无绝缘轨道电路故障诊断方法研究

【摘要】无绝缘轨道电路是中国列车运行控制系统的基础设备,是一种典型的安全苛求系统,且是影响铁路运输效率的关键因素。然而,目前轨道电路的故障诊断技术及维护手段尚不能满足我国铁路运输事业发展的迫切需求,其中存在的一些“惯性故障”甚至成为铁路安全生产的突出薄弱环节,开展轨道电路故障诊断方法的系统研究具有重要意义。论文以我国铁路系统广泛应用的ZPW-2000A无绝缘轨道电路为研究对象。首先,基于二端口网络理论建立了轨道电路空闲状态时的等效电路模型,并通过轨道电路模拟盘实验数据和实际监测数据验证了模型的正确性；然后,总结了空闲状态时轨道电路存在的典型故障模式,分析了故障模式与各监测参量间的相互影响关系。对被占用状态时的轨道电路做了类似的工作。特别地,本文基于电接触理论对导致分路不良发生的关键因素——轮轨接触电阻进行了建模分析,从理论层面对分路不良的发生机理进行了解释。在上述分析基础上,论文重点研究了轨道电路空闲状态时典型故障模式的故障诊断方法。首先,提出了以空闲状态时轨道电路地面监测数据为观测量,以支持向量机和基于组合法的多分类策略为主要方法的故障诊断方法,并给出了诊断输出结果的概率化表示方法和考虑误判损失时诊断结果的修正方法。针对上述方法无法实现补偿电容故障精确定位的不足,进一步提出了以被占用状态时轨道电路车载监测数据(感应电压)为观测量,以集合经验模式分解和相空间重构理论为主要方法的补偿电容故障诊断方法。论文通过仿真数据、模拟盘实验数据以及现场实际监测数据对上述诊断算法的性能进行了验证,结果表明本文所提出的方法对轨道电路的典型故障模式具有很好的诊断效果,对外界干扰因素具有良好的免疫能力,具有实践应用价值和理论创新意义。论文通过以下创新性工作,对轨道电路故障诊断方法体系进行了拓展与丰富：(1)基于符号有向图、独立分量分析及线性拟合相结合的方法,给出了无绝缘轨道电路故障模式与监测参量间影响关系的特性总结,为故障诊断方法研究提供了必要的先验知识。(2)提出了一种基于电接触理论的轮轨接触电阻建模方法,定量研究了轮轨接触电阻的变化机理以及与各影响因素间的关系。在理论层面对分路不良的发生机理进行了解释,为分路不良的预测和处理提供了研究基础。(3)提出了一种以空闲状态时轨道电路地面监测数据为观测量,以支持向量机和基于组合法的多分类策略为关键算法的轨道电路故障诊断方法,算法扩展性能好,泛化能力强。(4)提出了一种基于Sigmoid函数模型和扩展的Bradley-Terry模型的诊断输出结果的概率化表示方法,提高了诊断结果表达的科学性。(5)提出了一种以被占用状态时轨道电路车载监测数据为观测量,以集合经验模式分解和相空间重构理论为关键算法的补偿电容故障诊断方法,算法能够有效诊断补偿电容的早期故障,且对外界干扰因素具有较强的免疫能力。
【作者】孙上鹏；
【导师】宁滨；赵会兵；
【作者基本信息】北京交通大学，交通信息工程及控制，2014，博士
【关键词】轨道电路；故障诊断；电接触理论；支持向量机；相空间重构；

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