基于棘輪補償器參數(shù)檢測的接觸網(wǎng)在線監(jiān)測技術(shù)的研究.pdf

1、隨著列車運行速度的提高，鐵路運行密度的逐步加大，對牽引供電系統(tǒng)安全可靠性的要求也越來越高。接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，因此提高接觸網(wǎng)的可靠性對于電氣化鐵路運輸?shù)目煽窟\行具有重大意義。由于接觸網(wǎng)是露天架設(shè)的，沒有備用，一旦發(fā)生故障將中斷行車，擾亂電氣化鐵路的運輸秩序，帶來經(jīng)濟(jì)損失。對接觸網(wǎng)進(jìn)行在線監(jiān)測是提高接觸網(wǎng)可靠性的重要方法之一，因此有必要對接觸網(wǎng)的在線監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行研究。
　　基于棘輪補償器參數(shù)檢測的接觸網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)檢

2、測的內(nèi)容包括棘輪補償器的相關(guān)參數(shù)（包括墜砣位移和搖桿傾角）以及環(huán)境參數(shù)（包括風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度和降雨量）。狀態(tài)評估是在線監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)之一，實現(xiàn)接觸網(wǎng)的在線監(jiān)測的前提是對接觸網(wǎng)狀態(tài)的準(zhǔn)確評估。根據(jù)棘輪補償器墜砣的位移和搖桿的傾角的變化，可以推斷出接觸網(wǎng)的工作狀態(tài)。在實際運行中，自然界一直存在的風(fēng)荷載會導(dǎo)致棘輪補償器的墜砣的位移的變化，為了準(zhǔn)確地提取接觸網(wǎng)的細(xì)微的故障狀態(tài)以及預(yù)測故障趨勢，必須對風(fēng)荷載作用導(dǎo)致的墜砣位移分量進(jìn)行去除。

3、　　本文首先對棘輪補償器的運動特性和接觸網(wǎng)的風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，得到了風(fēng)荷載作用導(dǎo)致的墜砣位移分量。然后提出了去除風(fēng)荷載作用導(dǎo)致的墜砣位移分量的方法。最后研究了接觸網(wǎng)覆冰的在線監(jiān)測方法。本文主要的研究內(nèi)容如下:
　　1.對牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性分析，結(jié)果表明牽引供電系統(tǒng)的可靠性很大程度上取決于接觸網(wǎng)的可靠性。歸納了接觸網(wǎng)的常見的故障類型，分析了各類接觸網(wǎng)故障發(fā)生的原因。闡述了對接觸網(wǎng)進(jìn)行在線監(jiān)測的必要性。
　　2.為了

4、得到影響棘輪補償器的傳動效率的因素，分別通過理論分析和仿真計算的方法對棘輪補償器進(jìn)行了分析。改變補償繩和棘輪之間摩擦系數(shù)對棘輪補償器進(jìn)行靜態(tài)仿真，得到了摩擦系數(shù)對補償張力的影響，可以為棘輪的設(shè)計提供理論依據(jù)。仿真分析了動態(tài)荷載作用下棘輪補償器的傳動效率的變化規(guī)律，對比理論分析結(jié)果顯示兩者較為符合，同時得到了利用接觸線或承力索下錨處的位移計算墜砣位移的方法。通過監(jiān)測棘輪補償器搖桿的傾角可以評估其運行狀態(tài)，實現(xiàn)對棘輪補償器性能的在線監(jiān)測。<

5、br>　　3.為了減小模擬時間，引入基于按時間抽取快速傅立葉變換(DIT-FFT)優(yōu)化的諧波合成法(WAWS)對接觸網(wǎng)的風(fēng)場進(jìn)行模擬。考慮接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)的空間特性，建立了接觸網(wǎng)的三維有限元模型，對比仿真計算和實際的吊弦的長度驗證了有限元模型的有效性。在不同角度的風(fēng)荷載作用下，對單跨接觸網(wǎng)的動力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了仿真，得到了接觸線和承力索下錨處的位移的變化規(guī)律。為了減小評估時間，推導(dǎo)了下錨處的位移的近似計算公式。對風(fēng)荷載作用下多跨接觸網(wǎng)相鄰跨的作用

6、進(jìn)行分析，得到了多跨接觸網(wǎng)的棘輪補償器的墜砣位移的近似計算方法。
　　4.為了驗證風(fēng)荷載作用下墜砣位移的近似計算方法的正確性，在天津-秦皇島客運專線上進(jìn)行了接觸網(wǎng)風(fēng)振響應(yīng)的現(xiàn)場測試。引入基于虛擬觀測的FastICA信號分離方法，提出SS-MDP法消除分離信號的不確定性。利用該方法實現(xiàn)了搖桿傾角信號的去噪，根據(jù)搖桿傾角信號計算得到補償張力以及棘輪補償器的傳動效率，分析了棘輪補償器的運行狀態(tài)。利用提出的信號分離方法提取出了墜砣位移的風(fēng)

7、荷載作用的分量，和近似計算方法得到的風(fēng)荷載作用的分量進(jìn)行對比，驗證了近似計算方法的可用性。在實際的在線監(jiān)測中，以墜砣位移信號中溫度變化導(dǎo)致的分量和風(fēng)荷載作用的分量作為虛擬觀測，利用提出的信號分離方法可以實現(xiàn)墜砣位移信號中這兩個分量的去除?，F(xiàn)場對異物倒入接觸網(wǎng)進(jìn)行了模擬，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗證了本文提出的在線監(jiān)測方法的可行性。
　　5.提出了接觸網(wǎng)覆冰的在線監(jiān)測方法。為了實現(xiàn)覆冰接觸網(wǎng)的狀態(tài)評估，對不同覆冰厚度時的接觸網(wǎng)的靜態(tài)響應(yīng)進(jìn)

8、行仿真分析，得到了接觸線和承力索下錨處的位移的變化規(guī)律。根據(jù)相似理論設(shè)計了6跨接觸網(wǎng)的1/50的小比例模型，對小比例模型進(jìn)行仿真分析，驗證了小比例模型的可用性。利用小比例模型進(jìn)行了接觸網(wǎng)覆冰的模型試驗，通過對比試驗結(jié)果和仿真結(jié)果驗證了小比例模型的正確性。為了減小估算的時間，考慮多跨接觸網(wǎng)的相互作用，推導(dǎo)了覆冰接觸網(wǎng)的棘輪補償器的墜砣的位移的近似計算方法。對小比例模型進(jìn)行近似計算，將得到的結(jié)果和模型試驗的結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了近似計算方法的