一种基于列车转向架电化学侵蚀监测的回流动态调控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于列车转向架电化学侵蚀监测的回流动态调控方法，具体的：在转向架横轴以及其搭载的电气、传动设备外壳等关键位置装设电流、电压监测设备，并与主控平台通过信号线相连；主控平台在接收了来自各处传感器的信号后，会对信号进行处理与分析，并与预先搭建的数字孪生模型的仿真结果进行高速比较配对，获取最佳的接地布局及阻抗匹配方案，再通过信号线传输给接地点切换与接地阻抗调节系统，该系统在收到信号后进行对应操作。本发明专利技术能有效观察转向架的回流情况，降低了因钢轨回流而流过转向架的牵引电流，降低了流过特定转向架上的电机外壳与轴承的电流、电压，延长了转向架整体使用寿命，保证了列车运行的稳定性与可靠性。定性与可靠性。定性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于列车转向架电化学侵蚀监测的回流动态调控方法


[0001]本专利技术属于电气化轨道交通领域，具体涉及一种基于列车转向架电化学侵蚀监测的回流动态调控方法。

技术介绍

[0002]作为轨道交通列车上最为重要的支撑部件，转向架通过空气弹簧支撑起车体。动车车厢的转向架还搭载了牵引电机，并在电机与轮对轴承间设置了齿轮箱等传动装置；此外还设置了速度传感器等弱电设备。但是，转向架又是由特种钢材锻造而成，虽然在一些关键设备之间设有绝缘层(涂有绝缘漆)，但是列车长期动态运行过程中，绝缘层的老化破损，会导致转向架与其搭载的关键电气、机械设备之间存在电气连接，如若长期有电流流经转向架及其搭载的关键设备，势必会造成设备严重电化学腐蚀。
[0003]随着负载能力和运营速度的上升，运行电流在不断上升，安全也面临着更大的挑战。在供电回路中，牵引电流从变压器一次侧通过碳刷、工作接地轮轴流入钢轨，而保证车体电位不过高的保护接地也将钢轨作为电流回流路径。但是由于车体阻抗明显小于钢轨阻抗，牵引电流极易从保护接地轮对重新流入车体以及电机外壳。另外，在电流泄放的过程中，转向架虽然与轮轴和车体在理论上实现了电气绝缘，但是在实际使用中，由于绝缘介质两端因零点漂移产生的电压差，在其表面不断产生小电流，同时，转向架外壳又从横、纵向将电流传导到其他位置，使得介质与外壳表面温度不断升高，最终导致相应位置发生电化学腐蚀的概率升高。上述两个问题明显影响了转向架外壳、轴承、电机以及接地碳刷的寿命。若不及时安排检修与维护，会导致电力设备损坏、机械结构受损等危害，严重影响电气化铁路的安全运营。
[0004]中国现投入运营的车载监测系统仅仅监测车体电流、电压，未涉及转向架及其装载的设备上流经的电流。但是，在实际运行过程中，转向架表面和电机外壳的电流越来越难以忽略。另外，转向架复杂的结构给实验测量带来了很大的困难。而在装设监测系统后，操作员可在列车上实时测量、记录转向架及其装载设备的电流情况，也为后续对转向架的耦合回流机理的研究提供了更快捷、准确的途径。
[0005]虽然工作接地轮轴与保护接地轮轴共用两条钢轨泄流的方法能让各轴电流分布更加均匀，但是这却是牵引电流从保护接地轴窜上车体的根本原因。针对这个问题，在列车接地电流因部分工况变大时，可以通过调整接地布局来解决，暂时让工作接地轮轴与保护接地轮轴分别使用独立的钢轨泄放电流，以减小甚至消除牵引电流选择转向架、车体作为回流路径的可能性。而调整接地装置到接地端子之间的外接电阻器，能在不影响转向架电流的同时，降低从接地装置流至电气、传动设备的电流电压。上述两种自适应调控方法均实现了延长转向架上电气设备、传动装置的寿命目的。

技术实现思路

[0006]为解决无法测量电力机车转向架各方向上电流及其装载设备电流电压的问题，以
及如何在合适时机采取精准的抑制措施等问题。本专利技术提供了一种基于列车转向架电化学侵蚀监测的回流动态调控方法。
[0007]本专利技术的一种基于列车转向架电化学侵蚀监测的回流动态调控方法，在转向架的横向、纵向、径向上均安装电流电压监测系统的转向架电流传感器，在电机外壳、轴承上安装电流电压监测系统的电机外壳、轴承电流电压传感器，上述传感器均实时监测电流、电压并将数据传输至位于主控室的主控平台。
[0008]主控平台包括信号处理模块、比较分析模块、存储模块、人机互动面板。人机互动面板包含允许使用者向主控平台输入命令的操作按钮、能够清楚目前采用接地布局以及能将转向架各处实时电流、电压数值可视化的液晶显示屏、用于导入系统内容和下载测量数据的USB接口。人机互动模块的操作按钮不仅包含开机键，还有切换数据波形显示模式、查看峰值菜单功能，允许操作者清楚高效地观察特定波形或者对不同位置的电流、电压进行对比。
[0009]接着，主控平台中的信号处理模块处理、整合所有转向架测得的数据，人机互动模块显示处理后的数据，存储模块则负责保存测得的数据以及电流电压对照表，比较分析模块将处理好的数据与数字孪生模型生成的仿真数据进行快速对照比较，并生成指令传输给接地点切换与接地阻抗调节系统。
[0010]为了获得当前时刻最优的外界电阻器阻抗值以及电流电压为何值时应该调整接地布局，本专利技术对转向架物理实体的机械结构与电流路径进行分析并根据物理空间的固有参数搭建初步“车体—转向架—钢轨”数字孪生体，再依照实际工况中的各个测点的电流电压信息对模型进行训练。经过反复训练后的孪生模型能产生与实际电流数据具有高度相关性的一系列孪生数据，利用该数据便可进一步服务于对接地布局与阻抗的选择，获得转向架不同电流电压情况下的最优接地布局和最优阻抗值，再由操作者将数据通过USB接口输入主控平台，比较分析模块将依此来输出指令。数字孪生模型在搭建时，需要对转向架物理实体的机械结构和电流路径进行分析处理，综合物理空间的固有参数搭建初步数字孪生体。接着，选取多组实际测得的电流、电压数据对模型进行反复训练，经过训练后获得与物理实体高度匹配的数字孪生模型。然后，基于该模型，获得对应所有工况的最优接地点布局方式与接地阻抗，形成准确的电流电压对照表。并且，在系统投入运行后，依照本系统监测所得数据以及列车检查维护数据进一步对数字孪生模型进行训练，让模型更完善的同时提升调控方法的可靠性与有效性。
[0011]主控平台的指令会传输给接地点切换与接地阻抗调节系统，而该系统包含针对转向架电流增大的接地布局切换模块和针对电气与传动设备电流电压过大的接地阻抗调节模块。接地点切换模块装设在动车接地端子与接地线缆之间，并且通过切换接地布局来降低流经转向架的电流。接地阻抗调节模块则装载于接地装置下方，通过调节动车接地装置与接地端子之间外接接地电阻器的电阻来降低电机外壳与轴承上的电流、电压。
[0012]在列车运行前，按下安装于主控平台上的开机键，系统会执行开机、自检流程，如果系统在运行过程中崩溃，使用开机键重启；自检完成后，转向架电流传感器与电机外壳、轴承电流电压传感器都将信号传输给信号处理模块；接着，信号处理模块将对信号进行放大、滤波、模数转化操作，并且在液晶显示屏上实时显示各处电流电压数据；接着，通过系统内部的传输线将处理结果传输给比较分析模块进行处理。
[0013]当转向架电流因某些工况过大时，比较分析模块在得出转向架电流过大的结论后，会将指令传入至接地切换模块。通过控制接地线缆与左右侧接地端子的接触，接地点切换模块完成接地布局的转换，从而降低通过保护接地轴窜上转向机和车体的牵引电流。
[0014]若比较分析模块得到电机外壳或者轴承电流电压异常的结论，会将指令传入阻抗调节模块。此时，阻抗调节模块通过增大动车接地装置与接地端子之间的外接电阻器的电阻，实现抑制轴承电压以及降低动车转向架上各处电流的效果。
[0015]具体监测、优化电流的过程为：与地面固定接地方式不同，接触网与列车和列车与钢轨之间的阻抗会由于火车和铁轨之间发生的相对运动而发生瞬态变化。因此，保护接地电流也是在实时变化中。基于该情况，电流、电压监测系统会实时监测转向架及其装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于列车转向架电化学侵蚀监测的回流动态调控方法，其特征在于，在转向架(12)的横向、纵向、径向上均安装电流电压监测系统的转向架电流传感器(17、18、19、20、21、22、23、24)，在电机外壳(13)、轴承(14)上安装电流电压监测系统的电机外壳、轴承电流电压传感器(25、26、27、28)，上述传感器均实时监测电流、电压并将数据传输至位于主控室的主控平台(16)；接着，主控平台(16)中的信号处理模块(30)处理、整合所有转向架测得的数据，人机互动模块(29)显示处理后的数据，存储模块(32)则负责保存测得的数据以及电流电压对照表，比较分析模块(31)将处理好的数据与数字孪生模型(37)生成的仿真数据进行快速对照比较，并生成指令传输给接地点切换与接地阻抗调节系统；接地点切换与接地阻抗调节系统包括装设在动车转向架(12)的接地装置(11)下方的阻抗调节模块(40)以及装载于接地端子(41)与接地线缆(10)之间的接地点切换模块(38、39)；接地点切换模块(38、39)通过切换接地布局来降低流经转向架的电流，阻抗调节模块(40)通过调节动车接地装置(11)与接地端子(41)之间外接接地电阻器的电阻来降低电机外壳与轴承上的电流、电压。2.根据权利要求1所述的一种基于列车转向架电化学侵蚀监测的回流动态调控方法，其特征在于，在列车运行前，按下操作按钮(33)中的开机键，系统会开机并进行自检，如果系统运行过程中崩溃，使用开机键重启；自检完成后，转向架电流传感器(17、18、19、20、21、22、23、24)实时将转向架各个方向上的电流信号传输给主控平台(16)的信号处理模块(30)；而电机外壳、轴承电流电压传感器(25、26、27、28)同样将信号传输给信号处理模块(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖嵩，曹野，郭裕钧，吴广宁，高国强，陈争，喻婕，刘朴烊，王梓靖，李普普，张予慧，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：