Pantograph-catenary are test apparatus for high-speed railway

With the continuous increase of train speed,undulations of catenary and vibrations of the pantograph head result in generating pantograph- catenary arc frequently,intensifying the abrasion between pantograph strip and catenary wire,which has seriously influenced the current collection and safety of electric multi units(EMU). It is necessary to study the pantographcatenary arc in immediately. Some researchers develop a few pantograph- catenary arc testing equipment,which couldn’t really reflect the operating condition of pantograph-catenary system. In this paper,the pantograph-catenary arc test apparatus was developed,which simulated the flexible and straight contact of pantograph strip and catenary wire,based on the coupling relationship between pantograph and catenary. The equipment was used to research the electrical parameters of the pantograph-catenary arc and the dynamic contact resistance.

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。

弓网系统燃弧检测技术及评价方法研究概述

受电弓-接触网系统是电气化铁路的重要组成部分,也是电气化列车获取电能的唯一途径。弓网燃弧作为弓网系统受流质量评价的重要指标,有着检测便捷、评估直观的优势,由此衍生出多种燃弧检测方法。针对当前的不同燃弧检测方法,将其归纳为直接检测与间接检测2类。直接检测主要指基于电流、电压等电气参数的燃弧直接测量,间接检测主要包含基于声学、光学和电磁辐射等特性的远距离测量。针对以上的不同检测方法,详细论述了其应用场景、检测基本原理及相应的评判方法。在此基础上,综合分析了不同检测方法的优劣,并结合燃弧检测的相关标准,讨论了标准中有待改进和完善的地方以及燃弧检测后续研究的主要方向与发展趋势。

基于目标检测和三维重建的弓网燃弧检测方法

[目的]为提高弓网燃弧检测准确率,针对背景噪声和亮度变化的鲁棒性较弱,以及受到隧道光源、日光、接触线反光及其他异物干扰等问题,提出了一种基于目标检测和三维重建的弓网燃弧检测方法。[方法]首先,采用双目相机的图像获取模块对受电弓和接触网进行拍摄,获取微秒级实时同步的两幅受电弓与接触网图像;其次,将经过预处理后的图像送入第一检测模块,即进行受电弓与接触网的接触区域以及受电弓与接触网接触点的目标检测;再次,将图像送入燃弧第二检测模块,实现双目图像中的燃弧目标检测;最后,对检测出双目图像中的燃弧进行三维重建,得到燃弧空间三维坐标,用于计算燃弧和受电弓与接触网的接触点的距离,并根据距离滤除错误结果。通过构建YOLOv5-3DR算法模型,对所研制双目立体视觉模块进行试验验证。[结果及结论]所提出的检测方法对复杂应用场景有更好的适应力,能够精准识别燃弧。采用所提出的方法能够极大提高弓网燃弧检测准确率。

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。

干扰风作用下弓网电弧稳定性及影响因素研究

弓网受流是高速列车获取电能的唯一途径。随着电气化铁路运营速度的不断提升,受电弓与接触网间电气与机械的耦合损伤加剧,限制了列车速度的进一步提升。电弧具有优异的导电性、导热性,利用电弧作为中间媒介进行大功率能量传输具有可行性,电弧传能技术具有广阔的发展前景。实际应用过程中,弓网电弧处于开放大气环境,干扰气流无法避免,电弧稳定性下降,成为电弧传能技术应用的关键难点。搭建弓网电弧实验平台,系统研究干扰风作用下的电弧稳定性及其影响因素。研究发现:随着电压的提升,纯碳材料电子发射方式由热发射向热场致协同发射转变,电弧维持能力由非线性增长向线性增长转变;电弧电流的增大可显著提高电弧维持能力,但也使得电弧电压波动范围减小;不同间隙、不同电流大小条件下,电弧运动模式存在“弧根随机跳跃型-弧根规则跳跃型-钟罩型”的转变。研究结果可丰富特殊环境下的空气电弧理论,并为未来高速铁路的柔性电弧传能技术奠定基础。

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。

高速铁路接触网弓网受流参数分析与整治

接触网设备的稳定性和可靠性,是高速铁路动车组高效、安全运行的重要保障。针对高速铁路接触网高速运行检测中的弓网接触力、燃弧等弓网受流参数缺陷进行分析,并结合现场实际,提出相关整治方案。对于弓网接触力缺陷,提出锚段关节内整治、张力不匹配整治等方案;对于燃弧缺陷,提出单点燃弧整治、整锚段燃弧整治等方案,为接触网维修相关整治提出了合理建议。现场实际情况表明,以上整治方案效果良好,可确保供电设备安全稳定运行。

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。

基于改进FasterRCNN的受电弓监控视频弓网燃弧检测研究

高速列车弓网系统的稳定运行对于列车电力输送有着十分重要的意义。为提高弓网系统燃弧检测的准确性,探究了一种基于改进FasterRCNN的受电弓监控视频弓网燃弧检测方法,用于提取受电弓视频中的燃弧区域;同时,融合了VGG16网络,以改善图像分类与定位的性能。在仿真测试中,模型成功检测386张,误检5张(其中被误检为无燃弧情况的2张),漏检12张。由仿真实验结果可知,检测准确率为99.2%,查准率为99.2%,查全率为99.5%,证明了所提算法的有效性,具备一定的实际应用价值。

弓网电弧模型及其电气特性的研究进展

为防止弓网电弧侵蚀受电弓和接触网,避免其对机车设备和环境的电气干扰,保证机车可靠受流,针对电气化铁路及城市轨道交通的弓网电弧问题,从电气特性角度进行研究进展综述。首先,讨论弓网电弧的产生机理,归纳电弧的各种数学模型和弓网电弧特点。同时,从高速铁路弓网电弧的电气特性入手介绍当前国内外弓网电弧的电气侵蚀、电弧能量、电气干扰和电弧检测的最新研究进展。最后从电气特性角度,指出弓网电弧研究存在的问题和未来发展趋势。

非接触式弓网图像检测技术研究综述

非接触式图像检测以其行车干扰小、通用性好、便于安装使用等优点在弓网综合检测车、定点弓网检测设备、移动式弓网检测设备及手持式弓网检测设备中获得越来越广泛的应用。在总结国内外近年来最新弓网检测设备研究的基础上,从弓网非接触式检测设备、弓网图像智能识别算法等方面出发,研究非接触式图像检测在弓网参数识别、弓网故障检测等方面的最新进展;分析现有弓网图像识别研究中的不足;针对弓网图像检测识别存在的问题提出一些可行思路;对弓网检测设备未来研究工作提出建议。

弓网电弧形态特性试验研究

高速铁路弓网振动加剧,离线频发,电弧频繁发生,使得弓网电弧成为弓网关系研究的关键问题。鉴于此,基于弓网电弧试验系统,利用高速摄像机采集弓网电弧形貌,对电弧图像进行灰度等值曲线分析并与现场实测电弧图像进行对比。同时分析了燃弧的动态变化过程,以面积和周长对电弧的形态进行表征,分析了电弧电流对电弧形态特性的影响。研究结果表明:弓网电弧形貌呈椭圆形,在两极附近有聚集收缩现象,电弧图像灰度值可近似描述温度分布。对电弧形态的动态变化实现了量化,电弧面积与电弧周长均随电流的增大而增大,电流为120 A时,电弧面积与周长的最大值分别可达到56 244和1 258。

高速电气化铁路中的弓网电弧现象研究综述

高速电气化铁路弓网系统中的电弧已经成为制约我国高速铁路发展的技术瓶颈。笔者论述了电弧对接触导线、受电弓滑板、通讯信号、无线电信号和供电质量等的危害,从电弧产生的机理和特征、电弧模型、电弧能量、电弧侵蚀和载流摩擦磨损方面综述了相关电弧问题的研究现状,为深入开展弓网电弧现象、机理及抑制措施的研究打下了基础。

高速气流场下列车弓网电弧动态模型

随着弓网离线率和离线程度的增加,弓网离线电弧现象频繁发生,而弓网离线电弧对受电弓滑板、接触网导线、供电质量、通讯信号和无线电信号的影响严重危害了列车运行安全。因此基于横向吹弧和纵向吹弧理论,研究了高速气流场对弓网电弧耗散功率的影响。考虑弓网电弧的弧柱拉伸、压缩以及强气流吹弧的能量交换,得到弓网电弧在起弧阶段中,电弧单位长度的耗散功率P与车速vc之间为一次函数关系,且弓网电弧在燃弧阶段中,两者为近似一次函数关系。根据能量平衡理论,运用Matlab/Simulink仿真软件,建立了弓网电弧的动态模型,并对比分析了弓网电弧仿真波形与实验波形。结果表明:第1个燃弧周期内起弧电压峰值约为35 V,第2个燃弧周期内起弧电压峰值约为30 V,且起弧阶段均有小燃弧过程;仿真波形与实测波形在整体趋势上较一致,验证了弓网电弧动态模型搭建的合理性。分析结果为研究弓网电弧特性提供了理论基础。

高速铁路中受电弓升弓过程弓网电弧电气特性

弓网电弧电气参数是高速铁路中弓网系统电接触特性的重要表征参量。为此,基于弓网电弧试验系统,研究了高速铁路中弓网电弧的伏安特性,分析了升弓过程中燃弧尖峰电压、燃弧时间和稳定燃弧电压的变化规律。测试了升弓过程中电弧电压,分析了其发展规律,利用气体电介质击穿理论和流注理论分析了弓网间隙击穿电压。对升弓过程中燃弧尖峰电压随弓网间隙距离的变化规律进行了曲线拟合。最后,研究了电流对电弧电压特性的影响。试验结果表明:弓网电弧伏安特性关于原点非对称;在受电弓连续升弓过程中,燃弧时间先增大后减小,燃弧尖峰电压与弓网间隙距离满足指数关系,拟合优度系数R>0.97;电弧稳定燃弧电压随电流的增大而略有减小;燃弧尖峰电压变化斜率随电流的增大而增大。研究结果可为分析实际运行条件下的弓网电弧提供参考。

高速列车静态升降弓电弧的磁流体动力学仿真研究

为了分析列车在站内起动和进站制动时弓网系统接触面材料的电气磨损情况,对弓网系统静态升降弓过程所产生的弓网电弧特性开展了研究。基于磁流体动力学理论,建立了弓网电弧等离子体有限元分析模型,利用有限元仿真软件计算了电弧的动力学方程和电磁学方程,得出了在不同间隙距离下的电弧温度场分布情况和不同接触线廓型情况下的接触线温度场分布情况。并通过仿真结果与试验结果对比验证了仿真模型的正确性。研究结果表明,随着弓网间隙的不断减小,靠近接触网导线处的电弧弧柱半径增大,接触线表面最高温度从1 872 K下降为956 K,受电弓滑板表面的最高温度由5 400 K下降为3 590 K;且在一定弓网间隙情况下,接触线表面最高温度较滑板表面最高温度低。同时,当接触线廓型半径由8 mm增加至15 mm,接触线表面最高温度有一定程度的降低。分析仿真结果可得,列车静态升降弓时,不同弓网间隙情况下的电弧温度场分布不同,但滑板表面材料的电气磨损均较接触线严重。此外,通过适当增大接触网导线廓形半径可降低接触线表面的电气磨损。

弓网电弧对牵引传动系统电气特性的影响

随着列车运行速度的提高,弓网离线及离线电弧的发生率大幅上升,对牵引传动系统电气特性的影响日益显著,因此有必要研究弓网电弧对牵引传动系统电气特性的影响。为此,考虑了离线电弧的演化过程,建立了牵引传动系统仿真模型;研究了不同弓网离线时间下弓网离线对牵引传动系统电压特性的影响,并分析了离线过程中不同阶段的电压谐波情况。研究结果表明：弓网离线时间较长且在电弧熄灭的情况下,弓网离线对牵引传动系统电气特性的影响最严重;从电压方面来看,弓网离线时间为300 ms的工况下,熄弧后车载变压器高压侧出现的过电压值为47.5 k V,牵引变流器直流侧电压快速降为零,在离线恢复时产生的过电压值可达到6.4 k V,会对其中的电力电子器件产生严重冲击;从波形畸变程度来看,车载变压器高压侧电压的总谐波畸变率（total harmonic distortion,简称为THD,符号为λTHD）随着时间的延长而增大,畸变的电压输入牵引变流器,增加了其控制难度,恶化了变流质量。综上所述,弓网离线时间越长,弓网离线对牵引传动系统交直流侧电压的影响就越大,进而威胁到牵引传动系统电气设备的安全稳定运行。

弓网电弧等离子体光谱特性实验

弓网电弧等离子体具有高温度、高能量的特点,对高速铁路弓网电接触的性能造成了威胁。基于弓网电弧模拟实验平台,利用光谱诊断法对弓网电弧等离子体进行研究。对辐射的主要特征谱线进行标识和归属,并计算弓网电弧等离子体的激发温度、转动温度、振动温度和电子密度。此外,还研究了电源输出电流对激发温度和电子密度的影响。实验结果表明,弓网电弧等离子体对接触网铜导线和浸金属碳滑板强烈的烧蚀作用会产生丰富的铜原子谱线、铁原子谱线和CN B2∑+→X2∑+谱线。同时,基于Boltzmann斜线法,发现了弓网电弧等离子体激发温度随电流的增加而增加。通过拟合电弧等离子体中CN B2∑+→X2∑+谱线,可知在30A电流条件下,弓网电弧等离子体的转动温度和振动温度分别达到6 800K和9 000K。最后,讨论了特征谱线的展宽机制,并利用Cu I 521.82nm谱线,探讨了弓网电弧等离子体的电子密度随电流的增加而上升的情况。

弓网电弧磁流体动力学模型

弓网电弧在接触面上产生的瞬时高温是造成接触面材料烧蚀的主要原因。研究弓网电弧的温度分布特征,有助于改进接触面材料,增强其耐电弧侵蚀能力,进而提高弓网系统服役性能。本文基于磁流体动力学(MHD)理论,考虑电弧的物理参数以及电磁、热和辐射等现象,建立弓网电弧数学模型。通过对流体力学计算软件FLUENT进行二次开发,计算了静态弓网电弧弧柱区域和两极板表面的温度分布。结果表明:电弧极板表面温度低于电弧弧柱温度,受电弓滑板表面温度高于接触网导线表面温度;提高滑板材料的热导率能够有效降低电弧发生时受电弓滑板表面的温度。