基于SA算法的无绝缘轨道电路故障综合诊断研究

摘要

铁路信号系统作为铁路运输企业的重要技术装备，在保障行车安全、提高运输效率、传递行车信息等方面有不可代替的作用。无绝缘轨道电路已被广泛应用于我国铁路信号系统中，补偿电容、道砟电阻是其两个重要的电气参数，在保证信号有效传输上具有重要的作用。当补偿电容发生故障以及道砟电阻波动时，可能造成“红光带”和“掉码”现象，进而降低运输效率，甚至危及行车安全。由此可见，对补偿电容故障、道砟电阻波动进行故障诊断是十分必要的。本文以谐振式无绝缘轨道电路为研究对象，同时以分路电流数据作为分析对象，从中提取补偿电容和道砟电阻的故障信息，进而实现故障诊断。
　　首先，建立无绝缘轨道电路的分路态模型。在该模型的建立中，现有的研究是将道砟电阻等效成一个均匀参数。但在实际中，道砟层容易被细砂尘灰、矿灰及煤粉等污染，同时列车的紧急刹车会造成道砟的分布不均匀，因此将道砟电阻等效成一个均匀参数不切合实际，论文提出以补偿电容为界划分道砟区段，分段等效道砟电阻的方法。
　　其次，采用二端口网络理论和均匀传输线理论对分路态模型进行分析，得到分路电流幅值包络的传输方程。设置轨道电路的基本电气参数，利用传输方程对道砟电阻波动和补偿电容故障情况下的分路电流幅值包络进行仿真，通过对幅值包络线分析，得到补偿电容、道砟电阻与包络线之间的规律。
　　最后，基于补偿电容、道砟电阻与包络线之间的规律提出基于 SA(Simulated Annealing,模拟退火)算法的无绝缘轨道电路故障综合诊断方法。即利用补偿电容对包络线进行划分，运用每一段包络线构造目标函数，以补偿电容和道砟电阻作为决策变量，按从发送端到接收端的顺序，依次对每一个目标函数运用SA算法，得到目标函数最小化时决策变量的最优解，在求解过程中将每一次的结果存储并作为下一个目标函数的已知变量，求得所有决策变量的最优解，则完成故障诊断。
　　仿真结果表明，采用基于SA算法的诊断方法不仅能够精确诊断多个电容故障，而且还能准确反映道砟电阻波动情况。通过实际数据的验证，证明了该方法的正确性和可行性，同时与基于遗传算法的诊断方法相比，具有诊断精度高、所用时间短、实用性强等优点。

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1 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究工作内容

2 无绝缘轨道电路建模基础

2.1 轨道电路与四端网的关系

2.2 二端口网络介绍

2.3 均匀传输线理论介绍

2.4 小结

3 无绝缘轨道电路分路态的建模与仿真

3.1 无绝缘轨道电路分路态模型

3.2 分路态模型组成部分的数学建模

3.3 分路电流幅值包络线分析

3.4 小结

4 基于SA算法的无绝缘轨道电路故障综合诊断方法

4.1 故障诊断基本原理

4.2 SA算法

4.3 故障诊断方法

4.4 实验结果

4.5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果