刚性架空接触网弓网动态检测探讨

刚性架空接触网设备安装精度要求高,且基本设置在环境相对复杂的隧道内。为确保设备良好工作状态,本文通过对刚性架空接触网检测依据、项目进行分析,对实际检测数据进行对比,提出了有效的刚性架空接触网检测方法,为后期隧道内刚性架空接触网相关设计提供参考。

高速列车弓网受流系统放电实验平台设计

为掌握外环境下高速列车的运行特点,开展弓网电弧变化特性研究,该文设计并研制了高速列车弓网受流系统放电实验平台,其风洞系统由风洞结构、风扇转子系统、风洞控制系统、弓网电弧发生系统、观测系统组成。测试结果表明:低速直流风洞风速可达50 m/s,湍流度低于1%,速度不均匀性小于1%,流场稳定性不超过1%,气流偏角不超过0.5°,满足《低速风洞和高速风洞流场品质要求》(GJB 1179A—2012)中所规定的参数指标。该系统为探究强气流场环境下弓网电弧物理特性的变化规律提供了良好的实验环境,可为高速运行环境下列车弓网电弧研究提供参考数据。

基于COMSOL的城轨弓网电弧多物理场仿真研究

弓网电弧产生的高温是烧蚀弓网系统材料的主要原因,研究弓网电弧发生机制,掌握弓网电弧温度分布规律,有助于减少电弧对弓网系统材料的烧蚀损伤,增加弓网系统服役寿命.文中基于磁流体动力学理论,根据弓网电弧数学模型设置相关初始条件,采用有限元软件COMSOL对弓网电弧数学模型进行求解,分析弓网电弧温度分布及电弧两极表面的温度分布,并探究弓网电弧持续时间与弓网电弧温度的关系.结果表明,弓网电弧中心区域温度最高,接触线表面温度远远超过接触线材料的熔点;弓网电弧持续时间与弓网电弧温度呈正相关.

环境湿度对浸金属碳滑板磨损及温升的影响

为探究环境湿度对弓网摩擦副载流滑动过程中电弧放电能量、浸金属碳滑板温升及滑板磨损量的影响,采用环-块式高速载流摩擦磨损试验台,对比不同湿度条件下,电弧能量、滑板温升及滑板磨损量随滑动速度、电流强度、法向力的变化情况。试验结果表明:不同环境湿度下,滑动速度和电流强度的增大均会导致电弧能量及滑板温升急剧增大;电弧热是导致温升的主要热源;增大法向力对于抑制电弧放电、降低滑板温升均有显著效果,而对于滑板磨损量变化的影响,不同湿度情况则截然相反;高湿度环境下接触副附着的水膜改善了接触状况和散热情况,电弧能量及滑板温升都小于低湿度环境;低湿度环境下滑板表面受到更严重的机械摩擦,其表面状态相比高湿度更差;在平均湿度较高的夏季适当增加升弓压力,在平均湿度较低的冬季适当降低列车行驶速度可以减少浸金属碳滑板磨损。

基于改进YOLOv8模型的弓网燃弧视觉检测

针对燃弧视觉检测中遮挡下目标尺寸过小的问题,设计了一种基于BiFormer注意力机制的非接触式弓网燃弧视觉检测算法,增强了识别燃弧小目标的表征学习能力。首先,基于目标检测,引入了经典目标检测算法YOLOv8,搭建了一种用于检测弓网燃弧的视觉检测平台;其次,为了提高计算效率,将BiFormer注意力机制引入到YOLOv8模型中,并将Focal-EIoU应用到损失函数中,以增强系统对燃弧小目标的检测能力,提升对燃弧特征的判别性能;最后,在不同地铁工况下对该方法的有效性进行了实验验证。

速度350 km/h高速铁路接触网设备服役性能试验研究

对某350 km/h速度等级高速铁路接触网几何参数动态性能、运营动车组受电弓静态压力和弓网燃弧性能进行长期跟踪测试,对比不同运营速度下弓网燃弧次数、弓网动态接触力,接触网动态抬升量、接触网零部件承受的载荷和滑板磨耗变化规律,对接触线磨耗进行分析,预测了接触线寿命,最后对接触网零部件进行试验台试验,检验了零部件使用寿命。通过以上试验和研究,比较充分地掌握了动车组350 km/h运营速度下接触网设备服役性能,为接触网设备养护维修提供了数据支撑。

高速铁路弓网离线在线识别及应对策略

电气化铁路车辆运行过程中,受电弓与接触网之间的短暂分离(即弓网离线)易引发过电流问题,产生安全隐患、影响铁路运营秩序。文章基于既有动车组牵引电传动系统,介绍其主电路结构及网侧整流器的控制方法,分析弓网离线对系统的影响,着重研究弓网离线后恢复接触时产生过电流问题的原因,提出弓网离线在线快速识别及应对策略。文章搭建了包含电弧模型的牵引电传动系统全数字实时仿真模型,首先通过与实测波形对比证明模型的准确性,然后基于该模型验证文中提出的弓网离线在线识别及应对策略。

弓网滑动电接触电磁热力耦合效应研究进展

为电力机车提供牵引动力的受电弓滑板与接触网导线是典型的滑动电接触摩擦副,二者在工作中存在电、磁、热、力多场耦合效应,复杂的多场耦合作用将影响弓网的受流质量和摩擦磨损性能,开展电气化铁路弓网接触多物理场耦合效应研究,对降低弓网运行维护成本,提高受电弓滑板和接触网导线使用寿命等具有重要意义。该文重点归纳总结了近些年来弓网系统在电、磁、热、力多场效应下的相关研究进展。结合列车实际运行工况,综述了弓网接触电阻、电弧、接触温度、电磁力和压力载荷等因素对弓网载流摩擦磨损性能的影响规律,针对多物理场作用下研究中存在的问题与不足,提出进一步研究和完善的意见。在此基础上,从提高弓网滑动电接触性能、保障列车安全稳定运行角度,采用弓网接触电阻、燃弧率及接触温度对电接触性能的评价进行阐述和探讨,以期对弓网电接触行为进行合理预测与评估,为进一步研究弓网滑动电接触多场耦合效应提供参考。

矿用架线电机车弓网电弧辐射电磁噪声特性

在电波暗室中开展模拟矿用架线电机车运行条件下弓网电弧辐射电磁噪声实验。统计分析弓网电弧电场噪声时域特性参数随回路电流、接触压力和滑动速度的变化规律。利用瞬时频率分析法,计算电场噪声峰值时刻的瞬时频率(IFPVM)及电场噪声持续时间内的瞬时频率均值(AIFDD)。电场噪声峰值和持续时间随回路电流增加而增大,上升时间和振荡周期受回路电流影响较小。峰值、上升时间、振荡周期和持续时间均随滑动速度增加而小幅度增加,受接触压力影响不大。电场噪声IFPVM主要分布在9~16MHz,电场噪声AIFDD主要分布在8~14MHz。

基于改进Inception网络及LightGBM的弓网电弧识别方法

针对弓网电弧识别方法对数据识别的单一性问题,提出一种基于改进多尺度卷积网络(GInception)结合LightGBM的弓网电弧识别方法。运用完整集合经验模态分解(CEEMDAN)和小波软阈值相结合的方法对原始信号进行降噪重构,将重构信号进行广播机制(Broadcasting)处理,变成多维信号后输入到GInception网络中进行特征提取,再将GInception网络提取的特征导入到轻量级梯度提升机中进行识别。研究结果表明:该识别方法在5组工况下弓网电弧识别的准确率达到96.3%。研究结论可为电车弓网电弧识别提供参考。

地铁车辆受电弓异常磨耗研究

弓网系统是城市轨道交通列车供电的中枢系统。较高的列车速度和复杂的列车运行环境会导致受电弓网系统产生剧烈的振动,从而引发高频燃弧和弓网异常磨耗现象。为了探究弓网异常磨耗的机理,文章以某地铁线路为例,研究了各运行指标与弓网异常磨耗关系及各指标间的联系。首先,通过阐述弓网运行状态指标定义及计算公式,提出弓网异常磨耗主要影响指标的选取。搭建某地铁数据采集系统,获取地铁线路运行实测数据;其次,统计分析新旧滑板在不同工况下各个指标分布的规律和变化趋势,研究了各个指标之间的相关性;最后,采用时空维度关联分析法,基于同一工况分析各个指标在空间与时间两个维度上存在的内在联系与差异。研究结果表明:滑板与接触线磨合初期,由于未形成光亮氧化层以致接触不够稳定,导致弓网接触燃弧率增加,从而使得弓网燃弧率上升,但指标间变化趋势并不明显。随着滑板运行至稳定磨耗期,受电弓离线率、燃弧和硬点异常率存在较大的相关性,当其中有一项指标发生异常时,总伴随其余指标发生异常。异常磨耗的发生常伴随有弓网运行指标的异常,可通过对运行参数的监控,完成对弓网异常磨耗的监测和预防,为研究弓网异常磨耗机理提供了一种有效方法。

雷击降弓过程中机车受流动态特性研究

针对雷击环境下重载列车降弓燃弧导致的行车安全问题,以实际牵引系统为参考,仿真建立雷电流与降弓运动环境下牵引系统弓网电弧综合模型。基于机车运行与电弧特性两个方面,研究宏观层面功率与高压侧整流侧电流的变化规律,同时分析了弓网电弧动态特性变化,评估雷击下降弓过程对时速73 km/h重载机车受流动态特性的影响。通过仿真对比得出,雷击降弓中的电弧使受电弓电源电压对电缆的寄生电容充电,由于机车高压端设备和受电弓的电感,影响了等效电路的振荡波动和过电压峰值;雷击降弓电弧存在滞后性;输入的雷电电流会引起牵引系统电感电容变化,也会改变电弧形成的等离子体的电容,从而增加电弧的储电能力和电弧电容对电压的敏感性。通过仿真为正确评估雷击环境下牵引系统特性研究提供理论数据,为提高牵引供电系统的安全运行奠定一定的技术基础。

高速铁路弓网离线过电压对车体电位的影响

基于现场采集的阻抗参数,建立高速铁路“网-车-轨”牵引供电系统等效电路模型,进而建立包含弓网电弧仿真模型的“网-车-轨”三位一体的牵引供电系统有限元模型,并通过与实测升弓过电压进行对比,验证有限元模型的可靠性;将由等效电路模型计算得到的电压激励加载在有限元模型上,调整列车运行速度和弓网离线时间,分析其对弓网电弧发展的影响,研究弓网中离线和大离线工况下的过电压特性和不同接地方式下的车体电位和磁场分布。结果表明:当列车运行速度较大且弓网离线时间大于200 ms时,易发生弓网完全离线,并产生较高车体过电压;车速为300 km·h^(-1)时,弓网离线导致的车体过电压达6.45 kV;车底主要区域对地电位高于2 kV,磁感应强度峰值为3.8 mT;通过增加3车保护接地数量,提高车体过电压的泄放能力,使车顶-轴端过电压降至5.47 kV,最大磁感应强度降至2.6 mT,车底区域磁场分布更加均匀,有效地抑制了车体过电压,改善了车载设备的电磁工作环境。

发射光谱法测量城轨弓网电弧等离子体温度

通过设计弓网电弧光谱实验,模拟DC 1500 V条件下的城轨弓网燃弧现象,利用光谱仪测量电弧光谱数据,选取电弧光谱中5条Cu I的分立线状特征谱线,采用玻尔兹曼图方法得到相同条件下6组电弧的平均温度为5962.20 K,符合电弧等离子体的温度特征.文中研究方法及结论对城轨弓网电弧温度的在线监测具有一定的指导意义.

地铁刚性接触网供电系统弓网状态在线检测装置

城市轨道交通弓网异常磨耗会增加接触网和列车的维护成本,影响城市轨道交通的正常运营。弓网状态在线检测装置通过采集受电弓、接触网的相关数据,经过非接触式测量、图像识别及人工智能算法可实现弓网状态的实时监测,能够及时发现和解决弓网问题。介绍了弓网状态在线检测装置的功能模块、弓网状态数据可视化分析和仪表板交互界面设计等内容。该装置基于收集到的燃弧、拉出值、碳滑板厚度等数据,以FineBI数据平台为分析工具进行数据整合和分析,并在交互界面以可视化方式展现分析结果。该检测装置可为监测把控弓网关系,尤其是监测燃弧点、燃弧区域的变化情况,为受电弓碳滑板检修、接触网拉出值检查及平推提供技术支撑。

考虑过渡函数的电气化铁路弓网离线电弧建模与验证分析

随着列车速度的提高,弓网离线电弧现象频繁发生,对列车的安全运行产生影响。因此有必要研究弓网电弧模型,分析其电气特性。在计及横向吹弧的Habedank电弧模型基础上,以电弧电流作为变量构建了过渡函数,较合理地实现了串联电弧模型的动态电阻分配。在MATLAB/Simulink仿真软件中,通过S-函数的编写实现了电弧模型的仿真,并将对得出的仿真波形与实验波形进行对比分析,验证了所搭建模型合理性。结果表明:列车速度增大,电弧电流不会随之增大,而是基本保持不变,但电弧电压却会随之增大,其中燃弧电压增大程度最大。

考虑空气对流换热的弓网电弧仿真研究

为了更精确地研究电弧的温度分布特性,提出一种考虑空气对流换热的弓网电弧放电模型。该模型基于磁流体动力学原理,添加对流换热项修正热平衡方程,通过COMSOL软件多物理场仿真得到了弓网电弧温度分布,并使用PG 2000型光谱仪通过Boltzman法验证了750 V下电弧中心5 mm处的温度,平台测量结果与模型计算结果基本一致,验证了模型的可靠性。研究结果表明:电弧柱区域内温度最高点出现在电弧柱中心距接触线表面1.42 mm处,并随着电压的提升高温区域不断向阴极扩散;空气流动速度的提升可以加快电弧的散热,避免其形成热集中区域碳滑板表面温度远高于接触线表面,其温度差为4160 K,表面温度随材料热导率的增大持续升高。

高速铁路弓网分离电弧高频有源干扰仿真分析

高速铁路弓网分离电弧是高速铁路产生的高频电磁干扰的重要来源之一,文章采用高斯脉冲和负指数脉冲对弓网电弧的电流波形进行模拟。考虑到弓网电弧电流峰值难以确定,采用归一化时域波形和归一化频谱进行分析,从而确定高速铁路弓网分离电弧产生电磁干扰的影响范围。仿真研究表明,不同形式电弧对应的电磁干扰的影响范围和电磁场衰减特性有很大不同。因此当需要确定弓网分离电弧电磁影响范围时,合理的电弧模型至关重要。文中给出2个脉冲类波形的电磁影响范围,对于其他类型的电弧模型,可以利用文中计算结果,采用卷积的方法获得相应的计算结果。

弓网燃弧检测方法及评价标准研讨

对弓网燃弧现象进行机理分析,总结不同检测方法优缺点,对比国内外现有弓网燃弧评价标准并分析了差异性;针对30%牵引电流的限制评价条件的影响因素进行了研讨,给出了我国弓网燃弧检测的典型应用案例,指出目前我国采用的标准不考虑牵引电流的影响更为科学、全面、合理。

苏州轨道交通5号线列车降弓拉弧问题分析

城市轨道交通线路弓网关系的稳定直接影响电客车的受流质量与设备安全。本文针对苏州轨道交通5号线列车库内静态调试过程中出现的一起降弓拉弧事件,通过建立数学模型,对电弧的伏安特性曲线与电弧能量进行了定性分析,为电客车降单弓不产生拉弧提供了理论依据。同时结合列车依次在降前、降后受电弓工况下辅助供电系统的运行逻辑,判断降后弓时的拉弧原因,并提出了有效的解决方案。