趙建
摘 要:為了彌補現(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 文獻標(biāo)志碼:A
鋼軌線路的斷裂故障是運營維護中危險等級較高的常發(fā)故障之一,如果列車運行在有裂紋的鋼軌線路上,將是旅客人身財產(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現(xiàn),這種方法無法實時監(jiān)測鋼軌狀態(tài),存在較大的風(fēng)險隱患。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)可以記錄下機車運行過程中軌道電路分路電流變化的實時信息。目前,這些信息已被引入補償電容、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;補償電容16個,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。選取斷裂點等效阻抗為Zb=0.5 ZB,斷裂點位置選取375 m、775 m和1 200 m進行仿真分析,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,補償電容的補償作用一定程度上“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個極小值點對應(yīng)補償電容的位置,證明在補償電容附近的補償效果最好。
(2)對于在鋼軌線路上存在斷裂點的情況,分路電流幅值包絡(luò)曲線呈現(xiàn)不同的變化情況,將斷裂點坐標(biāo)在仿真模型中任意點設(shè)置,仿真曲線上均會出現(xiàn)一個跳躍點,在數(shù)學(xué)模型中,這種類型的點被稱為突變點。通過核實,任一曲線上的突變點與仿真時設(shè)置的斷裂點是一致的。從接收端到突變點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償電容的電容補償作用;而斷裂點后的分路電路幅值曲線略有增大,這是由于瞬時的電壓突變引起的,但該段曲線仍然呈波浪式遞增,這說明鋼軌斷裂點之后的曲線已基本不受其影響。
綜上所述,鋼軌斷裂點和分路電流幅值包絡(luò)曲線的突變點存在唯一對應(yīng)的相互關(guān)系。在實際中,可以利用這種相互關(guān)系實現(xiàn)對鋼軌斷裂的檢測。
3 鋼軌斷裂故障檢測方法
在實際使用中,Vg(t,x)數(shù)據(jù)容易獲得,且時效性更好,直接將這一數(shù)據(jù)提取出來進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,具有很強的實用性。
可將一定周期內(nèi)的Vg(t,x)數(shù)據(jù)進行采樣和去噪,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,對于疑似故障重新輸入診斷模塊,進行二次分析,并與正常狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進行對比,確定鋼軌斷裂點的具體位置,并進行預(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,然后對不同斷裂點位置下的機車分路電流進行了分析,結(jié)果表明斷裂點的位置和分路電流的突變點位置相互對應(yīng),利用這一特性,該文提出可利用機車感應(yīng)電壓幅值包絡(luò)數(shù)據(jù)進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,可以提高檢測的時效性,為運營維護提供方便。
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