污秽颗粒在腕臂绝缘子表面分布规律仿真分析

为解决兰新高铁接触网腕臂绝缘子污闪问题,研究腕臂绝缘子表面积污规律对预防污闪事故发生、保证牵引供电系统安全运行有重要意义。以FQB-25/12型腕臂绝缘子为研究对象,利用欧拉两相流建立积污仿真模型,以污秽颗粒的体积分数为表征参数,分析颗粒浓度、风速、颗粒粒径及来流角度4种因素对绝缘子表面污秽分布的影响。研究结果表明:绝缘子表面污秽体积分数随空气中污秽浓度呈线性增长;随风速的增大,迎风面污秽体积分数迅速增大,背风面污秽体积分数增长较缓慢;随颗粒粒径增大,迎风面污秽体积分数明显增长,背风面污秽体积不断减小;来流角度在-45°到45°变化时,对于大伞裙,上表面污秽体积分数不断减小,下表面污秽体积分数不断增大,对于小伞裙,上下表面积污程度随来流角度与大伞裙相反。     

雾霾环境动车组车顶绝缘子积污特性研究

雾霾是雾和霾的组合,空气中的霾会对车顶绝缘子的积污造成影响,而空气中的雾沉降在绝缘子表面润湿绝缘子表面污秽,增大了车顶绝缘子发生污闪的几率。以FQJG2-30/16型车顶绝缘子为试验对象,分析高速气流雾霾环境下雾霾颗粒在绝缘子表面上的受力情况,认为水滴的黏附力是雾霾环境绝缘子表面积污的一个重要影响因素,建立高速气流雾霾环境绝缘子表面雾霾颗粒沉积仿真模型,并通过人工气候室开展不同气流速度下人工模拟雾霾环境绝缘子积污试验,揭示不同风速下雾霾环境对车顶绝缘子积污的影响特性。仿真和试验结果表明:不同气流速度情况下,车顶绝缘子表面积污存在差异。雾霾环境下绝缘子积污量高于非雾霾环境积污量,随着风速的增加雾霾环境积污量与非雾霾环境积污量接近,这是由于高速气流带走绝缘子表面大量水滴造成的。     

列车车顶绝缘子气流场分布及其对积污的影响

列车高速运行过程中,车顶绝缘子表面的积污特性受绝缘子周围气流场分布特性的影响较大,建立车顶绝缘子的外部三维流场模型,利用有限元模拟的方法计算列车在不同的运行速度下,车顶绝缘子周围气流场分布的情况以及空气中的污秽颗粒与绝缘子表面的碰撞情况,结合现场调研,结果表明：车顶绝缘子的积污特性主要受到绝缘子背风面气压分布的影响,伞裙背风面的负压值、污秽颗粒碰撞率以及实测的积污量均呈两端大中间小的规律,且随着列车速度的加快,伞裙背风面的负压值及污秽颗粒碰撞率皆呈现增加的趋势。     

沙尘环境下绝缘子表面颗粒积聚特性研究

为研究沙尘环境下绝缘子表面颗粒积聚特性,基于流体力学和电场分布理论建立多物理场共同作用下的风洞仿真模型,应用有限元法分析计算绝缘子表面颗粒在不同沙尘环境下的绝缘子表面压强和沙尘积聚量。研究结果表明:风速、电势和沙尘粒径均与绝缘子表面颗粒积聚特性有关,风速、电势和沙尘粒径3个变量中任意一个增加,沙尘颗粒碰撞迎风面和背风面产生的压强均会增加且迎风面压强比背风面高;沙尘积聚量随风速增加而快速增加且积聚速度逐渐减缓并趋于平稳,随电势增加而增加且积聚速度比较缓慢,随沙尘粒径增加而缓慢增加并逐渐趋于饱和且积聚速度逐渐减缓。仿真结果与试验结果基本相符。     

干燥带对接触网复合绝缘子电场分布的影响

为研究接触网棒形柱式复合绝缘子表面干燥带对其沿面电场分布的影响,在COMSOL Multiphysics软件中建立了绝缘子二维仿真模型,分析了绝缘子容易出现干燥带的位置以及干燥带宽度和数量对其沿面场强的影响。仿真结果表明:绝缘子伞裙间柱体处最容易形成干燥带。干燥带处绝缘子电场发生明显畸变,随着干燥带宽度的增加,伞裙上下表面干燥带处的最大场强增大而柱体上干燥带处的场强减小;伞裙表面干燥带处最大场强均出现在干燥带端部。随着伞裙上下表面干燥带数目的增加,干燥带处场强最大值增大;伞裙间柱体上干燥带数目增加,场强最大值减小。     

车顶用复合外套绝缘子的风沙试验研究

介绍了动车组车顶用复合外套绝缘子材料的模拟抗风沙试验,了解复合外套的伞裙变形、撕裂、磨损及表面憎水性等情况。对绝缘子复合外套材料在风力强劲的高原沙漠环境下的适用性进行了试验研究。根据产品所使用的环境和特点,对高温硫化硅橡胶伞裙外套材料的配方进行了完善与改进;并通过模拟风带动沙尘悬浮形成沙尘的风沙试验;通过试验结果表明,复合外套绝缘材料具有耐磨、抗撕裂等特点,达到所确定的试验内容要求和技术规范要求。     

基于盐碱沙尘地区的接触网绝缘子污闪预警的研究

盐碱沙尘环境是影响接触网绝缘子安全稳定运行的重要因素,但由于气候条件的复杂性和突发性,常用的污区分布图不能据实反映气候的急剧变化,往往造成接触网绝缘元件污闪事故的增加。利用含盐沙尘颗粒动力学方法,结合盐碱沙尘源区气象特性,建立颗粒物的动态沉降模型,探索沙尘颗粒在接触网绝缘子表面快速沉积规律,分析污秽源区下风向各站点的不同灰盐比以及粒径分布,得出各站点在无降水期间受含盐沙尘天气影响的污闪预警时刻。分析表明,在恶劣天气来临之前,可结合污闪预警信息准确定位,进行清扫工作,为污闪预警系统的制定提供一种有效可行的方法。     

铁路腕臂绝缘子污秽外绝缘状态评估方法研究

为了合理评估电气化铁路绝缘子的外绝缘状态,改进铁路绝缘子污闪预防措施,以电气化铁路腕臂绝缘子为研究对象,利用人工污秽试验方法,研究绝缘子在不同污秽度条件下的染污放电过程。通过监测染污腕臂绝缘子受潮期间的泄漏电流,提取出泄漏电流最大值I_h,依据I_h与污秽度和受潮程度的关联,建立I_h与试品闪络电压Uf的联系。在此基础上,综合考虑腕臂绝缘子的形状系数f和爬电距离L引入综合特征量I*,并提出形如U_f=a I~(*-b)的污闪预警模型。试验研究发现:对于不同结构参数的腕臂类绝缘子,由于放电特性接近,预警模型U_f=a I(*-b)具有一定的普适性,模型预测结果与实测结果吻合良好,且系数a、b可作常数处理;但是,当试验对象为输电线路用悬式绝缘子XWP2-160时,由于XWP2-160型绝缘子和腕臂绝缘子的结构有显著差异,导致两者的染污放电特征迥异,系数a、b要以变量对待。研究认为:对于外形结构接近的染污绝缘子,模型U_f=a I(*-b)能够有效预测该类绝缘子的闪络电压,并能以此评价绝缘子的外绝缘状态。本文相关结论适用于电气化铁路腕臂类绝缘子,对于绝缘子的日常维护工作有指导参考意义。     

腕臂应力分布与接触悬挂模态特性研究

腕臂系统是接触悬挂的主要承载者,关系到接触网静态作用下的稳定性,腕臂系统应力状况及应力突出位置成为重点关注对象,而接触悬挂模态特性关系到弓网动态运行稳定性.本文结合某既有线路接触网参数,对静力作用下腕臂系统所受应力及接触悬挂模态特性进行详细分析.结果表明:腕臂系统最大应力常出现于斜腕臂、平腕臂绝缘子安装末端或斜腕臂与平...     

盐碱沙尘区域的接触网绝缘子动态积污与预测研究

污秽度是判定接触网运行在湿润大气下绝缘性能的重要因素。为防止污闪事故的发生,不仅需要实时监控污秽量,更需要实现对近期污秽度的预测,以便于安排时间进行清扫工作。利用污秽颗粒在绝缘表面的动态沉降模型,结合新疆区域特有的盐碱沙尘气象特点,搜取受影响区域的不同灰盐比以及各粒径颗粒在总沉降物中的占比,优化了持续积污期间的累积积污公式;以月均降雨强度、月均风速、降雨次数等九个参量为输入特征量,建立基于遗传-BP神经网络的降雨冲刷模型,比较准确预测了降水后绝缘表面的剩余污秽度;根据气象信息的预报数值和地理位置的精确经纬度,可准确定位近期将超过设定污秽等级的支柱,由此实现由状态除污到计划除污的转变。     

一种快速获取输电线路 复合绝缘子临界污闪电压方法

针对获取输电线路复合绝缘子临界污闪电压而进行的复杂、耗时和投资较高的人工污秽试验以及用于表示绝缘子自身参数存在不足的问题,依据现场常用复合绝缘子的人工污秽试验,在基本伞形参数基础上引入4个伞形参数完善复合绝缘子的形状表示,提出一种基于生物地理学算法优化的BP神经网络模型,将8个伞形参数与盐密值ESDD和灰密值NSDD作为模型输入量,临界污闪电压作为输出量。研究结果表明:该方法与传统方法相比,能够更加准确地获取复合绝缘子临界污闪电压,模型输出值作为污闪试验的参考,可以降低污闪试验工作量,同时为输电线路绝缘子的结构优化和选型提供一种新的思路与方法。     

基于着色Petri网的铁路时间同步协议建模及安全性分析

针对Autokey模型的铁路时间同步协议安全性问题,提出利用着色Petri网对协议进行安全性分析。剖析Autokey模型的铁路时间同步协议序列及其执行流程;重点针对其认证阶段,分别构建正常认证和加入中间人入侵的着色Petri网模型,分析中间人入侵时协议认证过程的不安全状态,建立模型状态方程;应用逆向状态分析法对铁路时间同步协议认证过程的安全性进行分析,得到中间人在认证阶段攻击协议的实施序列。研究结果表明:基于Autokey模型的铁路时间同步协议的认证过程是不安全的。     

基于WPA优化神经网络的扼流适配变压器故障诊断研究

针对传统铁路扼流适配变压器故障诊断模型结构复杂和精度不高的问题,运用狼群算法(WPA)、粗糙集(RS)理论和神经网络(NN)相融合的方法对其进行故障诊断研究。用粗糙集理论对故障样本数据进行约简处理,减少样本数据的监测及关键特征量的输入个数;利用约简后的数据对神经网络训练。利用狼群算法优化BP神经网络参数,提出WPA-BPNN故障诊断模型,以侯马电务段扼流适配变压器故障数据为例进行验证。研究结果表明:WPA-BPNN故障诊断模型相比传统方法,简化了网络结构,缩短了训练所需时间,提高了故障诊断精度,保证了列车行车安全及线路的高效运行。     

基于SA-CPSO优化HSMM的转辙机故障预测模型研究

针对目前铁路现场转辙机PHM中故障发生的模糊性与随机性等不确定问题,提出一种基于自适应混沌粒子群(SA-CPSO)优化隐半马尔科夫(HSMM)的设备退化过程故障预测模型。根据转辙机全生命周期机械部件状态退化过程对其进行退化状态划分;建立SA-CPSO优化HSMM的设备状态评估和故障预测模型,再结合前向-后向算法对优化后的模型进行参数估计;通过实例分析验证该方法的有效性和可行性,实现传统信号维修策略的方法改进。     

牵引电流对桥梁区段信号电缆的电磁串扰研究

随着高速铁路的快速发展,铁路现场信号电缆受干扰的问题愈发突出,特别是在贯通地线和信号电缆同槽铺设的桥梁区段,对铁路运输的安全造成不良影响。在考虑桥梁区段特点的基础上,针对信号电缆双端接地的情况建立加入信号电缆外皮的牵引供电系统链式网络模型,利用潮流算法进行仿真计算,通过实测数据验证模型的有效性。分析信号电缆串扰的主要来源,在所建立模型的基础上计算信号电缆受串扰产生的感应电动势,考虑贯通地线和信号电缆间距对其影响,并给出故障条件下信号电缆的适宜长度,为减少铁路信号电缆的串扰影响和其铺设方法的研究提供参考依据。     

基于动态故障树的计算机联锁系统安全性及性能分析研究

针对2种常用冗余结构计算机联锁系统中的联锁机子系统,在考虑单元模块、比较模块和系统间切换模块全故障模式的情况下,建立双机热备和2×2取2计算机联锁系统的危险失效概率PFD和安全失效概率PFS的动态故障树模型。由于故障树概率近似法和Markov方法计算结果非常近似且概率近似法的求解过程简单和存储要求低等特点,采用概率近似法求解对应的PFD和PFS,实例对比分析2种冗余结构计算机联锁系统的安全性。研究结果表明:在全故障模式下,2×2取2计算机联锁系统的安全性高于双机热备。     

一种具有故障处理能力的电容箝位子模块拓扑分析

通过介绍T型子模块、电容箝位子模块和二极管箝位子模块拓扑,提出一种基于T型子模块的改进电容箝位子模块拓扑。分析系统在故障时子模块各器件的电参数变化,从理论上确定其器件耐压特性和故障阻断能力。在MATLAB/Simulink平台上建立基于MMC的整流电路进行仿真,并与二极管箝位子模块和T型子模块进行了比较。研究结果表明:该子模块具有较强的故障处理能力。     

基于混合系统建模预测控制的列车自动驾驶优化运行

针对现有列车自动驾驶速度追踪精度不高的问题,提出一种基于混合系统神经网络反馈补偿控制的模型预测控制算法。根据混合系统建模的特点与优势,引入辅助变量,建立混合系统列车运行动力学模型。为了便于求解包含约束的预测控制律,采用二次规划方法求出满足列车各项性能指标的控制作用序列。神经网络反馈控制器用于对系统目标速度与实际速度之间的误差进行在线学习并求出一个补偿控制量,并将补偿后的控制力作用于列车系统模型。研究结果表明:该控制结构包含补偿控制策略,可以较大程度减小系统跟踪误差,保留模型预测控制的优势,同时提高系统的控制精度。     

动车组辅助供电系统健康状态评估

以CRH3型动车组辅助供电系统为例,采用一种基于合作博弈和云模型理论的健康状态评估方法,建立辅助供电系统健康状态评估指标体系,获取各元件指标及元件层的组合权重,确定各元件指标对动车组辅助供电系统各状态等级的隶属度,采用分层评估方法得到评估结果。研究结果表明:本文所采用的方法能够结合辅助供电系统的分层分析模型,直观地给出各指标、各元件以及辅助供电系统整体的健康状态信息,有效完成CRH3型动车组辅助供电系统的健康状态评估。     

基于性能的高速铁路钢管混凝土 拱桥地震经济风险分析

在基于性能的地震风险评价理论基础上,以一座高速铁路钢管混凝土系杆拱桥为例,采用有限元分析软件建立全桥模型,运用增量动力分析(IDA)方法对该桥拱肋进行地震易损性分析,建立关键截面的易损性曲线,结合地震危险性和损失比,选取年预期损失作为地震经济风险指标,定量分析该桥的地震经济风险。研究结果表明:IDA方法用于钢管混凝土拱桥的地震经济风险分析是可行的,该桥主要经济风险来源于超越概率较高的中小级别地震,占桥梁整体经济风险损失的77.3%,通过对易损区域的局部加固设计,在提高桥梁鲁棒性的同时可减小结构的地震经济风险。