接觸網(wǎng)腕臂絕緣子污閃預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)電氣化高速鐵路骨干網(wǎng)和重要區(qū)域網(wǎng)的建成運(yùn)營(yíng)，縱橫交錯(cuò)的高速鐵路網(wǎng)對(duì)牽引供電系統(tǒng)的可靠性提出了更高要求，其中，接觸網(wǎng)絕緣子污閃事故一直是威脅我國(guó)高速鐵路牽引供電安全的難題之一。目前，我國(guó)鐵路接觸網(wǎng)絕緣子的污閃預(yù)防措施主要有加大爬電距離、涂刷憎水性涂料、更換成復(fù)合絕緣子、周期清掃等，這些措施仍屬于被動(dòng)措施，可在一定程度上降低污閃發(fā)生的概率，但卻造成了人、財(cái)、物等維修資源的浪費(fèi)，有時(shí)污閃又恰恰發(fā)生在兩次清掃之間。由于污閃是區(qū)域性的問(wèn)題

2、，一旦一處污閃跳閘，則表明該區(qū)域同類絕緣子均處于臨界污閃的狀態(tài)，因此，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警水平的高低，將直接關(guān)系到牽引供電系統(tǒng)的可靠度以及供電段在絕緣子維護(hù)工作中投入的人力成本和承擔(dān)的安全風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)系到供電“天窗”的利用率。隨著我國(guó)高速鐵路牽引供電管理系統(tǒng)自動(dòng)化水平的日益提高，迫切需要在污閃發(fā)生之前預(yù)知接觸網(wǎng)絕緣子表面的污穢程度和污閃風(fēng)險(xiǎn)程度，及時(shí)采取防治措施，有效避免污閃的發(fā)生。接觸網(wǎng)絕緣子污閃預(yù)警監(jiān)測(cè)已被列入我國(guó)電氣化鐵路供電檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系（6C體

3、系）。論文從牽引供電安全檢測(cè)監(jiān)測(cè)的需求出發(fā)，系統(tǒng)地研究了接觸網(wǎng)腕臂絕緣子污閃預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)。以泄漏電流作為分析參量，以電氣化鐵路用QB-25型接觸網(wǎng)腕臂絕緣子作為試品，進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過(guò)嚴(yán)格控制和改變?cè)囼?yàn)條件，采集了腕臂絕緣子試品在不同污穢度下的泄漏電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用小波包與經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解相結(jié)合的時(shí)頻分析方法、Welch功率譜計(jì)算法、諧波分析等分析方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了時(shí)域分析和頻域分析，基于分析得出的腕臂絕緣子泄漏電流特性，選擇泄漏電流有效

4、值最大值、有效值均值、有效值標(biāo)準(zhǔn)差、泄漏電流三次諧波最大值、三次諧波含量等五個(gè)特征量作為污閃預(yù)警指數(shù)的輸入量，首次建立了電氣化鐵路接觸網(wǎng)腕臂絕緣子污閃風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)模型，該指數(shù)模型可直接用于工程實(shí)踐，作為絕緣子表面污穢度在線監(jiān)測(cè)與污閃預(yù)警的診斷與評(píng)價(jià)依據(jù)。本論文所做的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　首次采用QB-25型高鐵接觸網(wǎng)腕臂絕緣子作為試品設(shè)計(jì)和實(shí)施了人工污穢試驗(yàn)。通過(guò)嚴(yán)格控制和改變?cè)囼?yàn)條件，按照等值附鹽密度為0.05mg/cm2

5、、0.15mg/cm2、0.25mg/cm2、0.35mg/cm2四個(gè)人工污穢等級(jí)，完整地采集了QB-25型絕緣子不同放電發(fā)展階段的泄漏電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)，填補(bǔ)了我國(guó)高鐵接觸網(wǎng)腕臂絕緣子人工污穢試驗(yàn)的空白。
　　首次利用基于小波包與經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(WP+EMD)相結(jié)合的時(shí)頻分析算法，提出了泄漏電流局部信號(hào)的時(shí)頻特性分析方法，并采用該算法計(jì)算了接觸網(wǎng)腕臂絕緣子泄漏電流的時(shí)頻譜。具體工作包括在計(jì)算時(shí)頻譜前，首先分析了四種小波閡值去噪方法的優(yōu)劣

6、，選用了去噪效果最優(yōu)的自適應(yīng)閾值法對(duì)等值附鹽密度分別為0.15mg/cm2和0.25mg/cm2的腕臂絕緣子泄漏電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，在分析了經(jīng)典時(shí)頻分析方法局限性的基礎(chǔ)上，提出了小波包與經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(WP+EMD)相結(jié)合的泄漏電流時(shí)頻譜算法。通過(guò)與經(jīng)典的Wigner-Ville分布分析法相對(duì)比，驗(yàn)證了本論文所提出的WP+EMD時(shí)頻譜算法的優(yōu)越性，即采用WP+EMD時(shí)頻譜算法，能夠清晰地再現(xiàn)原始泄漏電流信號(hào)的局部時(shí)頻特性，而采用Wig

7、ner-Ville分布分析法會(huì)帶來(lái)交叉項(xiàng)干擾，模糊泄漏電流信號(hào)的原始特征。
　　首次構(gòu)建了接觸網(wǎng)腕臂絕緣子污閃預(yù)警指數(shù)(FOI)。該指數(shù)可直接應(yīng)用于以接觸網(wǎng)腕臂絕緣子泄漏電流為監(jiān)測(cè)量的污閃預(yù)警在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可量化描述污閃風(fēng)險(xiǎn)，給出絕緣子接近污閃的程度指數(shù)或絕緣子表面污穢度指標(biāo)。當(dāng)絕緣子表面污穢度發(fā)生變化時(shí)，不同的泄漏電流特征量受污穢度影響的權(quán)重不同，為選擇理想的污閃預(yù)警指數(shù)輸入量，剔除無(wú)效和冗余特征量，本論文首先分析了在諸多泄漏電

8、流特征量中，哪些能顯著反映污穢度的相對(duì)變化，充分表征污閃信息，經(jīng)過(guò)對(duì)腕臂絕緣子泄漏電流時(shí)域特性和頻域特性的分析，論文提取了泄漏電流有效值均值Iem、有效值最大值Iemax、有效值標(biāo)準(zhǔn)差σ、泄漏電流三次諧波含量、三次諧波最大值等五個(gè)特征量作為構(gòu)建污閃預(yù)警指數(shù)的輸入量，采用sigmoid函數(shù)進(jìn)行歸一化處理，構(gòu)建了腕臂絕緣子污閃預(yù)警指數(shù)，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了預(yù)警指數(shù)的有效性。FOI指數(shù)的提出，可作為帶電運(yùn)行中的接觸網(wǎng)絕緣子絕緣狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，為鐵路