基于数学形态学—小波分析组合算法的牵引网故障判定方法

摘要

高速铁路相对于公路而言，因占地较少，土地利用率较高等显著的优势成为我国交通运输的主要工具。建设高速铁路客运专线符合国家经济发展、现阶段国情和路情的需求，同时也是未来铁路系统的发展方向之一。而铁路牵引网是架设于空中的一种特殊供电电路，线路较长，且长期暴露在环境条件恶劣的户外，经过的地形十分复杂，加上天气等自然因素的影响，导致其是整个铁路运输系统中较为薄弱的一部分，对其运营维护造成一定的困难。一旦牵引网发生故障，快速准确的故障判定是实现线路快速抢修的关键，本文旨在建立一套牵引网故障类型判断和故障点精确测量相结合的系统，将对运输效率的提高、抢修时间的缩短具有直接的影响。　　本论文在对高速铁路牵引网的供电系统进行认真分析研究之后，通过借鉴、总结前人工作经验教训，根据目前存在的问题，结合数学形态学和小波分析，用于解决高速铁路牵引网故障行波波头识别、故障性质类型判断等问题，主要开展了以下研究工作：　　（1）结合直流高压脉冲源、脉冲电容器、行波信号传感器、户外真空断路器、数据采集卡等搭建了主动式C型行波法判定装置，使用该装置在实验室场地进行了模拟实验，检验装置对于现场环境的适应性。结果显示，该套装置捕获的故障行波信号特征明显，可以满足行波判定的需求。　　（2）通过详细阐述小波分析和数学形态学的基本理论，编写算法在 MATLAB中仿真分析两者对信号的滤波效果，并在此基础上综合两者的优点，提出了基于数学形态学和小波分析的组合滤波算法，通过运算工作量的对比及对现场测得的实验数据的滤波处理结果可知，该组合算法既可以有效的滤除脉冲噪声，又可以有效的滤除白噪声，并可以较好的保留信号奇异点。　　（3）通过完整的介绍形态学梯度，提出了保持定值连续递增的多分辨形态学梯度提取故障行波波头的算法。通过对现场测得的实验数据的仿真结果表明，该算法不仅可以快速提取行波信号的奇异点，而且计算简单，容易实现。　　（4）利用故障初始行波波头及反射行波波头极性的变化判断故障性质类型，可实现对于开路、短路故障性质的有效识别。　　综上所述，本论文所提出的方法及整套装置可较好的满足高速铁路牵引网故障判定的要求，体现了自身可取之处并对该领域的研究具有一定的参考价值。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 故障类型及原因

1.3 故障判定相关技术与目前研究现状

1.4论文的主要内容

第2章 行波法故障判定的理论基础

2.1 行波的基本理论

2.2 行波法所面临的问题

2.3 本章小结

第3章 基于数学形态学—小波分析的组合算法

3.1 数学形态学基本原理及滤波算法

3.2 小波分析基本原理及滤波算法

3.3 数学形态学—小波分析相结合的组合算法

3.4 算法性能的比较

3.5 本章小结

第4章 行波分析算法的研究

4.1行波波头识别算法设计

4.2 故障类型识别算法设计

4.3本章小结

第5章 基于数学形态学—小波分析组合算法的实验研究

5.1 故障判定系统的建立

5.2 模拟实验研究

5.3 现场实验研究

5.4本章小结

第6章 结论与展望

致谢

参考文献