車載接觸網運行狀態檢測裝置的應用

方梅佳 上海鐵路局杭州職工培訓基地

車載接觸網運行狀態檢測裝置的應用

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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，實時檢測受電弓及接觸網運行的溫度分布，在線分析接觸網運行狀態下的動態參數，綜合準確定位及時發現弓網缺陷及故障隱患，并通過無線通信技術進行遠程監測和缺陷報警。因此，3C裝置的應用是對接觸網運行狀態檢測工作的有益探究。

運行狀態；弓網缺陷；檢測不足；3C技術應用

接觸網由于受自然和檢測因素的影響，運行狀態中幾何參數、電氣參數常常出現偏離原始設計參數的情況，而當前應用的檢測裝置、檢測方式又無法滿足運行狀態下的接觸網弓網檢測，所以必須有完善的弓網動態檢測裝置和檢測方式，才能為高速鐵路接觸網運行的可靠性提供保證。

1 接觸網運行常見弓網缺陷

接觸網露天設置無備用，運行時牽引（負荷）電流變化大、車體振動劇烈，使接觸網的弓網參數時常發生改變。接觸網這些運行特點決定了接觸網幾何參數、電氣參數時刻處在復雜的動態變化之中，所以接觸網運行狀態常見弓網缺陷主要為兩類：幾何參數超標和電氣參數超值。

接觸網硬點（電氣參數）：接觸硬點是造成機車受電弓離線的主要原因。由于導線上硬點的存在，造成弓網之間接觸不良，電阻增大，離線瞬間產生高溫電弧，電弧燃燒使接觸線、受電弓的接觸面出現電腐蝕，造成接觸面積減少，影響接觸線、受電弓的正常取流。當硬點高溫電弧嚴重時可能燒斷接觸線或損傷受電弓，導致主供回路斷開，構成弓網事故。

動態接觸線拉出值超標（幾何參數）：接觸網拉出值是接觸網眾多參數中的關鍵性參數，它既是接觸網懸掛核心參數，也是受電弓工作面接觸參數，該值一旦超標，就有可能導致電力機車受電弓脫線而造成刮弓、鉆弓故障，其后果非常嚴重，將直接損壞受電弓、接觸網懸掛，導致供電回路無法正常工作，影響列車運行。

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

2 現行接觸網弓網檢測存在的不足

接觸網運行狀態下的弓網動態值必須在安全技術標準范圍之內，超限界值將會引起弓網事故。所以，運行中弓網動態參數的技術檢測非常重要，它是保證接觸網運行安全的重要手段。

2.1 當前接觸網弓網檢測設備

接觸網冷滑動態檢測：這是接觸網全部竣工后，利用接觸網檢測車進行試驗檢測，是對接觸網不受電條件下進行的機械、幾何參數等動態綜合檢測。

接觸網熱滑動態檢測：即接觸網在送電開通后，以不同運行速度，用接觸網檢測車在接觸網帶電情況下進行的機械、幾何參數、電氣參數等動態綜合檢測。

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

此外，接觸網檢測車、DJJ-8接觸網激光檢測儀等是供電段、工區周期性對接觸網動態、靜態狀態下不受電的綜合檢測。

2.2 當前接觸網弓網動態檢測存在不足

接觸網弓網幾何參數在運行狀態下檢測不完善。拉出值、始觸區(線岔)等屬于接觸網幾何參數，他們是接觸網運行中與受電弓安全取流密切相關的結構性參數，必須完善參數檢測的有效性。由于當前檢測方式和手段的制約，導致測距點選擇的不一致，引起數據誤差、數據之別。接觸線動態拉出值（之值）、始觸區(線岔)范圍，都應以運行狀態下受電弓中心為檢測測距點才更為有效、更為科學。動態拉出值超標、線岔處弓網故障都與檢測方式不足有關。

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

另外，接觸網弓網運行狀態實時檢測、實時監控、超限數據發布、運行狀態異常報警及走行定位等，這些都是當前接觸網弓網檢測中存在的不足之處。

3 車載接觸網運行狀態檢測裝置（3C）技術及應用

車載接觸網運行狀態檢測裝置（以下簡稱3C裝置）安裝在運營的動車組（或電力機車）上，實現高速鐵路弓網狀態的動態檢測，檢測結果用于指導接觸網狀態維修，從而確保接觸網維修品質和運行的安全可靠性。

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對接觸網、受電弓以及弓網運行關系的全視場紅外熱成像檢測，形成全視場溫度監控，對核心區域進行重點監控并智能分析溫度變化，從而實現溫度異常變化的報警分析；通過采集紅外熱成像數據、可見光圖像數據，在線進行圖像識別與處理、動態幾何參數計算，對相關超限數據進行自動報警；通過GPS以及慣性導航技術，實現車型系統走行定位，通過與EOAS系統通信獲取公里標等輔助定位信息；通過無線傳輸技術，將缺陷數據及時傳輸到地面控制中心，指導接觸網維修。

3.1.2 軟件功能

根據車輛運行狀態，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據；測量接觸網動態幾何參數，如接觸線高度、拉出值；測量弓網受流相關參數，包括燃弧次數、燃弧時間等；實時監控車頂及周邊狀態，在機械室實時查看車頂狀態。

3.2 3C檢測裝置技術應用

3.2.1 紅外熱成像檢測技術

依據黑體輻射定律，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系。紅外熱成像是利用紅外探測器和光學成像物鏡，接受被測目標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。

通過紅外熱成像技術實現對接觸網、受電弓以及弓網運行關系的全天候、全視場紅外熱成像檢測，形成全視場溫度監控。對易松動接觸不良的導線接頭、錨段關節處，曲線區段、站場、區間銜接處以及中心錨結處，特別對道岔、分段、分相等區域進行重點監控并智能分析溫度變化，從而實現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

采集紅外熱成像數據、可見光圖像數據，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、弓網關系邊界特征、幾何參數區域特征、燃弧形狀特征、線索，關系結構等，在線利用計算機對其進行圖像識別與處理，并進行動態幾何參數計算，對相關超限數據進行自動報警。

3.2.3 GPS以及慣性導航技術

GPS（全球定位）與INS（慣性導航）有機結合,可以在開闊環境以高精度RTK測量,并在GPS原本不可能進入的領地,如連續長大隧道、室內，實現車型系統的走行定位，并與EOAS系統（動車組司機操控信息分析系統）通信獲取公里標等輔助定位信息。

3.2.4 無線傳輸技術

通過無線網絡傳輸技術，實現缺陷數據及時傳輸到地面控制中心，指導接觸網維修作業。

3.3 應用實例

3.3.1 實例1

圖1所示為3C高清圖像詳情圖。地點：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℃；環境溫度17.8℃；導高值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

根據高清圖像結合紅外圖像、全景可見圖像、弓網運行情況、運行環境情況、幾何參數異常情況、輔助定位，分析診斷動態接觸線拉出值超標（二級缺陷），見表1所示。

表1 高速鐵路接觸網動態檢測評價標準（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℃、環境溫度2.8℃，導高值5 289 mm、拉出值-13 mm、速度184 km/ h,報警分析：疑似接觸線硬點燃弧。

圖2 3C紅外、高清圖像詳情圖

根據紅外、高清圖像結合異常高溫點弓網接觸部位、燃弧形狀、時間長短，分析診斷接觸線線夾硬點燃?。ㄒ患壢毕荩?，見表2所示。

表2 電流致熱型設備缺陷診斷判據（部分）

4 結束語

3C裝置有先進的技術平臺，對接觸網進行在線高速、高精度的檢測，準確定位，保證弓網參數達標。不過，3C裝置目前投入運用時間較短，尚需進一步積累經驗，細化相應的實施規程，以提高接觸網運行狀態檢測效率，從而為接觸網正常運行提供可靠保障。

[1]成都國鐵電氣設備有限公司.車載接觸網運行狀態檢測裝置（3C）技術資料.2015.

[2]鐵總運（2015）362號.《高速鐵路接觸網運行維修規則》.

[3]于萬聚.《高速電氣化鐵路接觸網》.西南交通大學出版社.2002.

[4]史國強.《電氣化鐵路接觸網主導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檢測系統的研究》 .大連理工大學.2009.

責任編輯：宋 飛

來稿時間：2017-02-23