大風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)狀態(tài)分析及在線監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、我國(guó)地域遼闊，氣候復(fù)雜多樣，部分鐵路沿線存在較多風(fēng)口，在強(qiáng)勁的風(fēng)力作用下鐵路設(shè)備故障時(shí)有發(fā)生。接觸網(wǎng)是電氣化鐵路的重要組成部分，作為無備用系統(tǒng)，接觸網(wǎng)一旦發(fā)生故障將直接導(dǎo)致列車停運(yùn)，造成經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障及隱患，有效提高供電的可靠性。然而接觸網(wǎng)對(duì)風(fēng)荷載十分敏感，大風(fēng)會(huì)改變接觸網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)而對(duì)在線監(jiān)測(cè)的故障診斷結(jié)果造成一定的干擾，當(dāng)前還沒有一套專門應(yīng)用于風(fēng)區(qū)的接觸網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)裝置。因此，本文在分析大風(fēng)對(duì)接觸網(wǎng)作用規(guī)律

2、的基礎(chǔ)上研制了一套風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)于提高風(fēng)區(qū)鐵路運(yùn)行的安全性和可靠性具有重要意義。
　　本文首先以蘭新高鐵大風(fēng)區(qū)段接觸網(wǎng)為對(duì)象，利用ANSYS軟件建立了接觸網(wǎng)有限元模型，將Davenport譜作為目標(biāo)譜采用諧波疊加(WAWS)法模擬得到脈動(dòng)風(fēng)速場(chǎng)，采用流體動(dòng)力學(xué)軟件Fluent進(jìn)行接觸線的風(fēng)沙兩相流場(chǎng)繞流模擬實(shí)驗(yàn)，得到接觸線在不同工況下的氣動(dòng)系數(shù)變化規(guī)律，并根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)理論公式計(jì)算得到脈動(dòng)風(fēng)沙荷載。
　　將生成的

3、風(fēng)沙荷載施加到接觸網(wǎng)模型，在有限元軟件ANSYS中進(jìn)行接觸網(wǎng)的非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真，仿真得到不同工況風(fēng)沙流對(duì)接觸網(wǎng)振動(dòng)的影響規(guī)律以及接觸網(wǎng)振動(dòng)幅值隨跨距、張力等參數(shù)的變化情況。仿真分析了接觸網(wǎng)斷線時(shí)的b值動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為，推導(dǎo)了接觸網(wǎng)b值的風(fēng)致變化機(jī)理，通過仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)速達(dá)到43m/s時(shí)半個(gè)錨段12跨接觸網(wǎng)受風(fēng)的b值最大振動(dòng)幅值為63.15mm，已達(dá)到補(bǔ)償裝置斷線時(shí)的墜砣下落距離63mm。因此，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值時(shí)，如果監(jiān)測(cè)裝置通過b值變

4、化量識(shí)別斷線故障，風(fēng)振位移會(huì)造成極大的干擾，需要采取方法將干擾因素排除。
　　根據(jù)接觸網(wǎng)斷線信號(hào)和風(fēng)振位移信號(hào)的特征，選擇基于小波變換的模極大值方法通過計(jì)算信號(hào)奇異點(diǎn)的Lipschitz指數(shù)來對(duì)兩者進(jìn)行區(qū)分。計(jì)算發(fā)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)振位移小于等于斷線位移時(shí)，斷線點(diǎn)處檢測(cè)到的Lipschitz指數(shù)最大值不超過0.15，風(fēng)振時(shí)間段內(nèi)的Lipschitz指數(shù)最小值不低于0.34，說明設(shè)定Lipschitz指數(shù)閾值進(jìn)行區(qū)分的方法是可行的，并基于此方法

5、設(shè)計(jì)了斷線信號(hào)的總體監(jiān)測(cè)算法，算法可應(yīng)用于風(fēng)速0～50m/s(0～15級(jí))工況下。
　　根據(jù)前面對(duì)接觸網(wǎng)風(fēng)致振動(dòng)規(guī)律以及監(jiān)測(cè)算法的研究最后設(shè)計(jì)了風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)裝置。裝置采用DSP芯片TMS320F28335作為處理器，由信號(hào)采集與處理模塊、DSP數(shù)據(jù)采集與處理模塊、顯示與通信模塊組成，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括接觸線承力索b值、現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速和環(huán)境溫度，能夠有效識(shí)別接觸線斷線、補(bǔ)償裝置超限和卡滯等故障，裝置現(xiàn)已安裝在蘭新高鐵某供電段，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行良好