傅佳偉，王小敏，郭進

ZPW-2000軌道電路的多輪對動態(tài)分路建模研究

傅佳偉，王小敏，郭進

(西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，交通信息工程及控制重點實驗室，四川 成都 611756)

針對現(xiàn)有ZPW-2000軌道電路單輪對分路模型難以反映列車真實分路情況的問題，提出一種軌道電路多輪對動態(tài)分路建模方法。根據(jù)實際列車分路情況下輪對與補償電容和軌道區(qū)段的相對位置關(guān)系，分別推導(dǎo)出輪對間和收發(fā)端間的傳輸矩陣，最終建立列車由駛?cè)胫脸銮遘壍离娐穮^(qū)間的軌道電路多輪對動態(tài)分路模型。在ZPW-2000型軌道電路實驗臺上測取鋼軌的一次參數(shù)并進行列車分路實驗，將模型仿真數(shù)據(jù)與列車分路數(shù)據(jù)進行對比分析，分析多輪對分路模型輪對數(shù)量對仿真數(shù)據(jù)和模型性能的影響。研究結(jié)果表明：多輪對分路模型分路輪對數(shù)越接近實際分路情況，模型的精確性越高，驗證了本文建模思想和模型的正確性。模擬2種常見的軌道電路故障，相對于現(xiàn)有單輪對模型，本文模型能夠更好地模擬軌道電路工作情況，可為故障診斷研究提供更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支持。

軌道電路；建模；多輪對分路；故障數(shù)據(jù)

軌道電路是鐵路信號系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，具有列車占用情況檢測、完整性檢查和向列車傳輸行車信息等功能。軌道電路一旦出現(xiàn)故障，輕則影響行車效率，重則造成人員傷亡。目前在軌道電路故障診斷研究中，通常需要大量的故障數(shù)據(jù)樣本，但軌道電路發(fā)生故障的時間和位置具有隨機性，且軌道電路微機監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)量大，篩選軌道電路故障數(shù)據(jù)存在一定難度。隨著智能算法以及多信息融合的方法大量應(yīng)用于軌道電路故障診斷[1?2]，對故障數(shù)據(jù)的需求越來越大，數(shù)據(jù)逐漸成為制約軌道電路故障診斷技術(shù)發(fā)展的瓶頸。已有研究表明，可以通過軌道電路模型模擬產(chǎn)生的故障數(shù)據(jù)代替現(xiàn)場數(shù)據(jù)來進行故障診斷研究[3?7]。張夢琪等[5]通過軌道電路模型分析分路不良故障對機車感應(yīng)電流信號的影響。孫上鵬等[8?10]采用均勻傳輸線理論建立軌道電路調(diào)整和分路狀態(tài)的模型，模擬軌道電路分路電流和軌出電壓，并根據(jù)電流和電壓曲線對補償電容故障進行診斷。孫上鵬等[11]利用軌道電路模型產(chǎn)生的故障數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了基于SVM算法的軌道電路故障智能診斷。以上針對軌道電路分路情形建模時，均采用單輪對(即一個等效的分路電阻并聯(lián)于兩段鋼軌之間)模擬列車分路情形。Wakabayashi 等[12?13]通過在鋼軌上進行分路實驗，發(fā)現(xiàn)分路輪對個數(shù)的變化會引起分路電流的差異。當(dāng)列車駛?cè)胲壍绤^(qū)間時，隨著列車運行的位置變化，分路輪對數(shù)也將隨之發(fā)生變化，從而引起鋼軌輸入阻抗變化，最終導(dǎo)致分路電流和軌出電壓變化。因此，單輪對分路模型難以模擬列車真實的分路狀態(tài)。本文針對ZPW-2000移頻軌道電路，根據(jù)列車的真實分路情況，基于輪對與補償電容和軌道區(qū)段的相對位置關(guān)系，分別推導(dǎo)出輪對間和收發(fā)端間的傳輸矩陣。分析列車從駛?cè)胲壍离娐穮^(qū)間至駛出區(qū)間分路輪對數(shù)量的變化，在此基礎(chǔ)上建立軌道電路多輪對動態(tài)分路模型。在ZPW-2000軌道電路實驗臺測量了鋼軌的一次參數(shù)，并進行列車分路實驗，測量列車分路時的分路電流和軌出電壓實測數(shù)據(jù)。通過模型模擬數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)的對比分析，分析輪對數(shù)量對仿真數(shù)據(jù)和模型性能的影響，驗證了本文建模思想和分路模型的正確性。在分路模型和實驗臺上模擬補償電容開路和分路不良故障2種故障模式，通過分析，結(jié)果表明：相對于單輪對分路模型，本文模型能夠產(chǎn)生更精確的故障數(shù)據(jù)，可為軌道電路故障診斷研究提供模型支持。

1 現(xiàn)有軌道電路單輪對分路模型

在現(xiàn)有文獻中[3?4]，采用單輪對即一個分路電阻并聯(lián)在鋼軌兩端來模擬列車分路軌道電路情形，列車分路軌道電路等效電路模型如圖1所示。圖中，g是從分路位置到軌道電路接收端的輸入阻抗；g()是發(fā)送端到第1個輪對的傳輸矩陣；r()是最后1個輪對到接收端的傳輸矩陣；tc()是發(fā)送端到接收端的傳輸矩陣。

圖1 ZPW-2000軌道電路分路示意圖

設(shè)發(fā)送端和接收端的電纜等效傳輸矩陣分別為ca1和ca2，發(fā)送端和接收端的匹配變壓器的等效傳輸矩陣分別為tr1和tr2，分路輪對的傳輸矩陣為Rf。則從發(fā)送器到接收器的傳輸矩陣tc如式(1)所示：

根據(jù)四端網(wǎng)性質(zhì)，可得軌出電壓re和分路電流cc如式(2)所示：

文獻[12?13]通過實驗驗證了分路輪對的數(shù)量會引起軌面?zhèn)鬏斕匦缘淖兓?1~2)的單輪對分路模型不能有效地反映列車的真實分路情況。

2 軌道電路多輪對動態(tài)分路軌面建模

基于列車輪對與補償電容和軌道區(qū)段的相對位置關(guān)系，推導(dǎo)出了2個輪對之間的傳輸矩陣，在此基礎(chǔ)上根據(jù)列車運行的位置的變化，建立了多輪對動態(tài)分路模型。

2.1 2個輪對之間的傳輸矩陣

補償電容在鋼軌上是等間距安置的，故空閑的軌道電路軌面可看作是由多個補償電容單元級聯(lián)而成。補償電容單元如圖2所示。設(shè)一端軌道電路上安置了個補償電容，補償電容的安置間距為c，其中第1個和最后1個補償電容分別距離發(fā)送端和接收端c/2。將補償電容和其兩邊長為c/2鋼軌單元看作一個補償電容單元，如圖2所示。

圖2 補償電容單元等效四端網(wǎng)絡(luò)

圖2中，x和c分別是長度為c/2的鋼軌和補償電容的傳輸矩陣，cc是一個補償電容單元的傳輸矩陣。設(shè)和c分別為鋼軌的傳輸系數(shù)和特性阻抗，則x，c和cc傳輸矩陣可以表示為：

設(shè)輪對運行到第個補償電容單元，則2個輪對與補償電容的位置可分為3種(由于補償電容最小設(shè)置間距大于列車任意2輪對間距)，如圖3所示。

設(shè)2輪對間距為，補償電容的間距為c。當(dāng)補償電容位于2輪對之間時，設(shè)第1個輪對和第2個輪對與補償電容的距離分別為1和2，對應(yīng)長度的鋼軌傳輸矩陣分別為d1和d2，則2輪對之間鋼軌的傳輸矩陣ld如式(6)所示：

2.2 基于分路位置的軌面建模

列車車體從駛?cè)胲壍离娐穮^(qū)間至完全出清軌道電路區(qū)間過程中，分路輪對數(shù)量的變化趨勢為先增加再保持不變?nèi)缓笾饾u減少。本節(jié)針對軌道電路發(fā)送端至接收端鋼軌部分，建立四端網(wǎng)絡(luò)模型。

圖3 輪對與補償電容位置關(guān)系示意圖

以列車車體完全駛?cè)胲壍离娐穮^(qū)間為例，對鋼軌部分建模進行說明。列車車體完全駛?cè)胲壍离娐穮^(qū)間時，如圖4所示，分路輪對數(shù)量不隨行駛距離發(fā)生變化。設(shè)發(fā)送端到第1個輪對的傳輸矩陣為g()，列車總輪對的個數(shù)為，第1個分路輪對到最后一個分路輪對的傳輸矩陣為D()，最后1個分路輪對到接收端的傳輸矩陣r()，第個輪對到發(fā)送端的距離為j，對應(yīng)長度鋼軌的傳輸矩陣 為ldj()。

圖4 多輪對分路示意圖

顯然，當(dāng)列車第1個輪對運行到第個補償電容單元時，發(fā)送端到第1個輪對的傳輸矩陣g() 如式(7)所示：

第1個輪對到最后1個輪對之間的傳輸矩陣D()如式(8)所示：

設(shè)1為最后1個輪對到接收端的距離，那么接收端的傳輸矩陣r()如式(9)所示：

由此可得出從發(fā)送器到接收器的傳輸矩陣tc如式(10)所示：

當(dāng)鋼軌駛?cè)牒婉偝鲕壍离娐穮^(qū)間時，分路輪對分別增加和減少，其矩陣形式和建模方法與列車車體完全駛?cè)胲壍离娐穮^(qū)間基本一致，在此不作論述。

2.3 軌出電壓Ure和分路電流Icc建模

在對軌道電路進行故障診斷研究時，常采用軌出電壓和分路電流的數(shù)據(jù)判斷軌道電路是否出現(xiàn)故障。本節(jié)根據(jù)前面提出的多輪對分路軌面模型，對軌出電壓re和分路電流cc進行建模。

2.3.1 軌出電壓re

設(shè)發(fā)送器發(fā)出的移頻信號電壓有效值為se，由傳輸矩陣性質(zhì)，軌出電壓re如式(11)所示：

2.3.2 分路電流cc

考慮到列車的TCR安裝在頭車，TCR感應(yīng)的是列車第1個輪對的分路電流，此處對第1個輪對的分路電流cc進行建模。列車駛?cè)雲(yún)^(qū)間時四端網(wǎng)絡(luò)模型如圖5所示。圖5中，Rf為分路電阻的傳輸矩陣，f2為第1個輪對與接收器之間的傳輸矩陣，等同于由D()，Rf，r()和re4個四端網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)的傳輸矩陣。

圖5 列車在區(qū)間中行駛時等效四端網(wǎng)絡(luò)

第1個輪對與接收器之間的傳輸矩陣f2如式(12)所示：

根據(jù)四端網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)，分路電流cc和軌出電壓re的關(guān)系如式(13)所示：

則第1個輪對的分路電流cc如式(14)所示：

3 實驗臺的參數(shù)測定

在ZPW-2000型軌道電路實驗臺上進行列車分路實驗，測量分路電流和軌出電壓的數(shù)據(jù)，用于驗證本文提出的多輪對分路模型的正確性。為保證模型和實驗臺使用參數(shù)一致，首先對鋼軌1次參數(shù)進行測量。

3.1 實驗臺參數(shù)測試

軌道電路實驗臺參數(shù)測量示意圖如圖6所示，鋼軌外接220 V交流電源經(jīng)變壓器BG5進行供電。BG5的二次側(cè)串聯(lián)接入交流電流表，用于測量發(fā)送端電流。發(fā)送端和接收端兩端分別并聯(lián)交流電壓表，用于測量發(fā)送端和接收端的電壓。

圖6 實驗臺軌道電路參數(shù)測試示意圖

測試方法如下：

1) 將接收端開路，在發(fā)送端測量軌面電壓s￥和送電電流s￥，同時在接收端測量軌出電壓z￥；

2) 將接收端短路，測量發(fā)送端軌面電壓s0和送電電流s0；

3) 測量軌道電路長度。

3.2 軌面一次參數(shù)計算

根據(jù)3.1中測量的數(shù)據(jù)，可計算出軌道電路實驗臺的一次傳輸參數(shù)。

1) 首先計算開路和短路時的輸入阻抗模值：

開路時輸入阻抗

短路時輸入阻抗

2) 根據(jù)式(15)~(16)可以計算出阻抗模值和傳播系數(shù)：

特性阻抗

衰耗常數(shù)

相移常數(shù)

傳播系數(shù)

3) 根據(jù)式(17)~(20)可求得軌道電路的一次傳輸參數(shù)：

鋼軌阻抗

道砟電阻

式(21~22)中：0，0，d和d分別為軌道電路的鋼軌電阻、鋼軌電感、道砟電阻和泄露電容；為發(fā)送端電源的載頻。

經(jīng)過相關(guān)測量和計算，得到軌道電路相關(guān)參數(shù)見表1所示。其中，分路實驗采用的車型是CRH-2動車組，該車型由8節(jié)車廂組成(即有16個分路 輪對)。

表1 ZPW-2000軌道電路實驗臺一次參數(shù)

4 分路實驗與模型對比分析

4.1 多輪對分路模型正確性驗證

在實驗臺上進行列車分路實驗，自列車勻速駛?cè)虢邮斩酥脸銮灏l(fā)送端過程中，每隔40 m測量1次軌出電壓和分路電流有效值，得到列車分路實測數(shù)據(jù)。保持與軌道電路實驗臺的參數(shù)一致，建立軌道電路多輪對分路模型，模擬列車分路過程。首先建立2輪對分路模型，在2輪對分路模型中，從發(fā)送端到第1個輪對的傳輸矩陣g2()如式(23)所示：

2個輪對之間鋼軌的傳輸矩陣D2()如式(24)所示：

第2個輪對到接收端的傳輸矩陣r2()如式(25)所示：

根據(jù)g2()，D2()和r2()以及式(12~14)可得到2輪對分路的軌出電壓和分路電流的解析式。在2輪對分路模型基礎(chǔ)上，可推導(dǎo)出多輪對分路模型。

將列車分路實測數(shù)據(jù)、16輪對模型以及現(xiàn)有單輪對軌道電路分路模型(見式(1)~(2))仿真數(shù)據(jù)進行對比，分路電流、軌出電壓的對比結(jié)果分別如圖7~8所示。從圖7和圖8可以看出，16輪對模型仿真數(shù)據(jù)與列車分路實測數(shù)據(jù)較為接近，而單輪對模型與實測數(shù)據(jù)間存在明顯誤差，表明本文提出的多輪對模型能夠更好地反映列車的分路情況。在列車自接收端向發(fā)送端運行過程中，由于分路輪對數(shù)量不斷變化，改變了分路等效阻抗，自接收端起16輪對分路模型與單輪對模型的分路電流和軌出電壓的差異逐漸增大。由于補償電容的存在，單輪對模型分路電流從發(fā)送端到接收端呈現(xiàn)波浪式的衰減，16輪對模型的“波峰”則較平，而軌出電壓包絡(luò)變化趨勢基本一致。在數(shù)值上，由于分路輪對的增加導(dǎo)致鋼軌等效分路阻抗的減小，16輪對模型分路電流和軌出電壓整體上小于單輪對模型分路電流和軌出電壓。

圖7 未發(fā)生故障分路電流的實測和仿真數(shù)據(jù)

圖8 未發(fā)生故障軌出電壓的實測和仿真數(shù)據(jù)

計算不同輪對分路模型仿真數(shù)據(jù)與列車分路實測數(shù)據(jù)之間的均方根誤差，以表征仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)之間的差異程度。均方根誤差RE的計算公式如式(26)所示：

式中：D為第個測點仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)之間的絕對誤差；為實驗臺的測點個數(shù)。均方根誤差RE越大，表明仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)總體之間的差異越大。仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)之間的均方根誤差見表2所示。設(shè)仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)之間的相對誤差為δ，δ的計算公式如式(27)所示：

式(27)中：R為列車分路實驗的實測數(shù)據(jù)。根據(jù)仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)之間的相對誤差絕對值||，繪制軌道電路未發(fā)生故障下不同分路輪對分路電流和軌出電壓的相對誤差盒狀圖，如圖9所示。

從表2和圖9可以看出，未發(fā)生故障的情況下，隨著模型分路輪對數(shù)的增加，分路電流和軌出電壓仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)之間整體差異逐漸減小，相對誤差及其離散程度不斷降低。該結(jié)果表明分路模型輪對數(shù)越接近實際分路輪對數(shù)，模型精確性越高，驗證了本文建模思想和模型的正確性。

表2 未發(fā)生故障時仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)之間均方根誤差

圖9 未發(fā)生故障分路電流和軌出電壓的相對誤差盒狀圖

4.2 故障模擬

為研究故障情況下本文多輪對模型的有效性，本文在ZPW-2000軌道電路和多輪對分路模型上模擬了2種常見的軌道電路故障，并進行了對比分析。通過開路補償電容C4以及增大鋼軌接觸電阻的方式[5]，在ZPW-2000軌道電路試驗臺上分別模擬補償電容開路和分路不良2種故障模式，并進行列車分路實驗，每隔40 m測量1次分路電流和軌出電壓數(shù)據(jù)。通過測量，得到分路不良故障時單個輪對的分路電阻由0.31 Ω上升到0.5 Ω。

調(diào)節(jié)16輪對分路模型中參數(shù)，將第4個補償電容和單個輪對分路電阻與上述分路實驗保持一致，模擬補償電容開路和分路不良故障。通過仿真，得到故障時的分路電流如圖10所示。

圖10 故障情況下16輪對模型分路電流包絡(luò)

從圖10可見，列車分路情況下，發(fā)生C4補償電容開路故障時，該位置分路電流上升趨勢消失，電流幅值平滑下降。C4的開路故障對接收端方向的分路電流數(shù)值產(chǎn)生影響，而對發(fā)送端方向分路電流幾乎沒有影響。發(fā)生分路不良故障時，分路電流包絡(luò)形狀基本不發(fā)生變化，但分路電流數(shù)值下降明顯。采用HHT提取C4開路故障、分路不良故障以及軌道電路工作正常時分路電流的相位信息[3]，如圖11所示。從圖11可見，發(fā)生分路不良故障時，分路電流的相位信息與未發(fā)生故障時相同，均在補償電容位置發(fā)生突變。而發(fā)生C4開路故障時，C4~C12段相位異常。由此可見，補償電容開路故障會引起分路電流的相位異常。

通過模型產(chǎn)生C4開路、分路不良故障以及軌道電路正常時軌出電壓曲線，如圖12所示。從圖12可見，發(fā)生第4個補償電容開路故障時，自C4至C12，軌出電壓包絡(luò)有下降的趨勢，而從C1到C4之間的軌出電壓基本不發(fā)生變化。發(fā)生分路不良故障時，軌出電壓包絡(luò)明顯上升，趨勢不發(fā)生明顯變化。以上結(jié)果可見，多輪對分路模型在發(fā)生故障時，模型產(chǎn)生的分路電流和軌出電壓數(shù)據(jù)與軌道電路正常時有顯著差異，可作為故障診斷的依據(jù)。

圖11 HHT算法得到分路電流的相位信息

圖12 故障情況下16輪對模型軌出電壓包絡(luò)

計算2種故障模式下不同分路輪對模型仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)之間的均方根誤差，見表3所示。做出仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)間相對誤差盒狀圖，如圖13所示。從表3和圖13可見，發(fā)生故障的情況下，模型分路輪對越多，仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)之間整體差異越小，相對誤差及其離散程度越低。16輪對分路模型在軌道電路發(fā)生故障情況下，各測點的分路電流和軌出電壓相對誤差分別低于5%和2%，可以很好地反映軌道電路故障情形。由此可見，相對于傳統(tǒng)的單輪對分路模型，多輪對分路模型能更好模擬軌道電路故障情況，產(chǎn)生比單輪對模型更精確的故障數(shù)據(jù)，且模型分路輪對數(shù)越接近實際分路輪對數(shù)，模型產(chǎn)生的故障數(shù)據(jù)越接近真實故障數(shù)據(jù)，模型精確性越高。

(a1), (a2) C4補償電容開路故障；(b1), (b2) 分路不良故障

表3 發(fā)生故障時仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)之間均方根誤差

5 結(jié)論

1) 分析列車實際駛?cè)胲壍离娐穮^(qū)間時輪對數(shù)量的變化，并基于列車輪對與補償電容的位置關(guān)系，建立多輪對動態(tài)變化時的軌道電路分路模型。

2) 在ZPW-2000軌道電路進行列車分路實驗，基于不同分路位置測取分路電流和軌出電壓的數(shù)據(jù)，并與仿真數(shù)據(jù)進行對比驗證，分析分路輪對數(shù)量變化對傳輸特性的影響。計算仿真數(shù)據(jù)和列車分路數(shù)據(jù)之間的均方根誤差并繪出相對誤差盒狀圖，經(jīng)過分析，結(jié)果表明：多輪對分路模型輪對數(shù)越接近實際分路輪對數(shù)，模型的精確性越高，驗證了本文建模思想和模型的正確性。

3) 模擬2種常見軌道電路故障，并進行誤差分析，結(jié)果表明相對于現(xiàn)有單輪對分路模型，多輪對分路模型能產(chǎn)生更精確的故障數(shù)據(jù)，為軌道電路故障診斷提供模型支持。并且多輪對分路模型在模擬故障情況時，輪對數(shù)越接近實際分路輪對數(shù)，模型精確性越高，產(chǎn)生故障數(shù)據(jù)越可靠。

[1] 李娜, 董海鷹. 基于D-S證據(jù)理論信息融合的軌道電路故障診斷方法研究[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報, 2012, 9(6): 107?112. LI Na, DONG Haiying. Research on track circuit fault diagnosis method based on D-S evidence theory information fusion[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2012, 9(6): 107?112.

[2] 陸曉峰, 王小敏, 李光耀. 基于Mamdani模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相敏軌道電路故障診斷方法研究[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計, 2015(11): 104?109. LU Xiaofeng, WANG xiaomin, LI Guangyao. Research on phase-sensitive track circuit fault diagnosis based on mamdani fuzzy neural network[J]. Railway Standard Design, 2015(11): 104?109.

[3] 趙林海, 蔡伯根, 邱寬民,等. 基于HHT、DBWT的無絕緣軌道電路補償電容故障診斷[J]. 鐵道學(xué)報, 2011, 33(3): 49?54. ZHAO Linhai, CAI Bogen, QIU Kuanmin, et al. The method of diagnosis of compensation capacitor failures with jointless track circuits based on HHT and DBWT[J]. Journal of the China Railway Society, 2011, 33(3): 49? 54.

[4] 趙林海, 許俊杰, 劉偉寧,等. 基于Levenberg- Marquardt算法和廣義S-變換的無絕緣軌道電路補償電容的故障檢測[J]. 控制理論與應(yīng)用, 2010, 27(12): 1612?1617. ZHAO Linhai, XU Junjie, LIU Weining, et al. Compensation capacitor fault detection method in jointless track circuit based on Levenberg-Marquardt algorithm and generalized S-transform[J]. Control Theory and Applications, 2010, 27(12): 1612?1617.

[5] 張夢琪, 趙會兵, 孫上鵬. 基于粒子群支持向量機的軌道電路分路不良預(yù)測方法[J]. 鐵道學(xué)報, 2015, 37(10): 68?74. ZHANG Mengqi, ZHAO Huibing, SUN Shangpeng. Prediction of shunt malfunction of track circuit based on PSO-SVM[J]. Journal of the China Railway Society, 2015, 37(10): 68?74.

[6] 黃贊武, 魏學(xué)業(yè), 劉澤. 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軌道電路故障診斷方法研究[J]. 鐵道學(xué)報, 2012, 34(11): 54?59. HUANG Zanwu, WEI Xueye, LIU Ze. Fault diagnosis of railway track circuit using fuzzy neural network[J]. Journal of the China Railway Society, 2012, 34(11): 54?59.

[7] WANG Xiaomin, GUO Jin, JIANG Lei, et al. Intelligent fault diagnosis and prediction technologies for condition based maintenance of track circuit[C]// IEEE International Conference on Intelligent Rail Transportation, 2016.

[8] 孫上鵬, 趙會兵. 基于相空間重構(gòu)的無絕緣軌道電路補償電容故障檢測方法[J]. 鐵道學(xué)報, 2012, 34(10): 79?84. SUN Shangpeng, ZHAO Huibing. The method of fault detection of compensation in jointless track circuit based on phase space reconstruction[J]. Journal of the China Railway Society, 2012, 34(10): 79?84.

[9] 賈晨子, 劉彥堂, 楊世武. 移頻軌道電路模型建立及應(yīng)用[J]. 鐵路計算機應(yīng)用, 2007, 16(4): 34?35. JIA Chenzi, LIU Yantang, YANG Shiwu. Establishment and application of model for frequency-shift track circuit[J]. Railway Computer Application, 2007, 16(4): 34?35.

[10] 秦利國, 何瀟, 李娟, 等. 軌道電路補償電容斷路故障診斷[C]// 第25屆中國控制與決策會議, 貴陽, 2013: 4869?4873. QING Liguo, HE Xiao, LI Juan, et al. Fault diagnisis for open component capacitor in track circuits[C]// the 25th Chinese Control and Decision Conference, Guiyang, 2013: 4869?4873.

[11] 孫上鵬. 無絕緣軌道電路故障診斷方法研究[D]. 北京:北京交通大學(xué), 2014. SUN Shangpeng. Research on fault diagnosis for railway jointless track circuits[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2014.

[12] Wakabayashi Y, Nakagawa D, Kitagawa T, et al. Influence of contact condition between rails and wheels upon track circuit shunting. 3rd report. electric resonance phenomena by track circuit shunting of running train’s wheelset[J]. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, 2002, 68(10): 3023?3028.

[13] Hirama J, Wakabayashi Y, Kitagawa T, et al. Influence of contact condition between rails and wheels upon track circuit shunting (4th Report, Result of Continuously Measured Shunting Resistance of the Running Wheelsets): 4th Report, Result of Continuously Measured Shunting Resistance of the Running Wheelset[J]. Advances in Structural Engineering, 2005, 71(4):1263?1268.

(編輯 陽麗霞)

Research on dynamic multi-wheel sets shunted track circuit modeling

FU Jiawei, WANG Xiaomin, GUO Jin

(School of Information Science and Technology, the Key Laboratory of Traffic Information Engineering and Control, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China)

Aiming at the shortcomings that ZPW-2000 track circuit single-wheel-shunt model is difficult to reflect the real shunted situation, a new modeling method of track circuit based on dynamic multi-wheel setsshunting was proposed in this paper. Based on the positional relationship of the wheelset , the compensation capacitor and track section, the transmission matrix of wheel sets, transmitter and reciever was deduced. Finally, the dynamic multi-wheel sets shunted model in the process of entering and pulling out the track circuit was established. Primary parameters and shunted test data was measured on ZPW-2000 test bed, and the influence of quantity of shunted wheel sets on simulated data and model performance was analyzed through the the comparative analysis of the simulated data and test data. As a result, the nearer quantity of shunted wheel sets on multi-wheel sets shunted model approximates to real shunted condition, the higher accuracy of model is, the modeling idea and validity of multi-wheel sets shunted model in this paper is verified. Two kinds of track circuit fault were simulated. The results shows that compared with the single-wheel set shunted model, multi-wheel sets model matches the practice better and provides more accurate data to support fault diagnosis of track circuit.

track circuit; modeling; multi-wheel sets shunt; fault data

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2018.09.026

U284.22

A

1672 ? 7029(2018)09 ? 2374 ? 11

2017?06?25

國家自然科學(xué)基金資助項目(61371098)；四川省應(yīng)用基礎(chǔ)研究資助項目(2015JY0182)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目(2682017ZDPY10)

王小敏(1974?)，男，江西萍鄉(xiāng)人，教授，博士，從事鐵路信號運維與安全工程方向研究；E?mail：xmwang@swjtu.edu.cn