本发明公开了种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统，包括控制室以及3个电场监测点T1，T2和T3，其中；电场监测点内设置有电场传感器，用于检测电弓经过电场传感器附近时电场传感器周围电场轻度的大小以及变化；控制室设置在高压电缆的换相区间N内，电场监测点检测得到的电场强度信号通过光纤传输到控制室，由所述光端机转化为电信号后传输给工控机，工控机根据电信号发出控制指令控制开关开关K1和开关K2。本发明利用电场传感器感应火车电弓经过时电场的变化，从而判断电弓的位置，然后根据电弓的位置利用A相或者B相给换相区间N进行供电，保证火车在换相区间换相的时候不断电，提高了火车的平均速度以及运输效率。
1.一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统，其特征在于，包括控制室以及3个电场监测点T1，T2和T3，其中：所述电场监测点T1，T2和T3设置在离高压电缆距离0.7米的位置上且分别设置在高压电缆的A相区间，换相区间N和B相区间内；所述电场监测点内设置有电场传感器，用于检测电弓经过电场传感器附近时电场传感器周围电场强度的大小以及变化，根据电场传感器的变化计算供电换相的关键位置以及电弓的所在位置；
所述控制室设置在高压电缆的换相区间N内，控制室内设置有电源模块，光端机，工控机，主控装置，两个开关K1，K2以及两个继电器J1，J2；所述电场监测点检测得到的电场强度信号通过光纤传输到控制室，由所述光端机转化为电信号后传输给工控机，所述工控机根据电信号发出控制指令控制开关开关K1和开关K2；
所述开关K1接通高压电缆的A相和换相区间N，开关K2接通高压电缆的B相和换相区间N；
当检测到电弓出现在B相区间内，则工控机发出K2闭合指令时，控制主控装置通过电源模块输出24V给继电器J2，让J2闭合，通过J2闭合为K2主控提供220V的交流电，继而给换相区间N供电；当电弓出现在A相区间内，则工控机发出K1闭合指令时，控制主控装置输出24V给继电器J1，让J1闭合，通过J1闭合为K1主控提供220V的交流电，继而给换相区间N供电；
所述电场传感器检测电弓经过电场传感器附近时电场传感器周围电场强度的大小的公式如下：当电弓在离电场传感器较远的位置时，电场的计算公式为：E1＝k(U/r1)，单位为KV/m,其中U＝27.5KV，r1＝0.7m，k为系数，取值范围在0.25～1.5之间。
2.如权利要求1所述的一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统，其特征在于，所述K1和K2为互锁型，各自带一个反向辅助机械开关，即主开关被控制闭合时，则副开关通过联动机构自动断开，且一方副开关为另一方的主开关控制供电。
3.如权利要求2所述的一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统，其特征在于，所述K1的副开关一端与继电器J2连接，另一端与K2的副开关连接。
4.如权利要求3所述的一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统，其特征在于，所述K2的副开关一端与继电器J1连接，另一端与K1的副开关连接。
5.如权利要求4所述的一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统，其特征在于，所述K1和K2的主开关相互连接。
6.如权利要求1所述的一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统，其特征在于，所述高压电缆的电压为27.5kv。
7.如权利要求6所述的一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统，其特征在于，所述电场传感器检测电弓经过电场传感器附近时电场传感器周围电场强度的大小的公式如下：当电弓到达电场传感器时，电场传感器感应到的电场强度E2＝K(U/r2),单位为KV/m，其中U＝27.5KV，r2＝0.3m，k为系数，取值范围在0.25～1.5之间；
当电场差E＝13.1KV/m,且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了该电场传感器，判断电弓出现在该电场传感器设置点的相区间内。
8.一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的方法，该方法应用了如权利要求1-7任一所述的一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相系统，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：通过电场传感器T1，T2和T3检测高压电缆的电场强度，并把检测的电场强度信号通过光纤发送给光端机；
S2：所述光端机将电场强度信号转换为电信号后传给工控机；
当T1检测的电场强度的变化差为13.1KV/m,且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了T1电场传感器，判断电弓出现在与A相区间内，此时关闭开关K1通过K1为换相区间N供电；
当T3检测的电场强度的变化差为13.1KV/m,且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了T3电场传感器，判断电弓出现在与B相区间内，此时关闭开关K2通过K2为换相区间N供电。
9.如权利要求8所述的种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的方法，其特征在于，所述电场传感器检测电弓经过电场传感器附近时电场传感器周围电场强度的大小的公式如下：当电弓在离电场传感器较远的位置时，电场的计算公式为：E1=k（U/r1），单位为KV/m ,其中U=27.5KV，r=0.7m，k为系数，取值范围在0.25 1.5之间；
当电弓到达电场传感器时，电场传感器感应到的电场强度E2=K(U /r2),单位为KV/m，其中U=27.5KV，r=0.3m，k为系数，取值范围在0.25 1.5之间；
当电场差E=13.1 KV/m,且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了该电场传感器，判断电弓出现在该电场传感器设置点的相区间内。
10.如权利要求8所述的种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的方法，其特征在于，当出现异常时开关K1和K2同时断开，其方法流程如下：步骤D0：保持K1和K2同时断开，J1、J2也同时断开，相区间N无电；
步骤D1：当T1点的电场持续1s左右偏高，判断电弓是否通过T1点，若电弓没有跳转到步骤D0；若电弓通过T1点，则跳转到步骤D2；
步骤D2：工控机发出控制指令使J1闭合，220V交流电通过K2的副开关控制K1的主开关闭合，相区间N由A相供电；
D3:当T2点的电场持续1s左右偏高，判断电弓是否通过T2点，若电弓没有通过T2点则跳转到步骤D2；若电弓通过T1点，则跳转到步骤D4；
步骤D4:工控机发出控制指令使J1断开，K1主开关断开，控制J2闭合，220V交流电通过K1的副开关控制K2的主开关闭合，相区间N由B相供电；
D5:当T3点的电场持续1s左右偏高，判断电弓是否通过T3点，若电弓没有通过T3点则跳转到步骤D4；若电弓通过T3点，则跳转到步骤D6；
步骤D6:工控机发出控制指令使J1,J2断开，使得K1和K2的主开关断开，相区间N无电然后再跳转到步骤D0。
一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统及
方法
技术领域
[0001] 本发明涉及火车供电领域，具体涉及一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统及方法。
背景技术
[0002] 现在火车都是电力驱动，供电电压为高压27.5KV，通过火车顶上的专用电弓从高压线取电。我国为三相供电，即A/B/C三相，而火车为单项取电，为保证三相平衡，火车每隔一段距离就要换相供电，即A、B、C轮流供电，为保障安全，换相时设置了一段没有供电的区间N，此时存在一个问题，当火车进入换相N区间时，火车没有供电失去动力，火车速度下降，需要靠惯性滑动到B相区间，这样一来，降低了火车的平均速度，降低了运输效率。甚至，有时候火车惯性不够，或受到风力等影响，在N区间停下来了，需要救援，引发火车晚点等一列问题。
[0003] 因此需要解决在换相区间N火车供电的问题。
发明内容
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明的提供一种火车在换相区间N也可以为其提供电能的系统及方法，保证火车在换相时候的速度，提高火车平均速度及运输效率。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统，包括控制室以及3个电场监测点T1，T2和T3，其中：
[0006] 所述电场监测点T1，T2和T3设置在离高压电缆距离0.7米的位置上且分别设置在高压电缆的A相区间，换相区间N和B相区间内；所述电场监测点内设置有电场传感器，用于检测电弓经过电场传感器附近时电场传感器周围电场强度的大小以及变化，根据电场传感器的变化计算供电换相的关键位置以及电弓的所在位置；
[0007] 所述控制室设置在高压电缆的换相区间N内，控制室内设置有电源模块，光端机，工控机，主控装置，两个开关K1，K2以及两个继电器J1，J2；所述电场监测点检测得到的电场强度信号通过光纤传输到控制室，由所述光端机转化为电信号后传输给工控机，所述工控机根据电信号发出控制指令控制开关开关K1和开关K2；
[0008] 所述开关K1接通高压电缆的A相和换相区间N，开关K2接通高压电缆的B相和换相区间N；
[0009] 当检测到电弓出现在B相区间内，则工控机发出K2闭合指令时，控制主控装置通过电源模块输出24V给继电器J2，让J2闭合，通过J2闭合为K2主控提供220V的交流电，继而给换相区间N供电；当电弓出现在A相区间内，则工控机发出K1闭合指令时，控制主控装置输出24V给继电器J1，让J1闭合，通过J1闭合为K1主控提供220V的交流电，继而给换相区间N供电。
[0010] 优选地，所述K1和K2为互锁型，各自带一个反向辅助机械开关，即主开关被控制闭合时，则副开关通过联动机构自动断开，且一方副开关为另一方的主开关控制供电。
[0011] 优选地，所述K1的副开关一端与继电器J2连接，另一端与K2的副开关连接。
[0012] 优选地，所述K2的副开关一端与继电器J1连接，另一端与K1的副开关连接。
[0013] 优选地，所述K1和K2的主开关相互连接。
[0014] 优选地，所述高压电缆的电压为27.5kv。
[0015] 优选地，所述电场传感器检测电弓经过电场传感器附近时电场传感器周围电场强度的大小的公式如下：
[0016] 当电弓在离电场传感器较远的位置时，电场的计算公式为：E1＝k(U/r1)，单位为KV/m,其中U＝27.5KV，r1＝0.7m，k为系数，取值范围在0.25～1.5之间；
[0017] 当电弓到达电场传感器时，电场传感器感应到的电场强度E2＝K(U/r2),单位为KV/m，其中U＝27.5KV，r2＝0.3m，k为系数，取值范围在0.25～1.5之间；
[0018] 电弓经过电场传感器引起的电场差E＝E2-E1；
[0019] 当电场差E＝13.1KV/m,且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了该电场传感器，判断电弓出现在该电场传感器设置点的相区间内。
[0020] 一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的方法，该方法应用了如权利要求上述的一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相系统，该方法包括以下步骤：
[0021] S1：通过电场传感器T1，T2和T3检测高压电缆的电场强度，并把检测的电场强度信号通过光纤发送给光端机；
[0022] S2：所述光端机将电场强度信号转换为电信号后传给工控机；
[0023] S3:所述工控机对接收的电信号进行判断分析，
[0024] 当T1检测的电场强度的变化差为13.1KV/m,且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了T1电场传感器，判断电弓出现在与A相区间内，此时关闭开关K1通过K1为换相区间N供电；
[0025] 当T3检测的电场强度的变化差为13.1KV/m,且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了T3电场传感器，判断电弓出现在与B相区间内，此时关闭开关K2通过K2为换相区间N供电。
[0026] 优选地，所述电场传感器检测电弓经过电场传感器附近时电场传感器周围电场强度的大小的公式如下：
[0027] 当电弓在离电场传感器较远的位置时，电场的计算公式为：E1＝k(U/r1)，单位为KV/m,其中U＝27.5KV，r1＝0.7m，k为系数，取值范围在0.25～1.5之间；
[0028] 当电弓到达电场传感器时，电场传感器感应到的电场强度E2＝K(U/r2),单位为KV/m，其中U＝27.5KV，r2＝0.3m，k为系数，取值范围在0.25～1.5之间；
[0029] 电弓经过电场传感器引起的电场差E＝E2-E1；
[0030] 当电场差E＝13.1KV/m,且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了该电场传感器，判断电弓出现在该电场传感器设置点的相区间内。
[0031] 优选地，当出现异常时开关K1和K2同时断开，其方法流程如下：
[0032] 步骤D0：保持K1和K2同时断开，J1、J2也同时断开，相区间N无电；
[0033] 步骤D1：当T1点的电场持续1s左右偏高，判断电弓是否通过T1点，若电弓没有跳转到步骤D0；若电弓通过T1点，则跳转到步骤D2；
[0034] 步骤D2：工控机发出控制指令使J1闭合，220V交流电通过K2的副开关控制K1的主开关闭合，相区间N由A相供电；
[0035] D3:当T2点的电场持续1s左右偏高，判断电弓是否通过T2点，若电弓没有通过T2点则跳转到步骤D2；若电弓通过T1点，则跳转到步骤D4；
[0036] 步骤D4:工控机发出控制指令使J1断开，K1主开关断开，控制J2闭合，220V交流电通过K1的副开关控制K2的主开关闭合，相区间N由B相供电；
[0037] D5:当T3点的电场持续1s左右偏高，判断电弓是否通过T3点，若电弓没有通过T3点则跳转到步骤D4；若电弓通过T3点，则跳转到步骤D6；
[0038] 步骤D6:工控机发出控制指令使J1,J2断开，使得K1和K2的主开关断开，相区间N无电然后再跳转到步骤D0。
[0039] 本发明有益的技术效果：本发明利用电场传感器感应火车电弓经过时电场的变化，从而判断电弓的位置，然后根据电弓的位置利用A相或者B相给换相区间N进行供电，保证火车在换相区间换相的时候不断电，提高了火车的平均速度以及运输效率。
附图说明
[0040] 图1为本发明的当火车电弓离电场传感器较远时的电场检测原理示意图。
[0041] 图2为本发明的当火车电弓到大电场传感器时的电场检测原理示意图。
[0042] 图3为本发明一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统整体结构示意图；
[0043] 图4为本发明一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的方法的步骤示意图。
[0044] 图5是本发明当出现异常时开关K1和K2同时断开的步骤流程图。
具体实施方式
[0045] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
[0046] 本发明基于以下原理进行设计的：给换相区间N供电时要保证火车电弓的前后弓同时出现在某一个相内，如果前弓已经到达B相，后弓还在A相，此时给换相区间N供电则会造成AB相短路引发重大事故。因此需要确定获知供电弓所在位置及区间，当电弓的前后弓都在某一个相内时，则可以给N区间供电。
[0047] 如图1-5所示，一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的系统，包括控制室以及3个电场监测点T1，T2和T3，其中：
[0048] 所述电场监测点T1，T2和T3设置在离高压电缆距离0.7米的位置上且分别设置在高压电缆的A相区间，换相区间N和B相区间内，所述高压电缆的电压为具体为27.5kv。所述电场监测点内设置有电场传感器，用于检测电弓经过电场传感器附近时电场传感器周围电场强度的大小以及变化，根据电场传感器的变化计算供电换相的关键位置以及电弓的所在位置；
[0049] 具体地，电场传感器检测电弓经过电场传感器附近时电场传感器周围电场强度的大小的公式及方法步骤如下：
[0050] 当电弓在离电场传感器较远的位置时，电场的计算公式为：E1＝k(U/r1)，单位为KV/m,其中U＝27.5KV，r1＝0.7m，k为系数，取值范围在0.25～1.5之间；
[0051] 当电弓到达电场传感器时，电场传感器感应到的电场强度E2＝K(U/r2),单位为KV/m，其中U＝27.5KV，r2＝0.3m，k为系数，取值范围在0.25～1.5之间；
[0052] 电弓经过电场传感器引起的电场差E＝E2-E1；
[0053] 当电场差E＝13.1KV/m,且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了该电场传感器，判断电弓出现在该电场传感器设置点的相区间内。
[0054] 以下举一个具体的实例进行说明，参考图1和图2：
[0055] 电场传感器安装在离开27.5KV电缆约0.7米的位置，当供电弓在离开电场传感器较远的位置时，电场的计算方法如下：
[0056] 假设在27.5KV电缆周边为均匀电场，电场传感器采集到的电场强度E1＝k(U/r)，U＝27.5KV，r为带电体离传感器的距离，k为系数(实验获取)。电场传感器安装在离电缆0.7米的位置。
[0057] 当电弓离电场传感器很远时，电场传感器的电场由b点电压决定，电场传感器感应到的电场强度E1＝K(27.5/0.7)＝K*39.29，单位为KV/m。
[0058] 当电弓到达电场传感器时，电场传感器的电场由a点电压决定，电场传感器感应到的电场强度E2＝K(27.5/0.3)＝K*91.66，单位为KV/m。
[0059] 因此，电弓经过传感器引起的电场差E＝E2-E1＝52.37*k，单位为KV/m。
[0060] 由以上实例可知，k取值范围在0.25～1.5之间，其大小与空气潮湿度、空气中的灰尘颗粒等有关。可得到E的最小值为52.37*0.25＝13.1KV/m，变化非常明显，而且是电场持续1S左右的偏高，不是偶然的干扰脉冲。
[0061] 因此当场差为13.1KV/m，而且是电场持续1S左右的偏高时，可以确定电弓通过该电场传感器。
[0062] 所述控制室设置在高压电缆的换相区间N内，控制室内设置有电源模块，光端机，工控机，主控装置，两个开关K1，K2以及两个继电器J1，J2；所述电场监测点检测得到的电场强度信号通过光纤传输到控制室，由所述光端机转化为电信号后传输给工控机，所述工控机根据电信号发出控制指令控制开关开关K1和开关K2；
[0063] 所述开关K1接通高压电缆的A相和换相区间N，开关K2接通高压电缆的B相和换相区间N；
[0064] 当检测到电弓出现在B相区间内，则工控机发出K2闭合指令时，控制主控装置通过电源模块输出24V给继电器J2，让J2闭合，通过J2闭合为K2主控提供220V的交流电，继而给换相区间N供电；当电弓出现在A相区间内，则工控机发出K1闭合指令时，控制主控装置输出24V给继电器J1，让J1闭合，通过J1闭合为K1主控提供220V的交流电，继而给换相区间N供电。
[0065] 具体地，所述K1和K2为互锁型，各自带一个反向辅助机械开关，即主开关被控制闭合时，则副开关通过联动机构自动断开，且一方副开关为另一方的主开关控制供电。所述K1的副开关K1b一端与继电器J2连接，另一端与K2的副开关连接。所述K2的副开关K2b一端与继电器J1连接，另一端与K1的副开关连接。所述K1和K2的主开关k1a和k2a相互连接。
[0066] 一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相的方法，该方法应用了如权利要求上述的一种用电场监测火车电弓通过并控制火车供电换相系统，该方法包括以下步骤：
[0067] S1：通过电场传感器T1，T2和T3检测高压电缆的电场强度，并把检测的电场强度信号通过光纤发送给光端机；
[0068] S2：所述光端机将电场强度信号转换为电信号后传给工控机；
[0069] S3:所述工控机对接收的电信号进行判断分析，
[0070] 当T1检测的电场强度的变化差为13.1KV/m，且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了T1电场传感器，判断电弓出现在与A相区间内，此时关闭开关K1通过K1为换相区间N供电；
[0071] 当T3检测的电场强度的变化差为13.1KV/m,且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了T3电场传感器，判断电弓出现在与B相区间内，此时关闭开关K2通过K2为换相区间N供电。
[0072] 所述电场传感器检测电弓经过电场传感器附近时电场传感器周围电场强度的大小的公式如下：
[0073] 当电弓在离电场传感器较远的位置时，电场的计算公式为：E1＝k(U/r1)，单位为KV/m,其中U＝27.5KV，r1＝0.7m，k为系数，取值范围在0.25～1.5之间；
[0074] 当电弓到达电场传感器时，电场传感器感应到的电场强度E2＝K(U/r2),单位为KV/m，其中U＝27.5KV，r2＝0.3m，k为系数，取值范围在0.25～1.5之间；
[0075] 电弓经过电场传感器引起的电场差E＝E2-E1；
[0076] 当电场差E＝13.1KV/m,且持续时间为1S以上，则判断电弓通过了该电场传感器，判断电弓出现在该电场传感器设置点的相区间内。
[0077] 火车运输的前提是绝对保证安全，所以控制K1和K2，必须双保险。任何异常情况下必须是K1和K2全断开，当出现异常时开关K1和K2同时断开，其方法流程如下：
[0078] 步骤D0：保持K1和K2同时断开，J1、J2也同时断开，相区间N无电；
[0079] 步骤D1：当T1点的电场持续1s左右偏高，判断电弓是否通过T1点，若电弓没有跳转到步骤D0；若电弓通过T1点，则跳转到步骤D2；
[0080] 步骤D2：工控机发出控制指令使J1闭合，220V交流电通过K2的副开关控制K1的主开关闭合，相区间N由A相供电；
[0081] D3:当T2点的电场持续1s左右偏高，判断电弓是否通过T2点，若电弓没有通过T2点则跳转到步骤D2；若电弓通过T1点，则跳转到步骤D4；
[0082] 步骤D4:工控机发出控制指令使J1断开，K1主开关断开，控制J2闭合，220V交流电通过K1的副开关控制K2的主开关闭合，相区间N由B相供电；
[0083] D5:当T3点的电场持续1s左右偏高，判断电弓是否通过T3点，若电弓没有通过T3点则跳转到步骤D4；若电弓通过T3点，则跳转到步骤D6；
[0084] 步骤D6:工控机发出控制指令使J1,J2断开，使得K1和K2的主开关断开，相区间N无电然后再跳转到步骤D0。
[0085] 本发明利用电场传感器感应火车电弓经过时电场的变化，从而判断电弓的位置，然后根据电弓的位置利用A相或者B相给换相区间N进行供电，保证火车在换相区间换相的时候不断电，提高了火车的平均速度以及运输效率。
[0086] 根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。
