鐵路接觸網的非接觸檢測技術研究

郭銘 周琳

摘 要：隨著新技術在高鐵領域里的不斷應用及完善，高鐵接觸網技術日新月異，逐步形成了多維度、多領域的綜合監測體系。本文對鐵路接觸網目前常見的監測技術進行了分析，對各種技術優劣與使用領域進行了闡述。

中圖分類號：U226.8 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0220-01

引 言

高鐵作為近年來國家戰略級的基礎建設項目，受到廣泛的關注和重視，目前已取得了舉世矚目的進展。2006年高速鐵路全面提速，2016年高鐵“五縱五橫”發展戰略進入被提上議程。

高鐵系統由眾多部件組成，其中接觸網是高鐵系統的電源，為列車提供行進的動力，其安全性對整個高鐵系統具有重要影響，對高鐵接觸網狀態監測對于接觸網安全運行具有重要意義。本文對接觸網目前常見的監測手段與方法進行了分析，并對各種技術特點進行了歸納和總結。

1 接觸網幾何參數檢測

接觸網幾何參數主要有導線高度、線岔以及拉出值等等，這些參數直接反映車輛受流性能的好壞，與此同時，也嚴重影響列車運行安全與接觸網關系。對于鐵路接觸網幾何參數的檢測方面，目前主要檢測接觸線導線高度、拉出值、高差、定位器坡度、相互位置以及接觸線磨耗等靜態參數。

便攜式激光接觸網幾何參數測量儀是目前一種最常見的靜態參數測量手段。這種技術在使用時需要選取合適測量點，測量前應對儀器進行校準，因此耗時較長，難以在較短時間內完成整條長線路的參數檢測。振動補償是幾何參數檢測內容的關注的一個焦點問題。車輛在行進過程中的振動會使得車輛與軌道中心之間存在著垂直方向以及水平方向的位移，嚴重影響測量結果的精確性。此外，列車前行過程中車輪與軌道之間存在滑行或者空轉情況，當檢測長度增加時，這種效應會使得測量誤差變得越來越顯著，嚴重時使得檢測結果失效。

非接觸式檢測技術通過在被檢車輛頂部安裝結構光、光源以及攝像機，以主動視覺測量技術與結構光視覺測量技術為基礎，實現靜態幾何參數的動態與實時測量，為鐵道運行與維護提供了重要的實時數據，值得注意的是，非接觸式檢測技術要求車輛速度不得高于規定的最高車速。

2 定位器坡度檢測

定位器可實現對接觸線的橫向定位功能，是接觸網供電支撐結構的一個主要部件，主要包含定位器、定位管、定位線夾、支持器及相關連接部件。接觸網的曲線區段里線路的外軌一般超高，為防止受電弓與定位器發生碰撞，定位器必須滿足一定程度的傾斜，根據規定，其傾斜度應處于1：10～1：5范圍內。實際運行中的定位器會承受著接觸線重量、定位器自重、水平內側向力等多種力的綜合影響，當定位器坡度不滿足要求時，會在定位點產生硬點，對接觸網的安全運行產生不利影響，因此需要檢測定位器坡度并及時調整，保證其在技術標準規定的范圍內，這對于列車系統的運行意義重大。

實際運行中一般采用激光測量儀或者水平測量尺去校核定位器坡度，通過測量兩個檢測點之間的高度差，然后除以兩者之間水平距離即可。根據運行經驗，該方法測量效率較低，精度得不到保障，無法滿足快速、大范圍檢測的要求。通過在車頂安裝攝像頭拍攝定位器的檢測方法日益受到關注，檢測效率較高且操作簡單。

3 接觸線磨耗檢測

接觸網磨耗檢測是電氣化鐵路維護的重中之重，其直接關系到列車受電弓受流質量的好壞。當接觸線磨耗增大到一定程度時，會引起接觸面截面積減小，電阻劇增，引起發熱并進一步加劇磨耗，最嚴重時會引起斷線故障，嚴重危害電氣化鐵路的安全運行。

近20年以來，國內外在接觸線磨耗檢測方面投入了巨大的精力，先后出現了磁場法、微波反射法、電-光非接觸檢測等方法，其中光學檢測被證明是一種具有工程應用價值的方法，目前國內外主流的磨耗檢測均是基于光學檢測。國外的MEDES系統、WWS系統、WIRECHECK系統以及ATON等系統通過光照亮接觸面，用高速攝像機獲取接觸面的磨損照片，然后經過圖象分析處理技術來獲取接觸線的磨耗情況。日本則利用激光照射接觸面，通過激光持續時間來推導出磨耗面的寬度大小。SURCAT系統通過平行激光束發射和接收裝置來計算接觸線的殘高來計算磨耗情況。

4 接觸網風偏檢測

相對于幾何參數檢測來說，接觸網風偏測量顯得比較困難，已有的研究中，僅有中南大學提出的一種基于接觸網姿態檢測的實時檢測方法。該技術基于一階亮度矩尋優算法，在不同光照條件下，將圖象目標呈現出的特征點進行精確分割，然后構建基于幾何法和面積法的便宜及轉矩特征提取算法，分別將靜態以及動態的特征點與目標進行特征匹配，并對失穩運動進行補償，實現對接觸網的多分量動態監測。

5 接觸線灼傷監測

接觸網與受電弓接觸時會產生摩擦，此外還有電流產生的焦耳熱，使得接觸部分容易出現灼燒損壞，嚴重時會出現斷線故障。常規方法通過測量溫度來反應關鍵節點的溫升情況，從側面反應出灼燒嚴重程度。該方法無法在線實時監測，需要人工干預。部分文獻中介紹了利用光纖光柵溫度傳感器來實時測量接觸點溫升，短時內測量精度較高，然而這種技術長期運行中容易對外界因素敏感，傳感器應力變化會影響測量結果準確性，此外，傳感器安裝較為繁瑣，難以大面積推廣運用。

6 結 語

隨著科學技術的不斷發展與進步，鐵路接觸網檢測技術也會不斷進步，并為鐵路的多元檢測提供了多種有效的技術手段，由此促進了我國高速鐵路的快速、健康及穩定發展。

參考文獻

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收稿日期：2018-9-18