[发明专利]检测无绝缘轨道电路补偿电容的参数估计与故障诊断方法

权利要求书

1.检测无绝缘轨道电路补偿电容的参数估计与故障诊断方法，其特征在于，使特殊检查列车通过无绝缘轨道电路，并测量无绝缘轨道电路中多个电路模块的电压和电流，基于多个电路模块的数学模型，利用输入输出V-I参数估计法分析和估算无绝缘轨道电路的补偿电容，基于补偿电容的估计值对无绝缘轨道电路故障进行诊断；

无绝缘轨道电路中的电路模块包括轨道传输线模块、发送/接收电缆模块和电容器模块；

通过二端口网络模型对无绝缘轨道电路建立模型M1，基于M1，通过拉普拉斯变换，依托基尔霍夫定律，分别对轨道传输线模块构建二端口网络模型M2，对发送/接收电缆模块构建二端口网络模型M3，对电容器模块构建二端口网络模型M4和对主轨道构建电路模型M5；

其中，输入输出V-I参数估计法的步骤如下：

当特殊检查列车驱动时，轮轨构成相应轨道电路的负载，假设为分流电阻R_L：

R_L＝0.15Ohm

当特殊检查列车驱动整个轨道电路部分时，对于R_L上的电压和通过R_L的电流，至少需要M个测量样本和其中时间样本均匀分布：

t_k＝t₀+kΔ,Δ＞0

进一步假设M＝N，所以当0≤k≤N时，得到公式I：

其中，{v_k,i_k}与M5中相同；

在给定载波频率下，根据公式I的测量值和已知的在发送端估计各电路模块的传输矩阵；

引入引理1：参考M5，令{I_k(s),V_k(s)}分别是{v_k(t),i_k(t)}的拉普拉斯变换，在M4中发送端调谐区电路到接收端调谐区电路的二端口传输矩阵中，当1≤k≤N时的每个T_k(s)，关系式如下：

有T_k11(s)＝T_k22(s)，并且引理1也适用于T₀(s)和T_N+1(s)；

基于M5，取k＝M＝N，有以下测量值：

{v_a(t_k),i_a(t_k)},{v₀(t_k),i₀(t_k)}

将其转换成复数值，如下所示：

{V_ak,I_ak,V_0k,I_0k}

当1≤k≤N时，(V_0(N+1),I_0(N+1))的相量形式分别为(V_b,I_b)，当{V_ak,I_ak,V_0k,I_0k}先在k＝N+1处测量，然后在k＝N,N-1,···,0处测量，先估计k＝0时的T_k(s)，然后是k＝1,2,···,N+1；

假设分别用表示估计的用{V_ak,I_ak,V_0k,I_0k}的测量来估计T_k(s)，因为

基于计算得到：

得到了一个对T_k(s)的等效计算的公式II：

引入定理1：将{T_kij(s)}表示为T_k(s)的第(i,j)项，给定对于k∈{1,2,···,N}，公式II存在唯一解{T_kij}_i,j；

获得T_k(jω_c)的估计值，即可计算阻抗密度Z_0k(jω_c)，传播常数γ_k(jω_c)和导纳Y_Ck；通过轨道传输线的二端口传输矩阵和电容器模块的二端口传输矩阵，假设不同的传播常数和阻抗密度，得到：

T_k12，T_k21和T_k11＝T_k22分别由以下公式给出：

通过上述三个非线性函数，计算三个未知数

电容器导纳的估计补偿电容的故障可以得到检测，参见M4，如果相应的电阻大于某个阈值，并且电容在一定范围之外，认为补偿电容有问题，即出现故障，不能正常工作。