任务5-1大风监测子系统.

石家庄铁路职业技术学院 教教 案案 首首 页页 课程名称高速铁路安全与防灾技术编 号5 学习单元任务 5 1 大风监测子系统 知识目标 熟悉大风监测子系统的功能 掌握其主要设备构成 安装要求和警 报参数 通过案例熟悉大风监测子系统的主要功能及操作流程 教学目的 与要求 能力目标 掌握大风监测子系统的功能和主要设备组成 板书多媒体仿真演示实物演示分组讨论学生操作 授课方式 教学资源教材 教案 PPT 仿真软件操作 习题 现场图片 相关文件和规章制度 重点难点 重点 大风监测子系统的概念 系统构成 主要设备和操作流程 难点 大风监测子系统的组成设备和操作流程 复习 5 分钟讲课 40 分钟 教学进程 安排 小结 5 分钟上机操作40 分钟 任课教师编写日期年 月 日 石家庄铁路职业技术学院教案 1 新课内容新课内容 任务任务 5 15 1 大风监测子系统大风监测子系统 随着列车运行速度的提高 大风会引起列车的动力学参数发生变化 包括 脱轨系数 减载率 倾覆系数以及轮轨横向力均显著增大 强风影响着列车运 行的安全性和稳定性 己成为制约高速旅客列车安全运营的因素之一 针对强 风对高速铁路的影响 各国铁路普遍采用在强风路段设立挡风墙和采用大风监 测系统进行防护 我国现己建成运营和在建的高速铁路大都设置有大风监测系 统 并根据风速对列车实施速度控制 目前 采用监测判断风速检测值是否超 过给定的阀值来判断控制措施 但如何确定阀值 阀值与车型的关系 管制时 间与安全和运营效率间的关系尚需深入研究 一 大风报警一 大风报警 大风报警就是在检测到超过极限风速时 通过报警使高速列车减速运行 使横向振动惯性力和气动横向分力减小 提高列车倾覆临界风速 保证高速列 车的运行安全 强风报警系统首先应选择适当的监测地点 确定危险风速 设 定管制时间 国内外强风管制阀值均以瞬时风速为依据 管制风速的大小与管 制区间风特性 地形地貌 列车速度和车辆性能等有关 日本先期曾采用流场实验方法模拟在路堤上走行的高速列车 即考虑了 列车风 与自然风沿路堤的攀升对列车的影响 通过风洞实验计算车辆临界 倾覆风速 近 10 年随着计算机数值流体力学的发展 开始对车辆横风气动特性 进行了流场数值仿真模拟研究 作为风洞实验验证的补充手段 日本制定的强 风运行管制规则以瞬时风值为基础 规定的强风下行车管制规则如表所示 石家庄铁路职业技术学院教案 2 在管制解除风速方面日本也有大量研究 但大多数仍采用一些经验公式 如经验公式 运行管制解除风速 瞬时风速 瞬风率 瞬风率 最大风速 平均风速 或规定结束风管制时间为后延 30 分钟 在国内既有线上 大风监测系统经过多年运行日臻成熟 以乌鲁木齐铁路 局 青藏铁路为例 他们考虑各自线路特点 风口大风特性 运行车辆性能等 经过计算和试验后 制定了大风时行车规则 采用超限风速报警方式 对列车 实行运行管制 至 2009 年青藏铁路全线大风预警系统已发送了 5 万条预警信息 未发生过一起因大风导致的事故 对青藏铁路安全运行起到重要作用 个别路 段目前还正在试验实测风速和预测风速相结合的报警方式 京津城际铁路技术管理暂行办法中对风速与动车车速的规定如下表所示 二 大风监测子系统的设备构成二 大风监测子系统的设备构成 大风监测子系统前端由两台风速风向传感器 数据采集传输单元 避雷器 现场数据采集传输单元 传输电缆等组成 风速风向计通过信号电缆连接到就 近的基站的监控单元 数据采集传输原理如下图 石家庄铁路职业技术学院教案 3 1 风速风向计选择 三杯式和螺旋桨式风速风向计 虽然价格低 但维 修成本大 不适宜高速铁路高可靠性的要求 超声波式和热场式风速风向计 具有高精度 高可靠性和高性价比的特点 可以满足高速铁路使用要求 其中 超声波式在寒冷环境下使用需要加热 否则 探头结冰或结霜会影响测量结果 石家庄铁路职业技术学院教案 4 设备中有一个电气隔离的半双工 2 线式 RS485 接口 可用于系统配置 循 环测量和固件升级 由监控单元机柜内的电源模块为其提供工作电源 3 风速风向计电源信号接口风速风向计电源信号接口 设备下方有一个 8 孔螺纹连接件 可通过提供的连接线连接供电电源和各 种接口 设备接口图如下 4 数据采集传输单元数据采集传输单元 数据采集传输单元主要为风速计提供电源转换与防雷 信号防雷 以及风 速计专用线缆和数字信号屏蔽电缆之间的转接功能 三 设备安装三 设备安装 风速风向计设于线路的迎风侧 距离轨面 4m 0 5 m 高 安装方向与线路 方向同侧 可考虑安装在 GSM R 基站的接触网杆上 现场设备箱可设在风速风 向仪支柱上 采用抱箍安装的形式 具有防水 防尘等功能 1 风速风向计布点 第一种是重点位置布置法 利用铁路沿线气象站多 年风速风向资料 结合铁路沿线现场地形踏勘和地理参数 采用工程气象学 列车空气动力学及概率论与数理统计相结合的方法 进行最大风速时距换算 经热岛修正 地形订正 高度订正等规范化处理 建立最大风速概率模式 以 概率模式重现期定量分析最大风速对列车安全运行影响 得出全线最大风速分 布曲线 最终确定布点方案 满足客运专线工程规划 设计 施工和安全运行 的需要 第二种是覆盖法 依据给定线路的地形参数 地表情况 路堤及高架 桥的设置 运用 CFD 计算流体力学 技术完成该区段的风流模型 铁路沿 线每隔 50 m 的风流模拟 而后依据该模型及线路自身的弯曲及倾斜数据 运 行车辆的风动数据 计算出沿线每 50 m 处平均风速及最不利风向与测风点实 石家庄铁路职业技术学院教案 5 测数据的转换系数 形成该区段危险风速与风向的关系曲线 即临界曲线 两种方法均可实现布点目标 其中覆盖法由于不必担心布点的遗漏 更具 有可操作性 3 风速风向计安装 风速风向计通常安装在线路外侧的 GSM R 铁塔上或 线路旁接触网支柱上 对于防风预警监控系统