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基于熵测度的地铁弓网燃弧电流扰动分析

高电压技术 2014年第11期40卷 3642-3648页

作者：蒲文旭于龙陈唐龙刘宝轩西南交通大学电气工程学院成都610031

城市轨道交通大多采用弓网(受电弓与接触网)接触方式向电力机车供电。当弓网分离时,将造成燃弧发生和牵引电流扰动,恶化机车受流。针对地铁直流牵引电流特征,提出了一种改进的小波包奇异熵算法,并用于燃弧牵引电流处理分析,得出牵引电... 详细信息

城市轨道交通大多采用弓网(受电弓与接触网)接触方式向电力机车供电。当弓网分离时,将造成燃弧发生和牵引电流扰动,恶化机车受流。针对地铁直流牵引电流特征,提出了一种改进的小波包奇异熵算法,并用于燃弧牵引电流处理分析,得出牵引电流扰动指标Γ。根据非接触式弓网燃弧检测系统采集广州地铁现场试验数据,分析结果表明:改进后小波包奇异熵能直观、有效地提取牵引电流扰动特征;扰动指标Γ能有效反映牵引电流扰动程度,衡量机车受流质量;牵引电流扰动指标Γ与燃弧紫外能量呈幂函数关系,燃弧紫外能量越大,扰动越严重,特别当燃弧紫外能量超过400 m J时,牵引电流扰动Γ急剧上升,机车受流受到严重影响。

关键词：弓网燃弧牵引电流扰动指标经验模态分解小波包奇异熵紫外能量受流质量

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弓网燃弧检测装置标定平台的研究

弓网燃弧检测装置标定平台的研究

作者：董奎元西南交通大学

学位级别：硕士

随着电气化铁路的迅猛发展,人们对电气化铁路的安全性和可靠性提出了更高的要求。弓网燃弧影响着机车的受流质量,因此需要利用检测装置对其进行在线监测。光谱响应度是弓网燃弧检测装置的一个重要的性能参数,其反应了燃弧与检测数据的... 详细信息

随着电气化铁路的迅猛发展,人们对电气化铁路的安全性和可靠性提出了更高的要求。弓网燃弧影响着机车的受流质量,因此需要利用检测装置对其进行在线监测。光谱响应度是弓网燃弧检测装置的一个重要的性能参数,其反应了燃弧与检测数据的对应关系。利用不同波长对应的光谱响应度不同,通过搭建一套符合实际的弓网燃弧检测装置标定平台,从而实现检测装置的标定。目前国内外学者主要关注光电探测器的光谱响应度,很少对弓网燃弧检测装置的标定进行研究。本文基于替代法设计了一套弓网燃弧检测装置标定平台。标定平台包括光学系统、单色仪及其控制系统、探测器系统、辅助系统四个主要部分。光学系统主要作用为模拟燃弧光辐射,光源选用了波长范围为200nm-1100nm、功率150W的氙灯,并通过引入平面反射镜、抛物面反射镜与光栅单色仪得到了波长范围在235-290nm的单色光;在出射光路中加入积分球与带通滤波片,积分球起到均匀光束的作用而带通滤波片有效的抑制了400nm波长的光产生的杂散光;利用分光比为50:50的光分束器得到两束光功率等同的光,并从光能量损耗入手分析了此两束光的光功率为0.71×10W,达到了探测器探测信号的灵敏度要求。通过旋转台、反射镜旋转架、运动控制器等辅助设备完成对标准探测器、监测探测器与弓网燃弧检测装置的精确转换,将得到的两束光分别入射到标准探测器和弓网燃弧检测装置。此外针对检测信号较弱且容易埋没在噪声中的情况,引入了光学斩波器与锁相放大器,可以提高信号的检测准确性。根据弓网燃弧检测装置标定平台的原理,搭建了一套标定试验平台,并利用光谱响应度已知的弓网燃弧检测装置(在中国计量科学研究院完成标定)进行试验,测得了探测器与检测装置的输出信号,其测量的输出信号的均值偏差与最大值偏差均小于5%,在允许的误差范围内。利用替代法最终公式计算得出检测装置在波段235nm-290nm的光谱响应度,与实际的光谱响应度进行了对比得出最大误差为4.4%,验证了标定平台的可行性,同时根据组合设备的不确定度分析方法与标定平台中设备的相关参数,分析了标定平台设备存在的不确定度,得到组合的不确定度为2.68%,从另一方面为验证标定平台的可行性提供了参考。

关键词：弓网燃弧光谱响应度标定不确定度

基于融合图像连通区域提取的弓网燃弧自动检测方法

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武汉大学学报（工学版） 2021年第5期54卷 461-466页

作者：顾桂梅吴俊明仝甄张振琛兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070

车载接触网动态检测装置在进行弓网燃弧检测时,误报警率高需人工进一步复核,这会增加人工负担、降低检测效率。为了解决这一问题,提出了一种根据融合图像连通区域数进行弓网燃弧缺陷自动复核方法。该方法首先运用改进的Otsu提取红外图... 详细信息

车载接触网动态检测装置在进行弓网燃弧检测时,误报警率高需人工进一步复核,这会增加人工负担、降低检测效率。为了解决这一问题,提出了一种根据融合图像连通区域数进行弓网燃弧缺陷自动复核方法。该方法首先运用改进的Otsu提取红外图像弓网接触点处的最高温度区域;然后运用基于像素最小的融合方法融合可见光图像与红外分割图像,实现红外图像最高温度区域与可见光图像光斑区域的重合检测;最后采用八邻域算法提取重合的连通区域,并根据连通区域数判断是否为弓网燃弧。仿真结果表明,所用方法与人工复核的结果一致,降低了误报警率,减轻了人工负担,提高了检测效率。

关键词： Otsu改进融合图像连通区域自动检测弓网燃弧

刚性接触网下120km/h地铁列车弓网燃弧分析

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机车电传动 2015年第3期 78-79,96页

作者：周大林高伟郑玄广州市地下铁道总公司运营事业总部广东广州510310

针对广州地铁3号线北延段刚性接触网下120 km/h地铁列车弓网连续燃弧问题,分析了燃弧产生原因,建立弓网系统仿真模型,从受电弓、接触网两方面进行仿真计算,提出适合120 km/h地铁列车运营的受电弓和接触网参数。通过运营线路试验验证,取... 详细信息

针对广州地铁3号线北延段刚性接触网下120 km/h地铁列车弓网连续燃弧问题,分析了燃弧产生原因,建立弓网系统仿真模型,从受电弓、接触网两方面进行仿真计算,提出适合120 km/h地铁列车运营的受电弓和接触网参数。通过运营线路试验验证,取得良好效果。

关键词： 120 km/h地铁列车刚性接触网弓网燃弧接触网参数仿真广州地铁3号线

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地铁弓网燃弧能量与牵引电流扰动分析

地铁弓网燃弧能量与牵引电流扰动分析

作者：刘宝轩西南交通大学

学位级别：硕士

受电弓与接触线的良好接触是保障电力机车正常受流和安全运行的可靠前提。随着机车运行速度的逐步提高,弓网离线现象越来越频繁,弓网离线会引发弓网燃弧,弓网燃弧在一定程度上能够反映出弓网受流性能的优劣。弓网燃弧的频繁发生会造成... 详细信息

受电弓与接触线的良好接触是保障电力机车正常受流和安全运行的可靠前提。随着机车运行速度的逐步提高,弓网离线现象越来越频繁,弓网离线会引发弓网燃弧,弓网燃弧在一定程度上能够反映出弓网受流性能的优劣。弓网燃弧的频繁发生会造成弓网受流系统,尤其受电弓滑板的电气侵蚀,更严重甚至烧损接触网设备,引起变电所跳闸,威胁行车安全。因此,实现弓网燃弧在线监测的同时,及时定位并维护弓网受流薄弱点对于保障行车安全具有重要意义。本文首先利用实验手段,测量得到了非接触式弓网燃弧检测装置的检测最小功率密度。搭建了一套弓网燃弧发生装置,模拟了交流燃弧、直流燃弧的发生过程,研究了输入电压幅值对燃弧能量的影响,结果表明,输入电压幅值与燃弧能量呈正相关性,且相同输入电压幅值、间隙距离情况下,直流燃弧比交流燃弧所释放的燃弧能量更大。通过分析交流燃弧电流频域特性可知,造成交流电流扰动的主要原因是电路中三次谐波成分的增加。直流燃弧实验中,测量得到了直流燃弧能量与燃弧特征波段250±10nnm紫外能量的关系方程,解决了实际弓网燃弧能量不能够检测的难题,并探讨了极性对燃弧能量、燃弧率的影响,分析结果表明,相同实验条件下,接触线为阳极较接触线为阴极情况,燃弧能量更大,燃弧发生对碳滑条所造成的电气侵蚀也更严重。基于广州地铁二、三号线弓网燃弧试验检测数据,统计各检测区段机车启动、匀速、制动阶段弓网燃弧率、燃弧发生前后电流幅值,提取了500余次燃弧发生时刻燃弧信号、牵引电流信号和速度信号。根据EN50317要求,分析速度因素对燃弧率的影响,并通过对燃弧发生前牵引电流幅值、燃弧能量的统计,得出了燃弧能量与燃弧发生前电流幅值无关的结论。最后,基于小波多分辨率分析与Parseval理论,将燃弧发生前后牵引电流扰动程度,作为燃弧发生对弓网受流危害程度的量化指标,分析了广州地铁二、三号线燃弧检测数据,得到了燃弧能量、燃弧持续时间与牵引电流扰动程度的关系方程,解决了过多定位燃弧发生点的难题。

关键词：弓网燃弧模拟装置燃弧能量多分辨率分析牵引电流扰动

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非接触式弓网燃弧检测系统研究

非接触式弓网燃弧检测系统研究

作者：王旭昊西安理工大学

学位级别：硕士

随着电力轨道交通运输业的发展,高速列车在运行过程中的安全问题越来越受国家的重视。受电弓与接触线共同构成的弓网系统作为电力机车获取电能的唯一途径而变得尤为重要。但由于一直以来在列车行驶过程中弓网燃弧现象频繁发生,导致弓网... 详细信息

随着电力轨道交通运输业的发展,高速列车在运行过程中的安全问题越来越受国家的重视。受电弓与接触线共同构成的弓网系统作为电力机车获取电能的唯一途径而变得尤为重要。但由于一直以来在列车行驶过程中弓网燃弧现象频繁发生,导致弓网系统中的受电弓碳滑板与接触线受到严重损害,影响弓网系统受流质量,严重时还会损害列车的正常运行。本文针对弓网系统中频繁出现的弓网燃弧现象,研发出一套非接触式弓网燃弧检测系统,实现了对弓网燃弧的全天候实时检测,具有检测响应速度快、精度高的特点。针对弓网燃弧自身特性进行分析,依照电接触理论分析了弓网燃弧现象出现时弓网系统接触点接触电阻的变化情况。分别对现存在的交流电弧、直流电弧两种弓网燃弧的电流电压特性进行分析,并利用两种经典的电弧模型进行仿真验证。根据弓网燃弧的光谱分析结果制定了以紫外分量为检测特征量的检测方案,并根据光学原理建立弓网燃弧紫外辐射能能量模型。设计了一套弓网燃弧检测系统,包括弓网燃弧检测装置、燃弧抓拍相机、上位机软件管理系统、移动终端检测系统四部分。弓网燃弧检测装置采用非接触测量的方式完成对弓网燃弧的检测,通过硬件和软件配合实现传感器电压闭环控制;燃弧抓拍相机由弓网燃弧检测装置驱动,记录燃弧图像数据;上位机软件管理系统负责与燃弧检测装置通信实现人机交互和燃弧数据管理;移动终端检测系统可通过安卓手机APP远程查看弓网燃弧数据,确定弓网系统运行状态。搭建了两种不同方式的弓网燃弧发生装置,分别用于产生连续短弧柱燃弧和不同能量等级燃弧。对弓网燃弧检测系统进行系统性能实验,通过实验验证了弓网燃弧检测系统对不同形式燃弧的检测效果。实验结果表明弓网燃弧检测系统能够实现对弓网燃弧的检测,检出率达到95%,满足系统设计指标。

关键词：弓网燃弧紫外光非接触燃弧发生装置软件管理系统

非接触式弓网燃弧与接触网几何参数动态检测系统研究

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非接触式弓网燃弧与接触网几何参数动态检测系统研究

作者：赵鹏程西安理工大学

学位级别：硕士

受电弓与接触网系统是电气化铁路中不可或缺的部分,弓网燃弧与接触网几何参数超限都可能对列车运行构成严重威胁。对于弓网燃弧和接触网几何参数的检测方式来说,传统人工静态检测效率低下,且接触式检测还存在安全隐患。针对于此,本文设... 详细信息

受电弓与接触网系统是电气化铁路中不可或缺的部分,弓网燃弧与接触网几何参数超限都可能对列车运行构成严重威胁。对于弓网燃弧和接触网几何参数的检测方式来说,传统人工静态检测效率低下,且接触式检测还存在安全隐患。针对于此,本文设计并研发了一套非接触式的弓网燃弧与接触网几何参数动态检测系统,主要研究工作如下:(1)分析了非接触式弓网燃弧与接触网几何参数动态检测系统的功能需求,设计了检测系统的总体方案。设计了弓网燃弧采集装置、电流脉冲采集装置、几何参数检测装置以及上位机软件部分,分别实现弓网燃弧检测、受电弓电流与列车里程信息采集、接触网几何参数测量以及后期数据处理的功能。(2)基于本系统的硬件设备,针对列车运行过程中的振动问题,研究了一种接触网几何参数的校正方法,可以准确计算出接触网几何参数。将几何参数检测设备与车底振动补偿装置的坐标系进行坐标转换,推导得出几何参数的计算公式。同时,对几何参数公式进行理论验证。(3)基于WPF开发检测系统上位机软件,实现对燃弧采集装置、电流脉冲采集装置、几何参数检测装置的数据采集和数据分析。同时,将所研究的几何参数计算方法融入上位机软件,通过加入车底补偿,提高动态情况下几何参数的检测精度。最后对弓网燃弧与接触网几何参数的相关数据进行分析处理,得出线路的健康评估。为验证系统功能完整性与可靠性,在实验室中搭建测试平台,模拟现场环境进行测试。过程中实现了燃弧、电流脉冲以及几何参数的精确采集。同时,系统被用于郑州某地铁线路进行实地测试,实现了对测试线路弓网燃弧情况与接触网几何参数的评估。测试结果表明该系统达到了设计目标,满足工程应用的需求。

关键词：弓网燃弧受电弓电流接触网几何参数振动补偿

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基于图像深度学习的弓网燃弧检测方法研究

基于图像深度学习的弓网燃弧检测方法研究

作者：叶靥西南交通大学

学位级别：硕士

作为高速列车电力输送的关键,弓网系统却又是全车子系统中最为薄弱的环节,其健康工作易受到弓网燃弧等问题的严重制约。非接触式的弓网燃弧图像检测技术在全线路上得到大力推广。由于高速列车运行背景复杂多变以及燃弧与其他光源相似,... 详细信息

作为高速列车电力输送的关键,弓网系统却又是全车子系统中最为薄弱的环节,其健康工作易受到弓网燃弧等问题的严重制约。非接触式的弓网燃弧图像检测技术在全线路上得到大力推广。由于高速列车运行背景复杂多变以及燃弧与其他光源相似,传统图像处理方法难以获得较好的检测效果。深度学习框架下的卷积神经网络在图像特征提取和表达上比传统图像处理方法有着质的提升。借助深度学习技术,在复杂运行背景下如何准确、高效、智能地识别弓网燃弧这一问题将得到有效解决。本文重点研究了基于图像深度学习的弓网燃弧检测方法,具体内容如下:首先,设计了基于受电弓弓头区域整体偏移的弓网燃弧区域提取方法,从图像特征提取与利用的角度对深度学习目标检测模型Faster RCNN进行改进,融合Res Net50网络和FPN网络得到了多尺度特征图,利用Soft-NMS方法代替NMS方法进行候选边界框抑制,选择Ro I Align层代替原来的Ro I池化层来统一特征图大小。改进的Faster RCNN模型准确定位出受电弓弓头区域后,从上、下、左、右四个方向同时偏移受电弓弓头定位框,准确得到燃弧区域。其次,对弓网燃弧图像分类网络VGG16的全连接层层数和各全连接层的节点个数进行重新设置,并在所有全连接层和分类层后增设BN层和Dropout层,以防止网络过拟合。然后,利用改进后的Faster RCNN模型对弓网燃弧进行定位。最后,搭建了基于Flask框架的Web应用程序仿真检测平台,并进行视频实测。试验结果表明,在受电弓弓头区域定位中,改进Faster RCNN模型的平均精度为0.899,较原始模型提升了0.067,交并比值取0.85时的平均精度为0.972,较原始模型提升了0.039,单张图片的检测速度提升了近8.7倍。改进的VGG16网络在249张燃弧区域图像测试数据集中,实现全部分类正确;在燃弧定位中,改进Faster RCNN模型的平均精度为0.513,较原始模型提升了0.156,交并比值取0.85时的平均精度为0.377,较原始模型提升了0.084,可见改进后的模型在燃弧定位准确率存在较大提升。通过仿真检测平台验证,上述算法逻辑无误,结果准确,能实现从受电弓监控视频的读取输入到输出检测结果的全过程自动化,为工程应用提供思路和参考。

关键词：弓网燃弧深度学习区域偏移图像分类目标定位 Web应用程序

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弓网燃弧检测方法及评价标准研讨

电气化铁道 2023年第2期34卷 47-50页

作者：杨志鹏张文轩王婧韩通新刘会平盛良中国国家铁路集团有限公司铁路基础设施检测中心中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所

对弓网燃弧现象进行机理分析,总结不同检测方法优缺点,对比国内外现有弓网燃弧评价标准并分析了差异性;针对30%牵引电流的限制评价条件的影响因素进行了研讨,给出了我国弓网燃弧检测的典型应用案例,指出目前我国采用的标准不考虑牵引电... 详细信息

对弓网燃弧现象进行机理分析,总结不同检测方法优缺点,对比国内外现有弓网燃弧评价标准并分析了差异性;针对30%牵引电流的限制评价条件的影响因素进行了研讨,给出了我国弓网燃弧检测的典型应用案例,指出目前我国采用的标准不考虑牵引电流的影响更为科学、全面、合理。

关键词：弓网燃弧检测评价标准 30%牵引电流