构建电气化铁路接触网防灾安全技术体系

分析铁路沿线地震、雷电、大风、冰雪及隧道火灾等对接触网运行安全的影响,列举近几年灾害引起接触网故障的典型实例,从提高接触网支柱基础稳定性和耐久性、结构机械强度和稳定性、电气绝缘安全性等方面着手,提出接触网抗震、防雷、防风、融冰及隧道防火等成套防定技术以及进一步完善铁路防灾安全监控系统、研究接触网视频监控系统的建议,在此基础上构建高速铁路和普速铁路接触网防灾安全技术体系,为我国高速铁路或长大干线铁路接触网防灾设计提供参考.     

兰新线嘉乌段接触网设计风速探讨

本文主要阐述了改建铁路兰新线嘉峪关至乌鲁木齐西段百里风区内的接触网设计风速及接触网结构校验等效风速的确定;提出了在接触网设计过程中,根据具体的分析来确定何时采用风偏设计风速,何时采用结构校验等效风速,在设计中二者不能等同;通过对当地气象资料的分析,确定在风灾害地区结构设计风速的取值;另一方面分析了风效应的影响程度,从静力学及动力学角度分析,在现实工程设计中如何考虑横向风振即脉动风对接触网的影响。     

脉动风下高速铁路接触网抖振对弓网受流性能的影响

接触网系统在短周期脉动风的作用下,会发生抖振现象,从而引起弓网受流的恶化。本文考虑作用在接触网上的水平与竖直脉动风和静风载荷,推导作用在接触网系统上的抖振力模型;采用Davenport谱和Panosfsky谱,运用谐波合成法分别模拟水平和竖直方向上的脉动风时程;利用有限元分析软件MSC-MARC建立弓网耦合模型,将抖振力施加到接触网模型中,分析接触网在脉动风下的风振响应,对脉动风作用下的弓网系统进行动态仿真,研究脉动风下接触网抖振对弓网动态受流性能的影响。研究结果表明:脉动风引起的接触网抖振对弓网受流影响很大,在研究接触网风振响应和弓网动态特性时,应综合考虑静风载荷和脉动风载荷的影响;脉动风攻角的变化对弓网受流影响明显,风攻角是研究风载荷下弓网受流性能时不可忽视的因素。     

基于蒙特卡洛法的大风区接触网系统可靠性分析

为分析大风区接触网系统可靠性,本文将一种应用于电力系统可靠性的分析方法—蒙特卡洛法应用到高速铁路接触网系统可靠性分析中。根据接触网特性对接触网系统进行可靠性建模,并根据甘肃酒泉风塔所测相关数据,利用两参数Weibull分布模拟出西北地区风速分布。结合某段电气化铁路接触网的特性,运用Matlab对融合了风因素的接触网可靠性进行了蒙特卡洛算法编程,并绘制了相应的可靠性曲线。结果表明：蒙特卡洛法适用于接触网可靠性研究,且在融合了风因素后接触网可靠性下降,其研究得出的可靠度更接近于实际情况。     

隧道结构内列车风荷载下接触网系统的风致振动响应

以高速铁路隧道内接触网为研究对象,建立列车-隧道结构-接触网系统-空气的流固耦合计算模型,分析高速铁路隧道内列车风荷载下接触网系统的振动响应特性。研究结果表明:列车风荷载作用下接触网系统振型主要表现为,以沿着隧道纵向的前后摆动为主,左右摆动和扭转为辅;接触网系统的动位移和加速度的振动时间与振幅均与列车风相一致,即在列车风出现时接触网开始出现振动,车头达到时风速开始加大,振动位移、速度和加速度同步增大,在车尾经过时达到最大值,各方向分量的振动幅度大小顺序为:纵向分量横向分量竖向分量;衬砌的振动响应特性与接触网类似,但动位移的主频和振幅相对较少。研究结果可为高速铁路隧道内接触网的设计和施工提供参考。     

接触网支柱抗风性能研究

电气化铁路接触网支柱在大风作用下的稳定性直接影响接触网系统的安全性和可靠性。目前各规范计算接触网支柱风荷载的方法基本一致,但不同规范计算公式中给出的参数取值却有所区别,因此计算得到的风荷载也不相同,最终影响所设计接触网支柱的抗风性能。对各规范中接触网支柱风荷载计算方法及参数取值进行研究,给出其计算公式中各参数取值的建议,并对目前铁路采用的接触网支柱抗风性能进行分析研究,提出设计接触网支柱时应采取的加强措施。     

接触网支柱结构设计风荷载探讨

通过对比新旧规范对于接触网设计风荷载定义的异同,探讨接触网支柱结构设计风荷载的变化对支柱设计的影响,提出了接触网支柱结构设计风荷载取值原则.     

准高速受电弓动态性能的研究

本文在系统介绍受电弓－－接触网计算模型的基础上，针对准高速接触网和我国常用受电弓，计算了有关归算质量，运动关系，模态等静态性能，利用受电弓－－接触网动态仿真计算，分析了受电弓，接触风参数对受流质量的影响，提出改善准高速受电弓，接触网系统受流的措施。     

山区电气化铁路接触网防融冰关键技术研究

研究目的:山区电气化铁路分布于崇山峻岭之间,空气湿度高、地形地貌复杂,易出现接触网结冰现象,影响铁路干线的正常运行。目前关于接触网防融冰技术规程规范缺少系统、全面的论述和具体的规定,专用接触网防融冰装备技术成熟度不高、缺乏实际运营。基于此,本文结合国内外接触网防融冰技术现状,全面分析接触网结冰灾害的风险源,研究接触网防融冰设计思路及具体应对措施,因地制宜地提出接触网差异化防融冰关键技术方案,为山区电气化铁路接触网防融冰设计、运营维护等提供实际指导作用。研究结论:(1)明确了电气化铁路接触网覆冰重现期,细化了电气化铁路冰区等级划分;(2)分析并罗列出了接触网结冰灾害的风险源,逐一确定出接触网防融冰设计思路及具体应对措施;(3)系统地提出了接触网防融冰关键技术方案及建设方针;(4)本研究成果可为电气化铁路防灾减灾设计提供参考。     

接触网参数对接触网风致响应的影响及风洞试验验证

大风作用会使接触网发生更大更复杂的振动与风偏,为给大风区接触网的防风设计提供科学依据,采用有限元计算与风洞试验相结合的方法进行研究。利用ANSYS软件建立包括支撑结构和悬挂部分的有限元耦合模型;采用谐波合成法(WAWS)模拟针对接触网结构特点的脉动风场;通过计算不同接触网参数组合方案在风荷载下的风致响应位移,定量分析得出悬挂类型、张力组合、跨距对接触网风致响应的影响。接触网气动弹性风洞试验结果表明,接触网参数对风致响应的影响的研究结果正确。研究成果应用于兰新铁路第二双线大风区接触网系统方案设计和技术参数选择,并作为主要理论支撑之一,形成了首个国内外铁路电化行业的风区接触网装备技术条件。     

接触网作业车制动系统气源利用及其压力保护装置

提出利用接触网作业车本身空气制动系统的气源，给检修接触网设备的气动工具提供动力。并设计压力保护回路，确保空气制动系统的总风缸气压不低于一定压力，以保证行车安全。     

强风地区接触网风振响应分析

接触网体系兼有高柔性、大跨度等特点,具有非常强的几何非线形,对风荷载非常敏感。强风地区因风载所致的损坏是接触网体系经常发生的破坏形式之一。以新疆强风地区某段接触网为研究对象,针对接触网的结构特点,利用通用软件Ansys建立了单个锚段的支撑结构与线耦合的有限元模型,并采用Davenport功率谱模拟了针对接触网结构特点的风速时程,采用非线形有限元法,获得接触网在不同平均风速下脉动风荷载作用的风振响应时程,并与利用传统的风荷载计算方法(静态方法)的风振响应进行了比较分析。结果表明:脉动风对接触网的风振响应影响很大,采用传统计算方法(静态方法)计算结果偏于不安全,在设计时应考虑脉动风的影响,采用动态计算方法。     

基于虚拟观测的FastICA的坠砣位移的风荷载分量去除

通过检测坠砣位移、摇杆倾角以及环境参数可以得到接触网张力传递系统的运行状态,而风荷载会导致棘轮补偿器坠砣位移的变化。为准确提取接触网张力传递系统中的故障信息,需对风荷载作用导致的坠砣位移分量进行去除。考虑到风荷载分量是弱信号,提出基于虚拟观测的FastICA的去除方法,并针对ICA的不确定性,提出SS-MDP法消除分离信号的不确定性,并通过仿真验证该方法的可行性。仿真结果证明,该方法可实现坠砣位移信号中风荷载分量的去除。去除风荷载分量后的信号可用于接触网张力传递系统的故障状态的提取。     

铁路长大隧道内接触网防灾安全技术体系研究

针对铁路长大隧道内接触网运行条件特殊且面临隧道地震、火灾及渗漏水、结冰等灾害病害问题,从提高接触网基础稳定性和耐久性、接触网结构机械强度和稳定性、接触网电气绝缘安全性等方面着手,提出采用预埋槽道式基础、防开裂型化学锚栓、架空刚性悬挂、防松螺母及接触网防水融冰、灵活供电、接地和等电位、接触网安全监控系统等多项新技术,并按高速铁路、普速铁路分别构建长大隧道内接触网防灾安全技术体系,确保接触网防灾安全性、可靠性。     

随机风场下高速铁路接触线风振疲劳分析

高速铁路接触网在随机风场的作用下产生短周期变化的应力循环,影响接触网的疲劳寿命。本文采用Davenport和Panosfsky功率谱分别模拟适用于接触网系统的水平和竖直方向上的脉动风时程,推导了作用在接触网上的气动力。在有限元分析软件MSC-Marc中建立高速铁路接触网有限元模型,通过非线性有限元求解得到随机风场下接触线各单元的应力时程。运用改进的雨流计数法对疲劳应力谱进行统计处理,并经Goodman直线修正,得到每个应力循环的等效应力幅值。基于Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤准则,对接触线特征单元的疲劳寿命进行估计。研究结果表明:在强风地区,脉动风对接触网风振疲劳影响较为显著;接触线的风振疲劳不利位置出现在定位点和吊弦点处;风攻角决定了接触线风振疲劳不利位置的具体分布。研究结果可为强风地区接触网疲劳设计、日常维护及故障分析提供依据。     

随机风场对弓网系统动态性能影响研究

基于有限元软件MSC-Marc建立弓网系统模型,对在随机风场中的受电弓-接触网动态性能进行仿真研究。模型中采用欧拉-伯努利梁模型模拟接触线和承力索,受电弓和接触网模型之间通过接触实现耦合,使弓网作为一个整体进行动态仿真;采用适合接触网随机风场计算的沿高度不变的Davenport谱,运用谐波合成法数值模拟风场。在此基础上,采用MSC-Marc软件完成弓网系统在不同随机风荷载作用下的动态性能分析。实验结果表明:模拟随机风的功率谱函数与目标谱结果非常吻合,随机风场对接触网风振响应及弓网间的动态性能影响很大,且沿风向定位器的第一吊弦退出工作时间随风速增大而增长。通过仿真结果比较分析,为进一步研究随机风场下弓网系统结构参数配合奠定了基础。     

高速电气化铁路接触网自振特性及横向风振动力分析

在电气化铁路接触悬挂上,导线偏离起始位置过大会导致钻弓事故,挂坏受电弓或拉断导线,这种运行故障会中断或影响行车,是接触网最严重的事故之一。通过大型有限元软件ABAQUS建立接触网模型,进行接触网自振特性和风荷载作用下的横向风振分析。得出并分析接触网结构的自振频率、振型特性。并且在模型上施加了由快速傅立叶变换(FFT)产生的随机风荷载,得到接触网中接触线的跨中及正反定位处的横向位移时程,接触线截面张力时程等。提出了防止由于接触网横向风振导致的刮弓事故发生的方法。     

对武广牵引供电系统可靠性的几点思考

2001年9月我国南北铁路运输主动脉京广线全线实现电气化，其牵引供电系统要求具备高度的可靠性、周密的安全性、完善的自检性及灵活的自适应性。2008年初京广线武广段经受了大冰雪，通过对冰雪前后京广线牵引供电系统可靠性分析，发现其外部电源电压等级、省际交界区段的系统可靠性，以及接触网频繁穿越地方电力线路下方等方面的问题，提出应完善冰雪气候条件下设备巡视制度，在突发故障中，快速自动地更改调整参数和远动通道的可靠性。     

高速铁路覆冰接触线气动系数研究与风振响应分析

为分析高速铁路接触网线索覆冰对接触线风振响应的影响,首先采用流体力学计算软件Fluent对不同覆冰厚度的接触线进行绕流仿真,分析覆冰对接触线气动系数的影响,然后对作用在接触网上的平均风和脉动风载荷进行计算和仿真,用有限元分析软件MSC-Marc建立高速铁路接触网有限元模型。最后,分别将平均风和脉动风载荷施加到有限元模型中,研究不同覆冰厚度对接触线风致振动响应的影响。研究结果表明:接触线覆冰对其气动参数影响较大;高速铁路接触网风振主要由脉动风引起;线索覆冰厚度增加会导致接触线的风偏增大,也会改变接触线的风振形式;覆冰接触线的振幅随覆冰厚度的增加而增大。因此,应避免线索覆冰对高速铁路接触网系统的危害。     

基于风场模拟的接触网b值动态响应分析

接触网线索受风振动会造成b值变化,为了将风荷载引起的变化量剔除,对随机风场作用下的接触网进行仿真研究。利用ANSYS软件建立全补偿简单链形悬挂接触网模型;采用谐波叠加法模拟得到随机风场;分析b值风致变化的机理,仿真完成了接触网模型在不同随机风荷载作用下的动态响应分析。研究结果表明:接触网b值风致变化是线索受风偏移导致的结果,横向偏移起主要作用;脉动风场作用下接触网各跨会随机产生不同大小的补偿位移,随着风速提升补偿位移振幅相应变大且变化率呈增大趋势;对于半个锚段12跨接触网,当风速达到41m/s时,补偿位移振幅为60.61 mm,接近棘轮补偿装置断线b值变化量,说明识别断线事故时应考虑风振的影响。