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大风区接触网状态分析及在线监测研究
| 论文题名： | 大风区接触网状态分析及在线监测研究 |
| 关键词： | 电气化铁路;接触网;风振响应;在线监测 |
| 摘要： | 我国地域辽阔，气候复杂多样，部分铁路沿线存在较多风口，在强劲的风力作用下铁路设备故障时有发生。接触网是电气化铁路的重要组成部分，作为无备用系统，接触网一旦发生故障将直接导致列车停运，造成经济损失。对接触网进行在线监测可以及时发现故障及隐患，有效提高供电的可靠性。然而接触网对风荷载十分敏感，大风会改变接触网状态进而对在线监测的故障诊断结果造成一定的干扰，当前还没有一套专门应用于风区的接触网在线监测装置。因此，本文在分析大风对接触网作用规律的基础上研制了一套风区接触网在线监测装置，对于提高风区铁路运行的安全性和可靠性具有重要意义。 本文首先以兰新高铁大风区段接触网为对象，利用ANSYS软件建立了接触网有限元模型，将Davenport谱作为目标谱采用谐波叠加(WAWS)法模拟得到脉动风速场，采用流体动力学软件Fluent进行接触线的风沙两相流场绕流模拟实验，得到接触线在不同工况下的气动系数变化规律，并根据空气动力学理论公式计算得到脉动风沙荷载。 将生成的风沙荷载施加到接触网模型，在有限元软件ANSYS中进行接触网的非线性瞬态动力学仿真，仿真得到不同工况风沙流对接触网振动的影响规律以及接触网振动幅值随跨距、张力等参数的变化情况。仿真分析了接触网断线时的b值动态响应行为，推导了接触网b值的风致变化机理，通过仿真实验发现当风速达到43m/s时半个锚段12跨接触网受风的b值最大振动幅值为63.15mm，已达到补偿装置断线时的坠砣下落距离63mm。因此，当风速达到一定值时，如果监测装置通过b值变化量识别断线故障，风振位移会造成极大的干扰，需要采取方法将干扰因素排除。 根据接触网断线信号和风振位移信号的特征，选择基于小波变换的模极大值方法通过计算信号奇异点的Lipschitz指数来对两者进行区分。计算发现当风振位移小于等于断线位移时，断线点处检测到的Lipschitz指数最大值不超过0.15，风振时间段内的Lipschitz指数最小值不低于0.34，说明设定Lipschitz指数阈值进行区分的方法是可行的，并基于此方法设计了断线信号的总体监测算法，算法可应用于风速0～50m/s(0～15级)工况下。 根据前面对接触网风致振动规律以及监测算法的研究最后设计了风区接触网在线监测装置。装置采用DSP芯片TMS320F28335作为处理器，由信号采集与处理模块、DSP数据采集与处理模块、显示与通信模块组成，监测内容包括接触线承力索b值、现场风速和环境温度，能够有效识别接触线断线、补偿装置超限和卡滞等故障，装置现已安装在兰新高铁某供电段，现场运行良好。 |
| 作者： | 王圣昆 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 刘明光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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