方梅佳 上海鐵路局杭州職工培訓(xùn)基地

車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測裝置的應(yīng)用

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3C裝置采用紅外熱成像、模式識別、圖像處理等技術(shù)，實時檢測受電弓及接觸網(wǎng)運(yùn)行的溫度分布，在線分析接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下的動態(tài)參數(shù)，綜合準(zhǔn)確定位及時發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)缺陷及故障隱患，并通過無線通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和缺陷報警。因此，3C裝置的應(yīng)用是對接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測工作的有益探究。

運(yùn)行狀態(tài)；弓網(wǎng)缺陷；檢測不足；3C技術(shù)應(yīng)用

接觸網(wǎng)由于受自然和檢測因素的影響，運(yùn)行狀態(tài)中幾何參數(shù)、電氣參數(shù)常常出現(xiàn)偏離原始設(shè)計參數(shù)的情況，而當(dāng)前應(yīng)用的檢測裝置、檢測方式又無法滿足運(yùn)行狀態(tài)下的接觸網(wǎng)弓網(wǎng)檢測，所以必須有完善的弓網(wǎng)動態(tài)檢測裝置和檢測方式，才能為高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行的可靠性提供保證。

1 接觸網(wǎng)運(yùn)行常見弓網(wǎng)缺陷

接觸網(wǎng)露天設(shè)置無備用，運(yùn)行時牽引（負(fù)荷）電流變化大、車體振動劇烈，使接觸網(wǎng)的弓網(wǎng)參數(shù)時常發(fā)生改變。接觸網(wǎng)這些運(yùn)行特點(diǎn)決定了接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、電氣參數(shù)時刻處在復(fù)雜的動態(tài)變化之中，所以接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)常見弓網(wǎng)缺陷主要為兩類：幾何參數(shù)超標(biāo)和電氣參數(shù)超值。

接觸網(wǎng)硬點(diǎn)（電氣參數(shù)）：接觸硬點(diǎn)是造成機(jī)車受電弓離線的主要原因。由于導(dǎo)線上硬點(diǎn)的存在，造成弓網(wǎng)之間接觸不良，電阻增大，離線瞬間產(chǎn)生高溫電弧，電弧燃燒使接觸線、受電弓的接觸面出現(xiàn)電腐蝕，造成接觸面積減少，影響接觸線、受電弓的正常取流。當(dāng)硬點(diǎn)高溫電弧嚴(yán)重時可能燒斷接觸線或損傷受電弓，導(dǎo)致主供回路斷開，構(gòu)成弓網(wǎng)事故。

動態(tài)接觸線拉出值超標(biāo)（幾何參數(shù)）：接觸網(wǎng)拉出值是接觸網(wǎng)眾多參數(shù)中的關(guān)鍵性參數(shù)，它既是接觸網(wǎng)懸掛核心參數(shù)，也是受電弓工作面接觸參數(shù)，該值一旦超標(biāo)，就有可能導(dǎo)致電力機(jī)車受電弓脫線而造成刮弓、鉆弓故障，其后果非常嚴(yán)重，將直接損壞受電弓、接觸網(wǎng)懸掛，導(dǎo)致供電回路無法正常工作，影響列車運(yùn)行。

線岔弓網(wǎng)故障（幾何參數(shù)、電氣參數(shù)）：主要為打弓、刮弓、鉆弓故障。打弓嚴(yán)重使受電弓整體損壞或連接、固定部位斷開；刮弓嚴(yán)重直接損壞受電弓滑板；鉆弓將破壞整個接觸網(wǎng)懸掛、損壞受電弓。更嚴(yán)重的是線岔處發(fā)生弓網(wǎng)故障，多數(shù)屬于大型的弓網(wǎng)事故，其事故波及范圍大，接觸網(wǎng)損壞程度高，處理起來難度大，影響列車運(yùn)行時間長。

2 現(xiàn)行接觸網(wǎng)弓網(wǎng)檢測存在的不足

接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下的弓網(wǎng)動態(tài)值必須在安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，超限界值將會引起弓網(wǎng)事故。所以，運(yùn)行中弓網(wǎng)動態(tài)參數(shù)的技術(shù)檢測非常重要，它是保證接觸網(wǎng)運(yùn)行安全的重要手段。

2.1 當(dāng)前接觸網(wǎng)弓網(wǎng)檢測設(shè)備

接觸網(wǎng)冷滑動態(tài)檢測：這是接觸網(wǎng)全部竣工后，利用接觸網(wǎng)檢測車進(jìn)行試驗檢測，是對接觸網(wǎng)不受電條件下進(jìn)行的機(jī)械、幾何參數(shù)等動態(tài)綜合檢測。

接觸網(wǎng)熱滑動態(tài)檢測：即接觸網(wǎng)在送電開通后，以不同運(yùn)行速度，用接觸網(wǎng)檢測車在接觸網(wǎng)帶電情況下進(jìn)行的機(jī)械、幾何參數(shù)、電氣參數(shù)等動態(tài)綜合檢測。

高速弓網(wǎng)綜合檢測裝置（C1）：安裝在高速綜合檢測列車上，對運(yùn)營高速鐵路和提速干線原則上每15天一個周期進(jìn)行的綜合性實速動態(tài)綜合檢測（包括幾何參數(shù)、電氣參數(shù)）。

此外，接觸網(wǎng)檢測車、DJJ-8接觸網(wǎng)激光檢測儀等是供電段、工區(qū)周期性對接觸網(wǎng)動態(tài)、靜態(tài)狀態(tài)下不受電的綜合檢測。

2.2 當(dāng)前接觸網(wǎng)弓網(wǎng)動態(tài)檢測存在不足

接觸網(wǎng)弓網(wǎng)幾何參數(shù)在運(yùn)行狀態(tài)下檢測不完善。拉出值、始觸區(qū)(線岔)等屬于接觸網(wǎng)幾何參數(shù)，他們是接觸網(wǎng)運(yùn)行中與受電弓安全取流密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)性參數(shù)，必須完善參數(shù)檢測的有效性。由于當(dāng)前檢測方式和手段的制約，導(dǎo)致測距點(diǎn)選擇的不一致，引起數(shù)據(jù)誤差、數(shù)據(jù)之別。接觸線動態(tài)拉出值（之值）、始觸區(qū)(線岔)范圍，都應(yīng)以運(yùn)行狀態(tài)下受電弓中心為檢測測距點(diǎn)才更為有效、更為科學(xué)。動態(tài)拉出值超標(biāo)、線岔處弓網(wǎng)故障都與檢測方式不足有關(guān)。

接觸網(wǎng)弓網(wǎng)電氣（過熱、過載）參數(shù)在運(yùn)行狀態(tài)下檢測不完善。燃弧次數(shù)、燃弧時間、燃弧率及接觸網(wǎng)接點(diǎn)溫度、線索溫度等都屬于接觸網(wǎng)電氣參數(shù)，他們是判斷接觸網(wǎng)電氣回路是否完好、是否過載的依據(jù)。由于當(dāng)前檢測方式和檢測裝置無法檢測接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)弓網(wǎng)電氣（過熱、過載）參數(shù)，所以也就無法保證接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下電氣回路完好。

另外，接觸網(wǎng)弓網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實時檢測、實時監(jiān)控、超限數(shù)據(jù)發(fā)布、運(yùn)行狀態(tài)異常報警及走行定位等，這些都是當(dāng)前接觸網(wǎng)弓網(wǎng)檢測中存在的不足之處。

3 車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測裝置（3C）技術(shù)及應(yīng)用

車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測裝置（以下簡稱3C裝置）安裝在運(yùn)營的動車組（或電力機(jī)車）上，實現(xiàn)高速鐵路弓網(wǎng)狀態(tài)的動態(tài)檢測，檢測結(jié)果用于指導(dǎo)接觸網(wǎng)狀態(tài)維修，從而確保接觸網(wǎng)維修品質(zhì)和運(yùn)行的安全可靠性。

3.1 3C檢測裝置工作原理及功能

3.1.1 工作原理

3C裝置通過紅外熱成像檢測實現(xiàn)對接觸網(wǎng)、受電弓以及弓網(wǎng)運(yùn)行關(guān)系的全視場紅外熱成像檢測，形成全視場溫度監(jiān)控，對核心區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控并智能分析溫度變化，從而實現(xiàn)溫度異常變化的報警分析；通過采集紅外熱成像數(shù)據(jù)、可見光圖像數(shù)據(jù)，在線進(jìn)行圖像識別與處理、動態(tài)幾何參數(shù)計算，對相關(guān)超限數(shù)據(jù)進(jìn)行自動報警；通過GPS以及慣性導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)車型系統(tǒng)走行定位，通過與EOAS系統(tǒng)通信獲取公里標(biāo)等輔助定位信息；通過無線傳輸技術(shù)，將缺陷數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)降孛婵刂浦行?，指?dǎo)接觸網(wǎng)維修。

3.1.2 軟件功能

根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)，具備自動開始、終止檢測功能；實時采集紅外、局部、全景及定位信息等數(shù)據(jù)；測量接觸網(wǎng)動態(tài)幾何參數(shù)，如接觸線高度、拉出值；測量弓網(wǎng)受流相關(guān)參數(shù)，包括燃弧次數(shù)、燃弧時間等；實時監(jiān)控車頂及周邊狀態(tài)，在機(jī)械室實時查看車頂狀態(tài)。

3.2 3C檢測裝置技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 紅外熱成像檢測技術(shù)

依據(jù)黑體輻射定律，一切溫度高于絕對零度（-273.15℃）的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量，物體紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。紅外熱成像是利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡，接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng)。

通過紅外熱成像技術(shù)實現(xiàn)對接觸網(wǎng)、受電弓以及弓網(wǎng)運(yùn)行關(guān)系的全天候、全視場紅外熱成像檢測，形成全視場溫度監(jiān)控。對易松動接觸不良的導(dǎo)線接頭、錨段關(guān)節(jié)處，曲線區(qū)段、站場、區(qū)間銜接處以及中心錨結(jié)處，特別對道岔、分段、分相等區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控并智能分析溫度變化，從而實現(xiàn)溫度異常變化的報警分析。

3.2.2 模式識別與圖像處理技術(shù)

采集紅外熱成像數(shù)據(jù)、可見光圖像數(shù)據(jù)，提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息,如接觸線溫度顏色特征、弓網(wǎng)關(guān)系邊界特征、幾何參數(shù)區(qū)域特征、燃弧形狀特征、線索，關(guān)系結(jié)構(gòu)等，在線利用計算機(jī)對其進(jìn)行圖像識別與處理，并進(jìn)行動態(tài)幾何參數(shù)計算，對相關(guān)超限數(shù)據(jù)進(jìn)行自動報警。

3.2.3 GPS以及慣性導(dǎo)航技術(shù)

GPS（全球定位）與INS（慣性導(dǎo)航）有機(jī)結(jié)合,可以在開闊環(huán)境以高精度RTK測量,并在GPS原本不可能進(jìn)入的領(lǐng)地,如連續(xù)長大隧道、室內(nèi)，實現(xiàn)車型系統(tǒng)的走行定位，并與EOAS系統(tǒng)（動車組司機(jī)操控信息分析系統(tǒng)）通信獲取公里標(biāo)等輔助定位信息。

3.2.4 無線傳輸技術(shù)

通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，實現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)降孛婵刂浦行模笇?dǎo)接觸網(wǎng)維修作業(yè)。

3.3 應(yīng)用實例

3.3.1 實例1

圖1所示為3C高清圖像詳情圖。地點(diǎn)：蘭新客專，烏魯木齊動車所-烏魯木齊，上行126支柱；報警類型：拉出值超限；拉出值：460 mm；速度：68 km/h；最高溫度23℃；環(huán)境溫度17.8℃；導(dǎo)高值5 741 mm；報警級別：三類；報警分析：拉出值超限。

圖1 3C高清圖像詳情圖

根據(jù)高清圖像結(jié)合紅外圖像、全景可見圖像、弓網(wǎng)運(yùn)行情況、運(yùn)行環(huán)境情況、幾何參數(shù)異常情況、輔助定位，分析診斷動態(tài)接觸線拉出值超標(biāo)（二級缺陷），見表1所示。

表1 高速鐵路接觸網(wǎng)動態(tài)檢測評價標(biāo)準(zhǔn)（部分）

3.3.2 實例2

圖2所示為紅外、高清圖像詳情圖。報警溫度229.0℃、環(huán)境溫度2.8℃，導(dǎo)高值5 289 mm、拉出值-13 mm、速度184 km/ h,報警分析：疑似接觸線硬點(diǎn)燃弧。

圖2 3C紅外、高清圖像詳情圖

根據(jù)紅外、高清圖像結(jié)合異常高溫點(diǎn)弓網(wǎng)接觸部位、燃弧形狀、時間長短，分析診斷接觸線線夾硬點(diǎn)燃?。ㄒ患壢毕荩姳?所示。

表2 電流致熱型設(shè)備缺陷診斷判據(jù)（部分）

4 結(jié)束語

3C裝置有先進(jìn)的技術(shù)平臺，對接觸網(wǎng)進(jìn)行在線高速、高精度的檢測，準(zhǔn)確定位，保證弓網(wǎng)參數(shù)達(dá)標(biāo)。不過，3C裝置目前投入運(yùn)用時間較短，尚需進(jìn)一步積累經(jīng)驗，細(xì)化相應(yīng)的實施規(guī)程，以提高接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測效率，從而為接觸網(wǎng)正常運(yùn)行提供可靠保障。

[1]成都國鐵電氣設(shè)備有限公司.車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測裝置（3C）技術(shù)資料.2015.

[2]鐵總運(yùn)（2015）362號.《高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則》.

[3]于萬聚.《高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)》.西南交通大學(xué)出版社.2002.

[4]史國強(qiáng).《電氣化鐵路接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路燒傷問題的探討》.《上海鐵道科技》.2008.

[5]鄂勇永.《基于圖像處理的鐵路接觸網(wǎng)檢測系統(tǒng)的研究》 .大連理工大學(xué).2009.

責(zé)任編輯：宋 飛

來稿時間：2017-02-23