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基于轨道电路行波的钢轨断裂检测理论与仿真研究
| 论文题名： | 基于轨道电路行波的钢轨断裂检测理论与仿真研究 |
| 关键词： | 钢轨断裂检测;轨道电路;电流行波;小波变换 |
| 摘要： | 为了满足运营和维护需求，在一些特殊的铁路线路区段，因没有装设轨道电路，导致钢轨发生折断时不易被及时发现，这就有可能造成极其严重的行车事故。因此，实现上述区段钢轨断裂检测，是保证列车运行安全的重要措施之一。 电磁波在导体中传播时遇到阻抗不匹配点，将发生反射和折射导致电路中信号发生变化。根据此原理，提出了一种基于轨道电路行波的钢轨断裂检测方法，并对其涉及的关键理论进行深入研究。 首先，根据轨道电路等效电路，建立轨道电路传输线方程。采用同伦分析法、拉氏反变换法和基于傅里叶变换结合Q-D(Quotient-Difference)算法对所建立方程进行求解，得出基于傅里叶变换结合Q-D算法可对轨道电路较复杂工作状态进行时域求解，且精度较高。对轨道电路传输线方程去耦合变换，得到其等效电路图。根据该等效电路，在EMTP(Electro-Magnetic Transient Program)中建立仿真模型，验证理论计算结果正确。 其次，建立轨道电路断轨态、钢轨断裂态（钢轨出现裂缝）和分路态复频域等效电路，得出三种工作状态下轨道电路边界条件。在零状态响应下，求得三种工作状态下电流行波复频域表达式，采用基于傅里叶变换结合Q-D算法得到其时域数值解。在EMTP中建立轨道电路断轨态、断裂态和分路态仿真模型，仿真结果证明理论计算正确。区段空闲时钢轨断裂，根据全响应为零状态响应与零输入响应之和基本原理，通过分析轨道电路调整态与断轨态或断裂态换路全响应过程实现钢轨断裂检测。区段有车占用时钢轨断裂，将列车占用前调整态稳态和列车出清后断轨态或断裂态稳态响应结合实现钢轨断裂检测。 再次，依据ZPW-2000A移频轨道电路、ZP·W1-18移频轨道电路、适用于CBTC(Communication Based Train Control System，基于通信的列车运行控制系统)断轨检测装置工作原理，设计了一种中央发送两端电流接收式钢轨断裂检测专用检测轨道电路。对该检测轨道电路进行数学建模，将其等效为一送一受式轨道电路，根据检测区段空闲和占用时钢轨断裂检测方式，求得钢轨断裂时检测轨道电路受电端电流行波。 最后，利用小波变换检测信号奇异点原理，选取sym8小波为小波函数，提取钢轨断裂时检测轨道电路行波信号小波变换模极大值。仿真结果表明，小波变换模极大值能够很好的标识钢轨断裂。因此，通过分析轨道电路电流行波变化可以实现钢轨断裂检测。 |
| 作者： | 赵斌 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 张友鹏 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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