多特征融合及聚类分析的道岔转辙机退化状态识别

针对转辙机退化阶段难以划分的问题,提出一种基于多维特征融合的道岔转辙机退化状态识别方法。首先,提取了S700K转辙机退化功率数据的时域、频域、时频域多域特征;其次,通过核主成分分析(Kernel Principal Components Analysis,KPCA)进行特征融合,获得表征道岔转辙机运行状态的特征向量,构建转辙机退化性能指标;再次,采用K-medoids聚类算法对道岔转辙机性能退化状态进行阶段划分,识别不同的退化状态;最后,选用轮廓系数、分类系数、平均模糊熵对聚类效果进行综合评价,并与模糊C均值聚类(Fuzzy C-Means Clustering,FCM)和古斯塔夫森-凯塞尔(Gustafson Kessel,GK)聚类算法进行比较。研究结果表明,融合特征聚类后的综合评价指标高于单一特征,更能够体现道岔转辙机退化过程中的细节,K-medoids聚类效果明显,模型的准确率达到96.3%,能够对道岔转辙机性能退化阶段进行准确的划分,为铁路现场道岔智能运维提供理论支持。

高铁站内受电弧热侵蚀钢轨表面熔池研究

为探明列车经过高铁站内机械绝缘节时高温电弧对钢轨材料的侵蚀影响,基于磁流体动力学理论,耦合电磁场、流场和热场的相互作用,在建立电弧模型和钢轨表面熔池模型的基础上,计算不同电弧电流和发生频次下钢轨表面热流密度及熔池的宽度、深度和面积,分析电弧电流和发生频次对钢轨侵蚀的影响。结果表明:电弧热场作用下钢轨表面的热流密度呈高斯分布,峰值可达220 MW·m^(-2);电弧电流超过100 A时,电弧的单次作用即可在钢轨表面上形成熔池;随着电弧电流和发生频次的增加,熔池的宽度和深度都会增大,电弧电流主要影响钢轨熔池沿径向发展,而电弧发生频次主要影响钢轨熔池沿轴向发展;牵引等级超过5级或者电弧发生频次不小于4次时,钢轨表面出现伤损。通过控制列车发车时的牵引等级不超过5级或减少电弧发生频次,可以在一定程度上减少电弧对钢轨的侵蚀。

大风区段开孔式挡风墙对正馈线气动特性的影响

兰新高速铁路常年遭受风灾,挡风墙的修建虽有效防止了列车倾覆,但加剧了接触网正馈线的舞动。针对大风区段既有挡风墙“防车不防网”的不足,通过设计一种开孔式挡风墙,基于流体力学理论建立计算域模型,对挡风墙的防风效果进行评估,并仿真分析挡风墙孔隙率及开孔角度对于正馈线气动特性响应的规律。结果表明:挡风墙设置一定孔隙率后,会冲击挡风墙后形成的旋涡流场,使流场趋于平稳;随着孔隙率的增大挡风墙尾流接触网正馈线位置处气流增速区范围大幅减小,且正馈线气动力系数呈明显降低趋势;当挡风墙孔隙率为0.3时,挡风墙背风侧风速残余系数为0.46~0.69,此时正馈线升、阻力系数下降率分别超过41.56%和24.59%;在孔隙率为0.3,且挡风墙设置150°开孔角度时,正馈线气动力系数相较其他角度降幅明显,从而对于正馈线的舞动可以起到进一步的抑制作用。研究成果可为兰新高铁大风区段接触网正馈线舞动防治及挡风墙优化提供一定的理论参考。

基于IBTM-TMW 的信号设备故障文本聚类方法

针对信号设备故障文本数据存在的长度短、专业性强及难以智能化再利用等问题,提出基于改进的词对主题模型和词向量融合(IBTM-TMW)的信号设备故障文本聚类方法。首先,为减少数据噪音,提升数据质量,在数据预处理过程中引入自建词典和保留动名词处理;其次,在词对的吉布斯采样建模过程中引入词的差异性重要度作为加权因素,利用改进的词对主题模型(IBTM)提升文本主题特征的学习能力,并将词频-改进逆文档频率权重(TF-MIDF)嵌入到Word2vec词向量的生成过程,将词的文本重要性与Word2vec词向量融合,完善文本词特征向量的表示;最后,通过融合文本主题特征向量和词特征向量,增强文本特征的表示能力,并采用K-means++算法进行故障聚类分析。结果表明:同一试验数据集下,所提方法生成的文本特征向量明显优于其他传统模型,其诊断精度达到89.9%,高于K-means,GMM,AGNES和BIRCH等聚类模型(诊断精度分别为78.3%,68.1%,87.9%和81.7%)。该方法可增强故障文本特征与类别间关联关系的识别能力,为基于文本数据驱动的故障诊断提供参考。

微地形风场下架空输电导线风致振动特性分析

为研究微地形下架空输电导线风振特性以完善输电线路抗风设计,采用计算流体动力学方法(CFD)模拟得出微地形下不同线路处风速及攻角变化规律,并推导输电导线相对运动时的脉动风荷载。建立跨越微地形的三跨输电导线有限元模型,利用谐波合成法(WAWS)模拟时间和空间相关的线路脉动风场,对导线施加风荷载,分析微地形下输电导线风振响应。研究结果表明:在微地形下,来流经谷口与山顶时加速明显,水平风速最大加速比达到1.42,坡前垂向风速不可忽略;相较平地风场,跨越山谷、山顶线路第二跨导线的跨中水平位移幅值分别增大58.27%和56.39%,导线水平张力和绝缘子风偏角度大幅增加,导线覆冰舞动可能导致空气间隙不足发生放电,在抗风设计时须增大设计风速;坡前线路风振位移减小,可适当减小安全裕度。研究结果可为复杂山地地形下输电导线抗风设计提供参考。

大风区接触网线路参数对附加导线舞动的影响

针对大风环境下兰新高速铁路接触网附加导线发生剧烈舞动以及线间放电的现象,依据接触网附加导线结构特点,建立了附加导线有限元计算模型,并对附加导线进行找形计算。采用谐波叠加法模拟接触网附加导线处的随机风场,并对导线模型施加风荷载,利用无条件稳定Newmark法以及荷载增量法,分析接触网线路参数对附加导线舞动及线间距离的影响规律,并给出相应的舞动防治措施。结果表明:40 m及更小档距对导线在低风速及高风速下的舞动均有明显的抑制效果;将附加导线运行张力提高至6.5 kN,导线阻尼比提高至1.5%及以上能有效降低两条导线的舞动剧烈程度;接触网附加导线的档距过大,运行张力及阻尼比过小,将导致导线舞动时悬挂点张力过大,易引起导线掉线、断线等事故;随附加导线档距减小、运行张力及阻尼比增大,线间最小距离呈递增趋势;不同线路参数下(档距、运行张力及阻尼比)附加导线舞动时线间最小距离均随风速增大出现减小趋势。本研究可为兰新高铁大风区段接触网附加导线舞动及线间放电的防治提供有效的理论依据。

悬浮沙粒对棒形绝缘子电位和电场分布的影响

为研究空气中悬浮沙粒对绝缘子沿面电位和电场分布的影响,基于静电场有限元法建立了棒形瓷绝缘子的仿真模型,应用有限元软件计算分析了绝缘子在不同悬浮沙粒环境下的电位和电场分布。仿真结果表明:绝缘子的几何形状可影响绝缘子的电位和电场分布;空气中悬浮的电中性沙粒可小幅畸变绝缘子沿面电位和电场;悬浮沙粒带上电荷且荷质比相同时,绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度加大,且畸变幅度受悬浮沙粒的粒径、数量、荷质比的大小和极性影响明显;空气中的带电沙粒与电中性沙粒的混合粒子群或正、负极性沙粒混合粒子群对绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度,均小于粒子群中全部沙粒均带上相同荷质比时对绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度。

基于遗传算法的绝缘子泄漏电流估算

为了探索绝缘子泄漏电流与各因素之间的本质联系,确定出它们之间的具体函数关系,采用遗传算法(GA)得到了相对湿度Hr、等值附盐密度ρESDD及作用电压U与泄漏电流幅值Ih的对应关系。首先进行了单片瓷绝缘子人工污秽试验,利用泄漏电流测量系统记录了泄漏电流波形并进行了分析;其次利用遗传算法得到了Hr、ρESDD、U与Ih的函数关系;最后将该方法与最小二乘法进行了比较。结果表明:Ih与Hr、ρESDD和U均有关系,影响程度从大到小依次为ρESDD、Hr、U;相较于利用最小二乘法估算泄漏电流与各因素之间的相关系数,遗传算法不仅确定出它们之间的具体函数形式,而且提高了估算的准确性。仿真结果表明利用遗传算法估算泄漏电流幅值的方法是有效可行的,该研究结果可以为工程中基于泄漏电流污秽度的评估提供参考。

计及损耗的特高压输电线路中可控电抗器补偿度研究

高速响应可控并联电抗器装设于特高压交流输电线路,能够实现大范围快速平滑地调节容量和限制过电压等作用,从而提高输电电量和质量。为研究可控电抗器的补偿度以及其与线路特性的关系,建立计及损耗并精确考虑线路分布参数特性的特高压输电线路∏形等值电路,以均匀传输线方程为基础,采用电力系统潮流计算法得到适用于受端系统各种负载类型的可控电抗器补偿度公式。分析了可控电抗器的补偿度与线路传输功率、首末端电压、线路长度等之间的关系。分析结果表明:当特高压交流输电线路传输的有功功率一定且受端系统负载类型呈感性时,线路受端系统的功率因数越低,电抗器的补偿度越低;而受端系统负载类型呈容性时则与之相反。该研究为特高压可控并联电抗器控制系统的设计提供了理论基础,有利于进一步研究装设可控并联电抗器的特高压输电线路的特性。

干旱地区电气化铁路的钢轨电位限制方案

针对干旱地区电气化铁路钢轨电位偏高现象,研究其钢轨电位限制方案。在自耦变压器供电方式下,利用Matlab/Simulink软件建立了牵引回流系统的仿真模型。通过仿真分析可知,高泄漏电阻是影响干旱地区铁路钢轨电位升高的重要原因;在高泄漏电阻时,对供电区段设置保护连接线及贯通地线可以降低干旱地区铁路钢轨电位。

兰新高铁大风区段接触网正馈线斜拉绝缘子防舞有效性分析

为解决兰新高铁大风区段接触网正馈线舞动问题,保障牵引供电系统安全运行,开展了接触网正馈线斜拉绝缘子防舞有效性研究。以正馈线为研究对象,基于结构力学建立正馈线有限元模型,施加导线自重负载对其进行找形计算,并对找形后的模型添加相应的气动载荷,分析对比安装斜拉绝缘子前后正馈线的舞动响应。研究结果表明:以来风速度15 m/s为例,未安装斜拉绝缘子之前,正馈线舞动剧烈,垂向位移和横向位移峰峰值分别为1.82 m和1.81 m;安装斜拉绝缘子之后,正馈线舞动峰峰值明显减小,最大张力减小到导线安全运行范围内,张力波动减小,证明安装斜拉绝缘子能够有效地抑制正馈线舞动现象。

轨道电路分路态检测方法研究

轨道电路作为列车占用检测的一种方法,其分路态的判断对于列车的行车安全十分重要。在轨面生锈或积污的轨道区段,由于分路电阻过高导致的轨道电路分路不良是影响分路态可靠检测的主要原因。基于传输线理论,采用精细时程积分法,对轨道电路分路时接收端的电流响应进行分析,提出利用接收端电流信号的突变特性检测轨道电路分路态的方法,分析了道床电阻和电源电压变化时对接收端电流的影响,并对分路电阻过高时接收端的电流响应进行了仿真分析。结果表明:在列车进入和出清轨道区段时电流信号存在着暂态突变,利用电流信号的突变特性判断轨道电路的分路状态可有效避免由于分路电阻过高造成的轨道电路分路不良现象。

基于模糊贝叶斯网络的铁路时间同步网可靠性分析

铁路时间同步网是结构复杂、覆盖面广阔、关键设备冗余的可修安全苛求系统,其中普遍存在共因失效现象。为了量化铁路时间同步网安全风险并识别薄弱环节,本文基于模糊集理论,利用模糊语义及模糊排序法量化基本事件的条件概率,然后使用贝叶斯网络构建铁路时间同步网可靠性模型并进行了可靠性评估。通过计算系统故障条件下各个单元的不可用度,更能实际的识别系统薄弱环节。铁路时间同步网的实例分析表明,模糊贝叶斯网络对于分析铁路时间同步网可靠性是切实可行的,不考虑共因失效会导致可靠性分析结果偏于乐观,计算得出的铁路时间同步网可靠性客观反映了铁路时间同步网目前的安全状况。重要度分析结果表明,光纤及一级同步网设备失效是引起铁路时间同步网的关键事件,因此加强对其维护检查能够有效降低事故的发生概率。

“一送两受”式无绝缘轨道电路最大传输距离分析

为了求解中央供电两端接受式无绝缘轨道电路最大传输距离,本文根据此种轨道电路在调整态、分路态、断轨态3种工作状态下的四端网数学模型,在不同的初始参数下仿真分析了轨道电路在断轨态和分路态下的转移阻抗的变化情况,得出轨道电路在断轨态转移阻抗的最小值大于分路态转移阻抗的最小值,以此简化了求解轨道电路最大传输距离的前提条件。在此基础上,给出了求解此种轨道电路最大传输距离的计算方法。结果对比表明,该方法能够正确地计算轨道电路最大传输距离,为此类型轨道电路的设计提供理论依据。

兰新高铁大风区段挡风墙对接触网正馈线气动特性的影响

为研究兰新高铁大风区段挡风墙对接触网正馈线气动特性的影响,基于流体力学建立正馈线流场模型,分别针对无墙和有墙的情况,分析正馈线在不同风速下气动特性的变化规律。研究结果表明:挡风墙对气流有较强的汇聚作用,大幅增加了正馈线周围的空气流动速度。随着来风速度的增大,挡风墙后正馈线处风攻角也随之增大,当风速达到15 m/s 及以上时,攻角基本稳定在29°~30°之间。有墙条件下正馈线升力及阻力系数幅值加大且呈现无规律振荡,挡风墙对正馈线气动力的增大效应是导致正馈线发生低频高幅舞动的主要原因。挡风墙外形尺寸对于正馈线气动特性有重要影响,选择合适的高度和截面宽度可一定程度改善正馈线气动特性,以减少舞动的发生。

基于灰色系统理论高速列车ATO速度控制器研究

速度控制器是ATO系统的核心单元,也是列控系统的重要组成部分,针对目前高速列车无ATO功能的情况,研究智能的ATO系统速度控制器对实现高速列车自动驾驶具有的重要意义。通过分析CTCS-3级列控系统的结构和功能,提出了在CTCS-3级列控系统中增加ATO系统速度控制器的方案。首先设计了速度控制器与车载及地面设备的连接方式,实现了信息交互;而后应用灰色系统理论善于研究外延明确内涵不清系统的特点,建立速度控制器模型,进行预测及决策计算,得到比较合理的列车自动驾驶控制策略;最后采用遗传算法对其进行优化,得到最优控制策略。仿真结果表明,该方法实现了高速列车在CTCS-3级列控系统下的自动驾驶,列车运行的各项性能都得到了提高。

一种改进型网络时间协议在TDCS/CTC系统的应用研究

由于列车运行速度较高,短时间内列车跨线跨区行驶,铁路信号设备时间统一显得尤为重要,而现有的铁路时间同步方法无法满足目前对于同步精度的要求。为了解决上述问题,采用网络时间协议NTP进行铁路TDCS/CTC系统的时间同步,但网络发生拥挤时,会影响同步精度。为了更精确地同步系统时间,保证行车安全,并使列车在速度进一步提高时,仍能满足时间同步的精度要求,本文提出一种改进型NTP协议,对协议的算法进行仿真分析。仿真结果表明该算法能够有效提高时间同步精度。

基于SPN的铁路时间同步网建模与性能分析

铁路时间同步网是铁路通信网中重要的支撑子网,该网络为铁路内部各系统提供统一、标准的时间信息,其性能直接关系到故障的快速准确定位,对其进行建模与性能分析具有重要意义。本文根据铁路时间同步网的结构、通信过程以及所选用的网络时间协议NTP,采用随机Petri网建立铁路时间同步网通信模型与故障处理模型,利用随机Petri网性能分析方法计算网络延时,进而计算得到同步周期与绝对守时准确度两个性能指标之间的关系。同时采用TimeNET仿真工具对铁路时间同步网模型进行性能分析并得出相应结论。分析结果表明,铁路时间同步网客户端与服务器具有较高的正确同步成功率。

一送两受式无砟轨道电路发送信号频率

为确定一送两受式无砟轨道电路发送信号的频率范围,根据无砟轨道电路一次侧参数的频率特性和一送两受式无砟轨道电路调整态、分路态和断轨态的四端网系数表达式,在不同的道砟最小电阻、表面电导系数、输入端阻抗和输出端阻抗初始值下,用图解法对断轨灵敏度和分路灵敏度频率特性进行了仿真分析.结果表明:当一次侧参数为无砟轨道电路标准参数时,一送两受式轨道电路信号频率不应大于700 Hz.

基于云模型和证据理论的铁路信号系统风险评估

为科学合理地对铁路信号系统进行风险评估,针对评估过程中模糊性和随机性等不确定性问题,以及采用专家经验进行评估的特点,提出基于云模型和证据理论的铁路信号系统风险评估模型。首先采用云模型对专家评语信息进行建模,利用得到各风险因素的隶属度构造评语基本信度分配函数;然后采用证据理论进行信息融合,得到各风险因素基本信度分配函数;最后利用层次分析法确定风险因素权重,通过线性加权进行综合,得到最终评估结果。以无线闭塞中心为例利用该模型进行风险评估,验证了该模型的合理性和有效性,为铁路信号系统风险评估提供参考。