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

1、我國地域遼闊，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，造成經(jīng)濟(jì)損失。對接觸網(wǎng)進(jìn)行在線監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)故障及隱患，有效提高供電的可靠性。然而接觸網(wǎng)對風(fēng)荷載十分敏感，大風(fēng)會改變接觸網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)而對在線監(jiān)測的故障診斷結(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)測裝置。因此，本文在分析大風(fēng)對接觸網(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)測裝置，對于提高風(fēng)區(qū)鐵路運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)法模擬得到脈動風(fēng)速場，采用流體動力學(xué)軟件Fluent進(jìn)行接觸線的風(fēng)沙兩相流場繞流模擬實驗，得到接觸線在不同工況下的氣動系數(shù)變化規(guī)律，并根據(jù)空氣動力學(xué)理論公式計算得到脈動風(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)動力學(xué)仿真，仿真得到不同工況風(fēng)沙流對接觸網(wǎng)振動的影響規(guī)律以及接觸網(wǎng)振動幅值隨跨距、張力等參數(shù)的變化情況。仿真分析了接觸網(wǎng)斷線時的b值動態(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，通過仿真實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)速達(dá)到43m/s時半個錨段12跨接觸網(wǎng)受風(fēng)的b值最大振動幅值為63.15mm，已達(dá)到補(bǔ)償裝置斷線時的墜砣下落距離63mm。因此，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值時，如果監(jiān)測裝置通過b值變

4、化量識別斷線故障，風(fēng)振位移會造成極大的干擾，需要采取方法將干擾因素排除。
　　根據(jù)接觸網(wǎng)斷線信號和風(fēng)振位移信號的特征，選擇基于小波變換的模極大值方法通過計算信號奇異點的Lipschitz指數(shù)來對兩者進(jìn)行區(qū)分。計算發(fā)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)振位移小于等于斷線位移時，斷線點處檢測到的Lipschitz指數(shù)最大值不超過0.15，風(fēng)振時間段內(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)計了斷線信號的總體監(jiān)測算法，算法可應(yīng)用于風(fēng)速0～50m/s(0～15級)工況下。
　　根據(jù)前面對接觸網(wǎng)風(fēng)致振動規(guī)律以及監(jiān)測算法的研究最后設(shè)計了風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)在線監(jiān)測裝置。裝置采用DSP芯片TMS320F28335作為處理器，由信號采集與處理模塊、DSP數(shù)據(jù)采集與處理模塊、顯示與通信模塊組成，監(jiān)測內(nèi)容包括接觸線承力索b值、現(xiàn)場風(fēng)速和環(huán)境溫度，能夠有效識別接觸線斷線、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)場運行良好