[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

说明书

本发明属于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，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。利用特殊检查列车采集的电压和电流测量值，然后推导出了估算各种无绝缘轨道电路的参数的公式以及利用数值仿真说明主要结果，通过分析各种参数的变化情况可对无绝缘轨道电路的补偿电容故障进行估计，并对其故障进行分析。

技术领域

本发明涉及无绝缘轨道电路补偿电容的参数估计与故障诊断的技术领域，涉及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。

背景技术

ZPW-2000无绝缘轨道电路在铁路信号系统中是一种关键的基础设备，起着控制列车的重要作用，它可以对列车进行定位，检测和传输列车指令。因此，无绝缘轨道电路对于实现铁路和高速铁路高效安全运行至关重要。

轨道电路主要由主轨道电路，调谐区域中的小轨道电路，以及发送端和接收端的匹配电路组成，是由铁路线上的一段铁轨组成的导体。但其主要部分通常暴露在开放环境中，所以经常发生故障。因此这些故障，特别是补偿电容的故障，可能导致地面信号和机车信号的误差，甚至导致灾难性事故。所以，检测轨道电路可能发生的任何故障是非常重要的，用以防止发生事故。

由于补偿电容在无绝缘轨道电路中的重要性，其故障检测问题也在被广泛研究。现有技术中已经提出了许多不同并且有效的方法，包括离散事件法，神经模糊方法，遗传算法，时间扭曲法，Dampster-Schafer分类器，EMD和能量算子，以及AOK-TFRs和AGA方法。研究无绝缘轨道电路故障检测的问题远未完成，我们受现有研究成果的启发，将继续解决这一难题，希望发展更为有效的方法来应对故障检测问题，并提供给实践工程师新的检测方法。

如果在不知道电容参数的情况下，是不可能对补偿电容进行故障检测的。另外，在不知道无绝缘轨道电路的其他参数的情况下，也是不可能估计补偿电容的。为此，我们提出了一种用于无绝缘轨道电路故障诊断的参数估计新方法，但是，由于目前铁路网中缺少传感器网络，使得这种参数估计方法不太可能实现。因此，我们欲利用特殊检查列车通过无绝缘轨道电路的每个部分时，测量各部分电压和电流来帮助估计无绝缘轨道电路的各种参数。

发明内容

本发明基于特殊检查列车测量的电压和电流估计无绝缘轨道电路各参数的研究结果，利用特殊检查列车采集的电压和电流测量值，然后推导出了估算各种无绝缘轨道电路的参数的公式以及利用数值仿真说明主要结果，通过分析各种参数的变化情况可对无绝缘轨道电路补偿电容参数进行估算，对补偿电容分析诊断故障。

本发明采用的技术方案如下：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，用于构建无绝缘轨道电路中的每个电路模块的模型。

模型M1见图1，

其中，V_in(s)为输入电压，V_out(s)为输出电压，I_out(s)为输出电流，I_in(s)为输入电流，s表示拉普拉斯算子，T(s)为输入-输出电压、电流的传递函数矩阵。

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和对电容器模块构建二端口网络模型M4。