本文是一篇电力论文，电力系统中，发电厂将天然的一次能源转变成电能，向远方的电力用户送电，为了减小输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降，需要将电压升高。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇电力论文，供大家参考。
1 绪论
1.1 研究背景及意义
2017 年中国铁路总公司投资固定资产 8010 亿元，多个项目的投产运营使得投产里程达到 3038 公里。截止 2017 年底，我国铁路营运里程累计将近 13 万公里（高速铁路占比20%），其中中西部地区以及东北三省的铁路营运里程累计将近 10 万公里。随着二零一七年十二月二十八日石济高铁通车工程竣工，标志着中国“四纵四横”客运专线网规划中的“四横”成功完成。根据 2016 年中铁总公司联合发改委和交通部共同印发的《中长期铁路网规划》，计划至 2020 年，我国将全面建成以“八纵八横”主干道为核心的现代高速铁路网。全国铁路营运规模将达 15 万公里（高铁占比 20%）【1】，铁路复线率将达 60%，铁路电气化率将突破 70%。步入 2018 年，国务院已批复铁路计划可研项目 49 项，开工建设项目 35 项。我国已成为全球范围内高铁系统集成能力最高、投运里程数最多、列车工作速度最快和铁路网建设范围最广的国家。如图 1-1 所示，接触网主回路作为向电力机车供电的关键环节，其畅通与否直接影响铁路供电质量和运营能力。随着电气化铁路牵引供电负荷的逐年加大，保障接触网主回路通畅显得更为迫切和重要。接触网主回路故障主要包括机械故障和电气回路故障，其中电气烧伤损害严重，在事故发生前很难预估，受到接触网供电段检修部门的高度重视【2】。据统计，大同煤矿集团铁矿分公司一年内共发生 135 起接触网故障，其中电气烧伤类故障48 起，约占总故障数的 36%【3】。
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1.2 国内外研究现状
在解决因接触网主回路电气节点过热而引发铁路运营恶性事故方面，除了改进接触网主回路相关设备的制作工艺和提高安装质量方面外，最有效的办法就是实现对接触网主回路电气节点温度状态的监测。目前，在接触网主回路电气节点温度监测方面，国内外研究有以下几种方法：文献【3】设计了 WJY-II 型温度监控装置，主要应用于接触网锚段关节、牵引变电所隔离开关及导线接头的发热测温。但该方法只能在乘坐列车时，利用 PC 电脑采集电连接线夹的温度数据，或在与铁路沿线的平行公路上，乘坐汽车采集数据，无法实现对接触网电连接线夹温度状况的实时监测。文献【7】为使接触网主回路电气节点设备过热现象能够被及时发现，利用北京亚东星机电研究所独家研发的 BC 型变色测温贴片，对所有可能存在过热的电气设备进行监视。但在投入使用之前，接触网检修作业人员需进行 BC 型变色测温贴片使用要点培训。培训之后，接触网检修作业人员由原来的每 2h 巡检一轮改为 4h 巡检一轮，通过巡视测温贴片变色情况，对接触网主回路电气节点过热情况进行分析判断。但此方式的劳动强度依旧较很大，接触网检修作业效率仍旧低下，无法监测电气节点的温升过程。若在巡视计划外发生温度异常，隐患依旧不能被及时发现。文献【8】将示温材料张贴或涂于接触网主回路电气连接线夹表面，当电气连接线夹温度超过阈值时，示温材料颜色发生变化，以此发现电气连接不良缺陷处并进行处理，从而达到预防事故的目的。但是这类材料为不可逆示温材料，在大量投产应用中缺乏经济性和环保性。通过人工巡视示温材料的变色程度，判断电气连接线夹温升是否异常的方式，其巡视判断的质量受到职工专业能力影响，存在人为误判现象，人为因素较大。
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2 基于有限元法的接触网主回路电气节点温度场稳态热分析
2.1 有限元法简介
2.1.1 有限元法
有限元法(简称 FEM)作为一种计算精度较高，解决较复杂问题的高效能数值计算方法，将待求解问题切割成若干互相关联的子问题，对每个单元求得近似解，然后推导求解出总的待解问题的解【19】。从 20 世纪中期发展至今，其应用范围已从最初仅分析固体力学和结构学领域扩展到求解热传导、热应力、电磁场、流体力学等方面。随着计算机辅助技术的迅速发展，各种成熟完善的有限元软件投入使用，有限元法已成为公认的高质量、高效率仿真工具【20】。目前利用计算机辅助设计技术对接触网零部件结构进行三维立体建模，并在此基础上进行有限元法分析的工作已在日、法、德等国开展。在国内机械制造、建筑工程等行业中，有限元法的应用研究己广泛开展，但针对接触网的应用研究比较缺乏。目前国内外接触网研究中应用到有限元法的有以下几种：（1）接触网动力学移动坐标下的实时有限元分析【21】；（2）对接触网电连接线夹发热、传热情况进行有限元分析【22-23】；（3）对接触线烧伤的热分析【24】；（4）对高速铁路馈线电缆护层感应电压及环流进行有限元分析【25】。
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2.2 接触网主回路电气节点温度场数学模型和有限元模型的建立
接触网主回路线夹在通电情况下产生的热量以热传导和对流换热形式散失来达到热平衡。辐射散热对线夹温度场分布的影响甚微，因此采用有限元法对线夹温度场进行稳态热分析时，只考虑对流换热和热传导两种传热方式。在线夹发热作用下，接触线的热传递过程遵守热力学第一定律。在有限元分析过程中做出如下假设：（1）随温度和时间的变化，在热量的影响下，线夹和接触线的质料特质均不变，且材料各向同性，热量无损失；（2）忽略螺母螺纹，按照规则平面处理线夹夹板；（3）忽略接触线自身电阻发热对线夹温度场的影响；（4）线夹产生的焦耳热量作为体热源全部施加在接触线，发热后热量迅速传播至接触线，使得接触部分达到等温；（5）取环境温度为 20℃。
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3 温度监测终端软硬件设计............19
3.1 接触网主回路电气节点过热在线监测系统总体方案........19
3.2 温度监测终端硬件设计......20
3.3 温度监测终端软件开发......25
3.4 本章小结..........30
4 信息管理系统的设计与实现........31
4.1 系统结构概述............31
4.2 关键技术..........31
4.3 云服务器的设计与实现......32
4.4 数据库的设计与访问..........34
4.5 客户端的设计与实现..........38
4.6 本章小结..........46
5 系统实验与分析........47
5.1 温度监测终端功能模块检验........47
5.2 信息管理系统功能模块检验........47
5.3 本章小结..........53
5 系统实验与分析
基于4G网络通信的接触网主回路电气节点过热在线监测系统在完成整套系统的软硬件设计后，要对其进行调试，检验其是否按照预期计划的设计要求运行，及时发现各模块集成后运行所潜在的问题并进行解决。
5.1 温度监测终端功能模块检验
在实验室恒温加热箱内进行温度监测终端的温度采样实验，实验数据如表 5-1 所示。得出本系统温度监测终端采样误差不大于±1℃，平均误差为 0.36℃。实验结果证明本系统温度监测终端温度采样数据精准度达到预期目标。在实验前，计算机需确认已稳定连接 Internet 网络。当用户输入的用户名有效且对应的密码正确后，便通过如图 5-2 所示的客户端用户登录界面进入如图 5-3 所示的信息管理系统主界面。信息管理系统温度数据实时监测界面，如图 5-4 所示。该界面包含数条以“馈线号+采集日期+环境温度/参照体温度/被测电气节点实测温度”形式组合的曲线图，可实时显示温升值、温差值和相对温差值。接触网主回路电气节点温度数据实时监测界面简洁直观地反映被监测电气节点的实时发热情况，为接触网检修作业的相关工作人员提供第一手资料。
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总结
本文针对目前接触网主回路电气节点温度状态尚无在线实时监测，电气节点温升异常现象仍依赖接触网检修作业人员巡检汇报的问题，经过可行性分析、设计研发和实验联调等多个环节，设计并开发出了一套基于 4G 网络通信的接触网主回路电气节点过热在线监测系统。通过实时监测接触网主回路电气节点的温升异常点，确定电气连接点状态，发现设备缺陷，为制定接触网检修计划内容提供依据。本系统经过功能验证，温度监测终端与信息管理系统之间通信良好，温度监测终端可准确采集电气节点温度值，客户端各模块也能正常调用解析数据进行动作。本论文完成的主要完成了以下几个方面的研究：#p#分页标题#e#
（1）运用有限元法，对接触网主回路电气节点中的 JT 型接触线电连接线夹和 JA 型铜接触线接头线夹进行稳态热分析，研究了导线电流和接触电阻对线夹温度场分布的影响，以及温升对接触线的侵蚀程度。通过研究发现，线夹的最高温度随导线电流的增大而平缓增大，随接触电阻的增大而急剧增大，接触电阻阻值对于线夹温度场的影响程度远大于导线电流的影响，是造成接触网主回路电气节点温升异常的主要原因。
（2）完成了温度监测终端的 MCU 处理器模块、4G 网络通信模块和温度采集模块的硬件选型，并设计了相应的外围电路。通过对温度监测终端装置的软件编程，实现了温度监测终端采集接触网主回路电气节点温度数据，通过4G网络传输至信息管理系统的功能。
（3）从云服务器、云/本地数据库和客户端三方面入手，设计并实现了信息管理系统，进而完成温升、温差和相对温差等数据的处理。当任意一项数据超过预/报警阈值时，信息管理系统将以“弹窗+声音警报”形式告知相关接触网工作人员。
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参考文献（略）
