新型鋼軌斷裂檢測方案研究

趙建

摘 要：為了彌補(bǔ)現(xiàn)有斷軌檢測方案的不足，該文建立了軌道電路斷裂態(tài)的仿真模型，通過分析軌道電路斷裂態(tài)下分路電流幅值的變化規(guī)律，提出一種以機(jī)車感應(yīng)電壓數(shù)據(jù)為依據(jù)的鋼軌斷裂檢測方案，為鋼軌斷裂檢測問題提供了新的解決思路。

關(guān)鍵詞：軌道電路；斷裂檢測；分路電流

中圖分類號：U284.23 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

鋼軌線路的斷裂故障是運(yùn)營維護(hù)中危險(xiǎn)等級較高的常發(fā)故障之一，如果列車運(yùn)行在有裂紋的鋼軌線路上，將是旅客人身財(cái)產(chǎn)安全的重大隱患。目前，斷軌檢測主要依靠鋼軌檢測車的周期性巡檢實(shí)現(xiàn)，這種方法無法實(shí)時(shí)監(jiān)測鋼軌狀態(tài)，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)隱患。另外一種較為常見的檢測方式是采用無絕緣軌道電路，但其對道床環(huán)境的要求較為苛刻，這使它對斷軌檢測的誤報(bào)率較高，同樣無法可靠預(yù)警斷軌事故的發(fā)生。

軌道電路讀取器（Track Circuit Reader）可以記錄下機(jī)車運(yùn)行過程中軌道電路分路電流變化的實(shí)時(shí)信息。目前，這些信息已被引入補(bǔ)償電容、調(diào)諧區(qū)設(shè)備等的故障診斷研究，并取得了良好的實(shí)用效果。因此，該文首先分析了鋼軌斷裂對分路電流的影響，并提出可以利用TCR數(shù)據(jù)進(jìn)行鋼軌斷裂故障診斷的新方案。

1 軌道電路斷裂態(tài)建模

2 仿真分析

設(shè)置參數(shù)如下：總長度為1 600 m，補(bǔ)償間距為100 m，載頻為2 000 Hz，電壓值為|Us（t） |；分路電阻Rf=0.15 Ω；補(bǔ)償電容16個(gè)，容值均為50μF。公式中的相關(guān)參數(shù)取值為：Zg=14.75∠82.3°Ω/km，Rd=1.0Ω·km，E=1，P=9。選取斷裂點(diǎn)等效阻抗為Zb=0.5 ZB，斷裂點(diǎn)位置選取375 m、775 m和1 200 m進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果如圖1所示。

（1）正常狀態(tài)下，分路電流的幅值從接收端向發(fā)送端呈波浪式增長，這是由于離發(fā)送端越近，分路電流幅值的衰耗越少，電流幅值越大；而一段鋼軌線路的特性阻抗呈感性，補(bǔ)償電容的補(bǔ)償作用一定程度上“中和”了鋼軌線路上的感抗，這種作用使分路電流幅值呈波浪形式，2個(gè)極小值點(diǎn)對應(yīng)補(bǔ)償電容的位置，證明在補(bǔ)償電容附近的補(bǔ)償效果最好。

（2）對于在鋼軌線路上存在斷裂點(diǎn)的情況，分路電流幅值包絡(luò)曲線呈現(xiàn)不同的變化情況，將斷裂點(diǎn)坐標(biāo)在仿真模型中任意點(diǎn)設(shè)置，仿真曲線上均會出現(xiàn)一個(gè)跳躍點(diǎn)，在數(shù)學(xué)模型中，這種類型的點(diǎn)被稱為突變點(diǎn)。通過核實(shí)，任一曲線上的突變點(diǎn)與仿真時(shí)設(shè)置的斷裂點(diǎn)是一致的。從接收端到突變點(diǎn)的分路電流曲線不再呈明顯的波浪式遞增，這說明鋼軌斷裂破壞了補(bǔ)償電容的電容補(bǔ)償作用；而斷裂點(diǎn)后的分路電路幅值曲線略有增大，這是由于瞬時(shí)的電壓突變引起的，但該段曲線仍然呈波浪式遞增，這說明鋼軌斷裂點(diǎn)之后的曲線已基本不受其影響。

綜上所述，鋼軌斷裂點(diǎn)和分路電流幅值包絡(luò)曲線的突變點(diǎn)存在唯一對應(yīng)的相互關(guān)系。在實(shí)際中，可以利用這種相互關(guān)系實(shí)現(xiàn)對鋼軌斷裂的檢測。

3 鋼軌斷裂故障檢測方法

在實(shí)際使用中，Vg（t，x）數(shù)據(jù)容易獲得，且時(shí)效性更好，直接將這一數(shù)據(jù)提取出來進(jìn)行鋼軌斷裂的檢測可以避免加裝其他輔助設(shè)備，又可以多次提取和重復(fù)診斷，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

可將一定周期內(nèi)的Vg（t，x）數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和去噪，然后輸入數(shù)據(jù)診斷模塊中，通過分析得出可能的故障點(diǎn)，對于疑似故障重新輸入診斷模塊，進(jìn)行二次分析，并與正常狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，確定鋼軌斷裂點(diǎn)的具體位置，并進(jìn)行預(yù)警。

4 結(jié)論

該文首先建立了無絕緣軌道電路的斷裂態(tài)分析模型，然后對不同斷裂點(diǎn)位置下的機(jī)車分路電流進(jìn)行了分析，結(jié)果表明斷裂點(diǎn)的位置和分路電流的突變點(diǎn)位置相互對應(yīng)，利用這一特性，該文提出可利用機(jī)車感應(yīng)電壓幅值包絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行鋼軌斷裂故障的檢測。該文提出的方法為鋼軌斷裂檢測提供新的思路，可以提高檢測的時(shí)效性，為運(yùn)營維護(hù)提供方便。

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