高速铁路均采用电气化,电气化铁路与其它牵引方式相比,牵引供电系统中设备繁多、构造复杂,随着服役时间的增加,高速牵引供电设备的服役性态也在发生着变化,其中一些性能的恶化威胁着高速铁路的安全运行,因此,需要合理维护牵引供电系统,确保其高可靠性,这对铁路的正常运输组织有着重要作用。尽管中国高速铁路牵引供电系统的设计、制造和集成技术已具有世界先进水平,然而,高速牵引供电系统的运营维护管理仍面临着巨大挑战。一方面,随着高速铁路的发展,工频交流制牵引供电系统存在电分相,造成供电断点,制约运输能力和速度提高这一问题日益凸显,同相供电技术是解决这一问题的关键,虽然近年来同相供电技术已经取得了快速的发展和应用,但有关同相供电装置的运营维护研究仍属空白,这一问题无疑制约了同相供电技术的发展。另一方面,接触网-受电弓系统及关键设备的运行状态对高速牵引供电系统运行仍然具有最为直接的影响,接触网与受电弓设备及关键部件在长期服役过程中出现的性能劣化严重影响牵引供电的运行品质,供电故障时有发生。虽然目前中国正在开展高速牵引供电设备安全检测监测系统(6C系统)的研究,但如何有效利用监测所获取的海量数据,从而掌握高速牵引供电设备故障状态和设备性能的劣化规律,在此基础上开展状态维修,仍然是一个具有挑战性的亟待解决的重大现实问题。总而言之,高速铁路牵引供电系统在长期服役过程中的安全性态将发生变化,给高速牵引供电设备运行维护安全带来极大的挑战。解决这种挑战性问题的有效手段是在监测数据分析的基础上,对高速牵引供电系统运行工况进行在线监测与状态检测,通过对牵引变电所、接触网、受电弓设备及关键部件运行安全性能的相关和参数动态变化等方面的研究,掌握牵引供电故障状态特征的劣化规律,并针对性地开展状态维修工作。因此,本文开展了基于监测信息的牵引供电设备故障状态检测与状态维修决策优化建模研究,研究内容是铁路总公司重大科技项目“同相供电系统运用维护技术研究”、“高速铁路接触网故障预测与健康管理”、“供电系统运行安全性预测和维修策略”的重要组成部分。主要研究内容如下:(1)根据新型组合式同相供电装置构建方案和运行模式分析了装置的可靠性,依据装置运行劣化状态特点,并在深入分析马尔科夫过程的基础上,构建了状态维修决策优化模型,从而为电气化铁路同相供电装置维修方案奠定了理论基础,同时还能够帮助装置的运行可靠性和经济性得到最佳发挥。(2)通过分析高铁接触网棘轮补偿装置振动信号的监测信息,提出了接触网补偿装置的机械故障的特征选择与分类参数优化方法,利用特征与分类器参数的相互依存性,构建了基于智能水滴算法的K最近邻KNN (k-NearestNeighbor)参数和特征选择的机械故障检测模型。(3)提出了基于定点振动监测信息的高铁接触网故障状态检测方法,先是根据小波熵的指数定义提出了基于有限变分的小波分解改进形式,以提高小波信号的识别效果。接着选择高铁接触网单个锚段的运行典型故障工况的振动信号进行小波分解,提取各子带小波熵特征,用以反映各维度振动信号的复杂程度。最后利用支持向量机对小波分解信号进行分类识别。通过仿真验证了所采用方法的有效性。(4)介绍了高速铁路接触网-受电弓系统机械磨损过程及磨损故障的特点,提出了高铁受电弓滑板接触面材料刚度系数情况下的接触面磨损动态计算流程,利用不考虑质量情况下的阻尼弹簧杆(MLSD)模型对高铁受电弓设备进行动力学分析,基于Winkler弹性计算模型对弓网接触问题进行离散化处理,基于超链接卷积神经网络的对滑板磨损量进行了预测,在确定了最优磨损量后,以维修费用最低为目标确定了最佳维修时机。(5)基于实时可靠度理论构建了高铁牵引供电设备运行状态评价模型,可以实时获得设备可靠度的降低量,利用高铁故障的时间序列数据监测模型,通过Gibbs采样分布估计优化的回声状态网络对高铁可靠度降低趋势进行预测,预测结果可以作为高铁牵引供电设备实施状态维修决策的参考。