据处理分析模块判断除冰效果优劣，提高对电流电压的调节精度，简化总体测量流程。
20、3)通过接触网多点监测模块，利用支撑杆、吊线、接触网多处监测模块获取数据，多角度多方面获得电流电压数据，减少测量可能存在的误差，使数据结果更有可信度，提高结果的精度和普及度。
21、4)通过可调节可控制电流控制模块，实时精确调节电流电压大小及电流频率大小，实现自动化调控，减少人力资源投入，实现无隙调节调控，减少对电缆本身的损耗，进一步达到理想的除冰效果。
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1.基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰系统，其特征在于：包括接触网电流融冰设备、电流控制模块、实时检测模块、无线接收模块、数据处理及分析模块以及数据存储模块；接触网电流融冰设备、无线接收模块、电流控制模块和数据存储模块均与数据处理及分析模块信息交互，实时检测模块与无线接收模块信息交互。
2.根据权利要求1所述的基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰系统，其特征在于：实时检测模块连接有接触网多点监测模块，接触网多点监测模块包括支撑监测模块、吊线监测模块和接触网监测模块，用于对电缆的支撑杆、吊线和接触网实时监控电流状况；实时检测模块包括瞬时输入电流大小监测器、电缆局部温度变化传感器、电流频率实时变化监测器，用于量化并采集接触网多点监测模块中支撑杆、吊线、接触网各处的瞬时输入电流数据及各处温度数据。
3.根据权利要求2所述的基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰系统，其特征在于：无线接收模块将实时检测模块所采集到的数据进行初步整理、分析与存储，初步分析得到输入电流、接触网实时温度、融冰效果以及输电线缆损耗数据并将数据发送给数据处理及分析模块。
<...【技术特征摘要】
1.基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰系统，其特征在于：包括接触网电流融冰设备、电流控制模块、实时检测模块、无线接收模块、数据处理及分析模块以及数据存储模块；接触网电流融冰设备、无线接收模块、电流控制模块和数据存储模块均与数据处理及分析模块信息交互，实时检测模块与无线接收模块信息交互。
2.根据权利要求1所述的基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰系统，其特征在于：实时检测模块连接有接触网多点监测模块，接触网多点监测模块包括支撑监测模块、吊线监测模块和接触网监测模块，用于对电缆的支撑杆、吊线和接触网实时监控电流状况；实时检测模块包括瞬时输入电流大小监测器、电缆局部温度变化传感器、电流频率实时变化监测器，用于量化并采集接触网多点监测模块中支撑杆、吊线、接触网各处的瞬时输入电流数据及各处温度数据。
3.根据权利要求2所述的基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰系统，其特征在于：无线接收模块将实时检测模块所采集到的数据进行初步整理、分析与存储，初步分析得到输入电流、接触网实时温度、融冰效果以及输电线缆损耗数据并将数据发送给数据处理及分析模块。
4.根据权利要求3所述的基于自适应可调系统的电气化铁路接触网融冰系统，其特征在于：数据存储及分析模块包括中央数据存储单元、设备保护器、中央数据处理分析模块、积冰识别及定位装置，用于对接触网多点监测模块数据的初步存储以及融冰效果的处理分析；中央数据存储单元集中存储和管理整个接触网多点监测模块的数据，设备保护器基于电气系统中预设的电流...
【专利技术属性】
技术研发人员：许博皓，肖嵩，邓钧豪，杨凯博，颜靖东，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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