弓网离线电弧辐射电场噪声研究

针对弓网离线电弧辐射电场噪声特性问题,利用弓网电弧电磁噪声实验平台开展了不同条件下的弓网离线实验,分析了弓网离线电弧电场噪声的幅频特性与接触压力和回路电流之间的作用关系.研究表明:弓网离线电弧辐射电磁噪声主要集中在30~500 MHz频段.随着接触压力的增大,弓网离线电弧辐射电磁噪声的幅值先减小后增大;随着回路电流的增大,电磁噪声幅值增大.     

弓网离线模拟试验平台的设计

受流问题是制约电气化铁路提速的瓶颈之一,而弓网离线电弧是高速列车受流的关键问题.为了全面的把握弓网离线状态,设计了弓网离线模拟试验平台.实现正弦周期内不同时刻离线及回合过程的电弧放电现象,并采用示波器和数据采集卡实现对离合瞬间电压、电流和光强等波形的同步记录,为弓网离线检测法和列车受流质量的研究及抑制电弧危害打下基础.     

高速动车组车速对弓网离线电弧放电的影响

高速动车组列车运行时的车体振动使得受电弓和接触线之间产生电弧放电,从而产生电磁骚扰,研究由弓网离线电弧放电形成电磁骚扰的特征,为评估电磁骚扰对动车组安全的影响提供依据.本文针对动车组极高的运行速度与高速接触网系统振动方程导出弓网的离线概率、弓网接触力和接触线动态抬升量与速度的关系;建立了弓网电弧放电模型,对弓网电弧离线放电的电磁骚扰进行仿真;最后,分析了不同车速条件下,弓网离线电弧放电电磁骚扰发生的频率、大小的变化趋势.     

速度和压力对弓网电弧传导噪声影响

针对电气化列车运行过程中,接触网与受电弓之间发生离线引起的电磁干扰问题.利用一套弓网电弧电磁噪声实验系统,在不同压力、速度和电流条件下,开展了64组弓网电弧传导噪声实验.本实验系统由电波暗室、弓网电弧产生装置和弓网电弧检测系统组成,能够实现对接触电压、接触电流、接触温度和接触压力进行采集.实验结果表明,当接触电流和滑动速度一定时,随着压力的增加,电流信号中的断流率减小,直流分量上升;当接触电流和接触压力一定时,随着滑动速度的增加,断流率增加,直流分量下降.     

井下直流电机车弓网电弧识别方法

为获得煤矿井下电机车运行过程中产生的直流弓网电弧的检测方法,开展了不同工况条件下的直流弓网电弧实验,对电流信号进行了混沌特性分析,通过相空间重构获得电弧电流混沌特性序列,使用流形学习降维实现混沌特性的可视化,利用降维后序列作为直流弓网电弧识别特征,并采用极限学习机对直流弓网电弧进行识别.结果表明:该方法能够有效识别直流电机车弓网电弧.     

基于弓网电弧模拟试验装置的电弧参数测量及分析

电气化高速铁路弓网相互作用是实现机车受流的关键环节,弓网电弧是评价弓网关系的重要特征.本文设计了一套弓网电弧模拟发生装置,该装置通过旋转轮盘与碳刷相对运动,产生旋转电弧,能够模拟受电弓与接触网的相对运动.系统试验最高电压100 V,电弧电流20 A,试验测试了静态电弧和动态电弧对系统的电压和电流的影响,并采用LABVIEW软件对其进行了谐波分析.谐波成分集中在500 Hz以下,且含有不规则间谐波.     

弓网电弧检测系统弧光采集部分参数设计

合理地设计弓网电弧检测系统弧光采集部分参数有利于最大程度地收集特定波段日盲紫外光信号,从而提高城市轨道交通弓网电弧检测系统的精度.针对弧光采集系统与弓网接触点距离为3m,4 m,5 m 3种物距方案进行了光学参数设计,估算了直径为2.5 mm光纤束在3种物距方案下能够采集到的相对光子数,并在MATLAB环境下对每种物距方案的像点尺寸进行了仿真.仿真结果表明,3种物距方案下,物面上任一点所成的像点直径均小于光纤束端面尺寸,因此可认为该系统在光纤耦合过程中几乎不产生光信号损失.所设计的弧光采集系统参数能够满足城轨弓网电弧检测系统紫外光信号的采集要求.     

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 1 500 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5 962.20 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.     

电力机车弓网系统离线电弧特性检测仿真

为深入研究弓网电弧的形成机理和抑制方法,建立电波暗室,并设计了一套弓网电弧电磁辐射噪声干扰实验系统,进行大量的实验研究,并利用希尔伯特-黄变换(HHT)对实验测得的弓网电弧电流波形进行了时频分析.结果表明:电弧电流有丰富的间谐波出现,并且频率集中在0~500 Hz,随着牵引电流的变化,其幅值和频率均出现不同的变化.弓网电弧辐射噪声的频率与幅值也随着牵引电流变化表现出不同状态。研究结论用非平稳信号的分析方法,更好的分析电弧的变化特性.     

积分法确定城轨弓网电弧检测系统特征光波段

特征光波段的选择是否合理直接关乎日盲紫外法城轨弓网电弧检测系统检测结果的准确性.为了确定合理的检测特征波段,本文拟通过实验方法还原弓网电弧,搭建实验电路,模拟现场弓网电弧发生的过程,并利用光谱仪记录了6次电弧的完整光谱数据.实验结果表明,虽然每次发生电弧时受电弓碳滑板与接触线距离与接近速度的影响,但电弧光谱分布基本相似,产生波峰的位置也基本相同.在日盲区范围内,240～260 nm和275～285 nm波段分别出现明显波峰.应用积分法分别求取电弧全波段、日盲区波段及以上两波峰段的辐射强度相对值,结果表明,日盲区及两波峰段的辐射强度积分值均随电弧的减弱而线性降低.相比之下,275～285 nm波段的辐射强度积分值较240～260 nm在日盲区的占比稳定,因此确定275～285 nm波段为日盲紫外法城轨弓网电弧检测系统的最佳特征波段.     

降雨环境下弓网电场噪声时域特性分析

为研究降雨环境对弓网电弧辐射电场噪声特性的影响,利用弓网电弧电磁噪声实验系统,在电波暗室中开展降雨环境下的弓网电弧电场噪声实验.统计分析降雨环境下弓网电弧电场噪声的时域特性,获得了弓网电弧电场噪声时域波形的峰值、上升时间、振荡周期及持续时间等特性参数随降雨量、接触压力及滑动速度的变化规律,研究降雨环境下的弓网电弧电气特性及其与电场噪声特性规律之间的关系.结果表明:弓网电弧电场噪声强度随降雨量的增加而增强,在降雨环境下电场噪声强度随滑动速度的增加而减弱;与正常环境相比,降雨环境下的电场噪声波形的幅值更大、衰减更快.降雨会使电弧的燃弧时间缩短,零休时间增加,进而导致燃弧尖峰增大.     

电弧对弓网系统接触线温度的影响

为研究电弧位置及能量对弓网系统接触线温度的影响,利用COMSOLMultiphysics软件建立了弓网系统摩擦副温度场仿真模型,通过实验验证了模型的有效性.利用弓网电弧实验数据对高速、强电流条件下的电弧能量进行预测,并将预测结果应用到温度场仿真计算.研究结果表明:电弧能量及位置不同,对接触面温升影响很大.电弧位置对温度的影响有时大于电弧能量对温度的影响.淋雨环境下电弧燃弧时间短,燃弧个数更多,导致接触线最高温度比无雨时大,对接触面侵蚀更严重.     

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。     

弓网电弧电场噪声特性影响因素

为揭示工况参数对弓网电弧电场噪声特性的作用规律,利用自行研制的弓网电弧电磁噪声实验系统,采用单因素实验法,改变供电电压、回路电流、功率因数、运行速度、接触压力等实验条件,开展了91组弓网电弧辐射电场噪声实验.在30~60 MHz频段内,弓网电弧电场噪声幅值较大,高于背景噪声及其它频段电场噪声.31~44 MHz频带内的电场噪声超过限值,会严重影响调频收发信机的正常工作.提高供电电压,电场噪声的等效场强呈现增大趋势;列车感性负载越少,功率因数越接近1,则电场噪声越小.     

基于磁流变阻尼器的高速受电弓模糊半主动控制

弓网振动性能良好是列车高速运行的重要前提,为提升弓网振动性能,降低弓网噪声及磨损,研究了磁流变阻尼器(magneto-rheological damper, MRD)半主动控制受电弓机理。构建弓网MRD半主动控制动力学模型,设计模糊控制策略参数,使用SIMULINK软件建立MRD半主动弓网仿真系统,对被动控制和模糊半主动控制下的弓网振动特性进行仿真分析。研究表明:基于MRD的模糊半主动控制对改善弓网受流性能有良好效果,在350 km/h工况下,弓网接触压力波动幅度降低达20%,最大值减低达20%,最小值提升达80%;离线率降至0。由于MRD半主动控制消耗外界能源极少、控制过程鲁棒性高、控制效果优良,其必将成为高速工况下改善弓网作用关系的重要手段。     

弓网回路电流间谐波特性的实验研究

为研究周期性波动载荷条件下弓网回路电流的间谐波特性,开展了大量的弓网系统受流实验,分析了静态接触压力、滑动速度、接触电流对回路电流间谐波特性的影响.接触电阻波动和离线电弧/火花是产生回路电流间谐波的主要原因.该间谐波主要分布在0~100 Hz,以特定的频率间隔、以基波50 Hz为中心左右对称分布.间谐波的频率间隔与静态接触压力、接触电流无关,随滑动速度的增加近似线性增加.间谐波幅值随静态接触压力的增加先减小后增大、随接触电流的增加而增大.对于深入研究弓网系统的受流特性具有借鉴意义.     

浅析电气化铁路弓网离线危害及防范措施

接触线与受电弓之间的可靠接触,是保证电力机车良好取流的重要条件,也是评价接触网受流性能的重要指标之一.针对弓网间发生离线现象引发的电弧烧损接触线、受电弓滑板及电弧引发牵引变电所跳闸现象进行了理论阐述和原因分析,并提出了有针对性的对策.     

浅析高速铁路的弓-网受流技术

影响电气化铁路列车运行速度的一项主要技术指标是弓-网间的受流质量,受流质量主要受列车在高速运行下的弓-网振动影响,振动过大则造成受电弓离线及受电弓损伤,或接触网断线,因而造成事故.因此,对弓网受流技术的研究是很必要的.     

高速受电弓-接触网系统动态受流性能的仿真分析

采用了MSC-MARC软件对受电弓-接触网系统的动态受流性能进行了仿真,分别建立了接触网和受电弓两个子系统的有限元模型,通过接触实现了两个子系统的耦合,进行弓网的动态分析.通过仿真,将低速下得到的结果与国外的结果相比较,验证了软件分析结果的正确性.针对高速铁路一种受电弓-接触网的设计参数,对弓网之间的相互作用进行了分析,得到了高速下接触网的动态抬升量,接触压力和离线率,通过参数的调整保证弓网可靠作用达到良好的受流.对高速受电弓与接触网的相互作用进行了大量的仿真并对结果进行分析,为进一步研究高速下受电弓与接触网不同参数的配合奠定了基础.     

电气化弓网离线电弧对GSM-R的电磁噪声分析

本文主要讨论GSM-R数字移通信系统的电磁干扰和电磁兼容问题,分析了电气化弓网离线噪声,以及此类噪声对GSM-R无线通信的影响,为降低此类噪声对GSM-R的影响做了有意义的工作。