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高海拔山区铁路牵引供电系统——问题、挑战与对策思考

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电网技术 2023年第5期47卷 2039-2053页

作者：刘志刚孟祥宇张乔邓云川孙文浩张桂南西南交通大学电气工程学院四川省成都市611756 中铁二院工程集团有限责任公司四川省成都市610081 中国铁道科学研究院北京市海淀区100044

我国西部高海拔山区铁路部分区段面临沿线缺乏有力电网支撑,外部电源系统极端薄弱,途径复杂大坡道高原山区,建设难度大。高海拔山区铁路对牵引供电系统的技术要求非常特殊,对外部电网接入方案、牵引变电所供电能力、电源备用方式、长大... 详细信息

我国西部高海拔山区铁路部分区段面临沿线缺乏有力电网支撑,外部电源系统极端薄弱,途径复杂大坡道高原山区,建设难度大。高海拔山区铁路对牵引供电系统的技术要求非常特殊,对外部电网接入方案、牵引变电所供电能力、电源备用方式、长大坡道电分相处理方案等诸多方面提出了极为特殊的要求。该文从输电网–牵引变电所协同规划、长大坡道对牵引供电系统电压抬升影响、客货混跑下牵引供电系统谐波稳定性问题3个方面,分别剖析高海拔山区铁路牵引供电系统安全运行所面临的难题。然后,通过梳理总结已有文献研究,依次从考虑列车负荷和风光新能源不确定性的输电网随机规划方法、长大坡道下牵引负荷准确模拟与电压抬升机理分析、电力机车–牵引网系统宽频带谐波稳定性分析与振荡抑制措施3个角度对上述问题进行初步分析,同时给出了可能的解决方案,为高海拔山区铁路安全运行研究提供了借鉴。

关键词：高海拔山区铁路牵引供电系统薄弱电网长大坡道客货混跑

中低速磁浮列车与轮轨式城轨列车技术特点的对比研究

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铁道机车车辆 2022年第5期42卷 129-134页

作者：黄金张桂南张世聪中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 动车组和机车牵引与控制国家重点实验室北京100081

中低速磁浮列车与传统轮轨式城轨列车的技术特性之间存在显著的差异,目前仍然缺乏对这些差异直接进行对比分析的整车测试数据。对某A型磁浮和某B型地铁列车在能耗、噪声和运行平稳性3个方面进行了整车线路实测,结果显示A型磁浮列车在具... 详细信息

中低速磁浮列车与传统轮轨式城轨列车的技术特性之间存在显著的差异,目前仍然缺乏对这些差异直接进行对比分析的整车测试数据。对某A型磁浮和某B型地铁列车在能耗、噪声和运行平稳性3个方面进行了整车线路实测,结果显示A型磁浮列车在具有相似的典型运行能耗组成的情况下,具有更高的单位起动加速能耗,且在速度46~80 km/h时具有更大的运行阻力,所以其牵引能耗显著超过传统轮轨式城轨列车;两列车在内部噪声水平上无明显区别,A型磁浮列车在静止和加速工况下的外部噪声水平高于B型地铁,但在80 km/h的恒速工况下,外部噪声水平更低;A型磁浮列车具有更好的实测运行平稳性。

关键词：中低速磁浮列车轮轨式地铁列车能耗噪声运行平稳性整车试验

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高海拔双源制动力集中动车组关键技术分析

铁道机车车辆 2023年第6期43卷 54-61页

作者：肖孝军张桂南周毅赵宇中国国家铁路集团有限公司北京100844 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

结合既有动力集中动车组满足高海拔非电气化和电气化客运贯通运输和衔接要求,文中首先详细梳理了高海拔双源制动车组的内燃/电力分置式设计、列车级互联互通互控特征及不同类型车辆的高原适应性技术提升的难点,并在此基础上明确了该型... 详细信息

结合既有动力集中动车组满足高海拔非电气化和电气化客运贯通运输和衔接要求,文中首先详细梳理了高海拔双源制动车组的内燃/电力分置式设计、列车级互联互通互控特征及不同类型车辆的高原适应性技术提升的难点,并在此基础上明确了该型动车组的技术路线;其次针对高海拔线路条件,结合高原型双源制动车组的牵引特性;随后针对动车组高海拔恶劣环境的运用需求,研究了该型动车组柴油机组性能优化、乘坐舒适性改造措施等;最后为实现内电牵引模式的便捷转换,深入探讨了双源制动力集中动车组的一体化设计技术。

关键词：高海拔双源制动力集中动车组柴油机组一体化设计

基于动车组车载变压器频率响应优化模型的故障定位

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中国铁道科学 2022年第3期43卷 103-113页

作者：吴振宇周利军王东阳张桂南于兴宇江飞明周猛西南交通大学电气工程学院四川成都611756 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

高速铁路动车组车载变压器采用单相分裂式绕组结构,4组高压绕组在油箱内部并联连接,导致无法独立测量各组的频率响应曲线,从而无法确定故障绕组。为解决上述问题,联合MATLAB软件与Maxwell软件,建立并验证考虑绕组相间电容的车载变压器... 详细信息

高速铁路动车组车载变压器采用单相分裂式绕组结构,4组高压绕组在油箱内部并联连接,导致无法独立测量各组的频率响应曲线,从而无法确定故障绕组。为解决上述问题,联合MATLAB软件与Maxwell软件,建立并验证考虑绕组相间电容的车载变压器频率响应优化模型;基于优化模型模拟不同故障绕组下多端口频率响应曲线演变规律,同时结合多条频率响应曲线的特征谐振点偏移规律识别故障绕组,解析故障绕组定位步骤,并进行故障模拟验证。结果表明:当靠近铁芯的外层牵引绕组出现故障时,高压绕组频率响应曲线不发生变化,但牵引绕组频率响应曲线变化显著,而当其他绕组出现故障时,高压绕组频率响应曲线均发生变化;当高压绕组出现故障时,牵引绕组频率响应曲线的第一谐振点和第二谐振点均向右偏移,而第三谐振点几乎不变;当远离铁芯的内层牵引绕组出现故障时,牵引绕组频率响应曲线的第一谐振点与第二谐振点均向左偏移,而第三谐振点则向右偏移。

关键词：车载变压器分裂式绕组频率响应法有限元轴向移位故障定位谐振点

大型枢纽地区车网电气耦合系统谐波过电压产生机理研究

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铁道学报 2020年第12期42卷 65-71页

作者：黄金张桂南高翔中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

针对国内某大型枢纽地区多次发生的接触网电压异常导致某型HXD电力机车主断跳开且长时间无法重合问题,通过时频分析的手段初步确定为高频谐振过电压问题。推导该大型枢纽地区的牵引供电系统的整体阻抗参数,确定供电系统的谐振频率分布特... 详细信息

针对国内某大型枢纽地区多次发生的接触网电压异常导致某型HXD电力机车主断跳开且长时间无法重合问题,通过时频分析的手段初步确定为高频谐振过电压问题。推导该大型枢纽地区的牵引供电系统的整体阻抗参数,确定供电系统的谐振频率分布特征;并针对不同工况推导了该HXD电力机车的谐波特征;其次结合载波移相技术,基于Simulink仿真软件搭建该机车的仿真模型,仿真结果表明部分动力工况下机车将产生谐振频率附近的谐波成分;随后采用控制变量法构造试验,验证并分析该机车不同动力工况下接触网电压的谐波特性;最后,结合频谱分析制定该现象的抑制方案,为电气化铁路的谐波治理提供技术支撑。

关键词：时频分析大型枢纽高频谐振载波移相

基于角点匹配与谱聚类的接触网绝缘子破损/夹杂异物故障检测

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仪器仪表学报 2014年第6期35卷 1370-1377页

作者：张桂南刘志刚西南交通大学电气工程学院成都610031

立足铁路总公司制定的6C系统标准,基于Harris角点与谱聚类实现了绝缘子的抗旋转匹配和故障检测。首先对选取的模板图像及待检测图像分别进行Harris角点检测,使用序贯相似性检测算法(SSDA)算法匹配角点;然后对匹配后的角点进行模糊聚类... 详细信息

立足铁路总公司制定的6C系统标准,基于Harris角点与谱聚类实现了绝缘子的抗旋转匹配和故障检测。首先对选取的模板图像及待检测图像分别进行Harris角点检测,使用序贯相似性检测算法(SSDA)算法匹配角点;然后对匹配后的角点进行模糊聚类并提取聚类中心,利用CV(Chan_Vese)模型提取绝缘子轮廓;接着利用离散余弦变换对绝缘子图像故障信息增强并对其边缘检测;最终对边缘点进行谱聚类实现绝缘子的破损/夹杂异物故障判断。实验结果表明:该方法能够较好地实现抗旋转匹配,精准提取绝缘子轮廓和诊断故障。

关键词：棒式绝缘子故障检测 Harris角点检测 SSDA CV模型谱聚类

深圳城际动车组智能化需求及顶层指标建议方案研究

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铁道运输与经济 2023年第7期45卷 110-118页

作者：成建国张桂南郭晓燕徐玉胜深圳市地铁集团有限公司深圳铁路投资建设集团有限公司广东深圳518026 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 铁科院(深圳)研究设计院有限公司广东深圳518000

为响应粤港澳大湾区城际铁路一体化运输组织需求,调研分析复兴号等新型动车组技术发展及应用现状;以成熟先进、安全可靠、智能高效、舒适便捷、绿色环保为目标,在主动环境感知、智能控制与诊断、智能监控与智能服务、设备深度集成和健... 详细信息

为响应粤港澳大湾区城际铁路一体化运输组织需求,调研分析复兴号等新型动车组技术发展及应用现状;以成熟先进、安全可靠、智能高效、舒适便捷、绿色环保为目标,在主动环境感知、智能控制与诊断、智能监控与智能服务、设备深度集成和健康全过程管理等方面开展需求分析;提出深圳城际动车组的智能化架构,车地通讯智能化提升方案,以及深圳城际动车组自动驾驶的智能运行功能建议;提出涵盖智能监测系统、车辆实时状态地面监测及车载设备健康管理的智能运维方案,以及涵盖旅客信息服务和客室环境控制的智能服务方案;结合粤港澳大湾区气候、环境、运行线路特点和客流需求,为具备自感知、自诊断、自决策、自适应能力的深圳智能动车组研制提供技术支撑。

关键词：城际铁路一体化运输组织智能监控智能服务智能运行健康全过程管理

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中国标准动车组能耗测试技术及评价指标研究

铁道学报 2020年第11期42卷 53-59页

作者：张波黄金陆阳张桂南中国铁道科学院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

动车组能耗测量对于列车顶层参数设计、线路运行能耗评估、动车组全寿命周期成本计算等工作的指导性意义重大,对中国标准动车组能耗测试技术进行研究。考虑速度级、动车组载荷、辅助用电及司机操纵等因素的影响,提出一套完整的试验方案... 详细信息

动车组能耗测量对于列车顶层参数设计、线路运行能耗评估、动车组全寿命周期成本计算等工作的指导性意义重大,对中国标准动车组能耗测试技术进行研究。考虑速度级、动车组载荷、辅助用电及司机操纵等因素的影响,提出一套完整的试验方案、测试数据处理及结果分析方法;在此基础上,归纳形成了标准化的能耗试验方法;分析中国标准动车组能耗与阻力间的定量关系,并结合实际线路下动车组能耗数据进行验证性分析。能耗试验方案及确定的评估指标为中国标准动车组优化设计、新建高铁线路运行能耗评估提供了技术支撑。

关键词：顶层参数中国标准动车组能耗评估能耗试验

高速铁路车网耦合系统网压振荡模态分析与对策

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电力系统保护与控制 2016年第1期44卷 24-32页

作者：付莉张桂南高仕斌西南交通大学电气工程学院四川成都610031

高速铁路车网耦合系统出现电压低频振荡现象,导致多个动车所的多台动车组牵引封锁,目前对其机理研究处于初期阶段。首先根据赫尔维茨稳定判据以及瞬态能量平衡方程判定车网开环系统的稳定性,并采用小增益定理分析电压振荡的影响因素。接... 详细信息

高速铁路车网耦合系统出现电压低频振荡现象,导致多个动车所的多台动车组牵引封锁,目前对其机理研究处于初期阶段。首先根据赫尔维茨稳定判据以及瞬态能量平衡方程判定车网开环系统的稳定性,并采用小增益定理分析电压振荡的影响因素。接着,基于十导体链式电路搭建精确的高速铁路全并联AT(autotransformer)供电系统模型,并基于瞬态电流控制建立CRH3型动车组电气模型。在此基础上,实现车网系统的互联,并仿真再现电压振荡现象。随后,采用FFT、小波分析及Prony分析的方法实现了振荡电压低频成份的辨识。

关键词：瞬态能量平衡小增益定理全并联AT供电 CRH3型动车组小波分析 Prony法