淺談城市軌道接觸網在線檢測裝置原理及應用

程小科

摘 要：介紹了接觸網在線檢測系統的主要設備組成、主要功能，及檢測原理，結合重慶地鐵接觸網在線檢測實例對其主要功能、應用情況、數據分析等進行了詳細的介紹，對接觸網系統維護具有一定的指導意義。

關鍵詞：接觸網;在線檢測;原理;應用

中圖分類號：U225 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0154-02

0 引言

隨著城市軌道在全國的快速發展，接觸網作為地鐵列車唯一的供電設備，其供電可靠性和穩定性直接影響地鐵列車的行車安全，對接觸網加強檢測、維護顯得尤為重要，由此，接觸網在線檢測系統孕育而生。接觸網在線檢測主要是將線陣檢測相機、紫外燃弧相機等非接觸式檢測設備集成安裝于運營電客車上進行弓網動態檢測。該系統集接觸網巡視、接觸網幾何參數檢測、弓網燃弧檢測等功能于一體，實時檢測接觸網狀態，相較于傳統的檢測方式，在線檢測解決了人工靜態檢測時效性較差、精度較低、效率較低等問題，克服了接觸網檢測車無法檢測弓網燃弧的弊端，且在線檢測不受檢修時間限制，是較為理想的接觸網檢測工具。

1 接觸網在線檢測的主要功能及其原理

接觸網在線檢測系統檢測內容包括接觸線高度、接觸線動態拉出值、弓網硬點、弓網接觸力、弓網離線燃弧、機車速度，機車位置定位等參數。接觸網在線檢測系統是一套完整的檢測體系，整套系統中各個檢測模塊雖各自獨立檢測，系統輸出檢測數據是通過對各個模塊數據進行綜合分析，各個模塊檢測參數相互對應。

1.1 接觸網幾何參數測量

接觸網幾何參數測量利用非接觸式測量原理。利用雙目線陣主動視覺測量技術，將兩臺線陣相機和激光發射器進行空間組合，激光發射器發射直線結構光，與接觸線相交后形成包括接觸線輪廓結構信息的激光光條，兩臺線陣相機的公共視角和激光平面覆蓋接觸網的導高和拉出值波動范圍，兩臺線陣相機從不同的角度獲取接觸線激光光條圖像。由于兩臺線陣相機拍攝角度不同，激光反射光條在兩臺線陣相機中所成圖像產生視差，將該視差與兩臺線陣相機內外部參數結合，利用三角檢測原理，實現接觸網導高和拉出值的測量。

1.2 弓網燃弧檢測

接觸網燃弧檢測是基于紫外光檢測原理。主要是在車頂加裝一組燃弧檢測裝置，紫外線的波段為10-400nm，其中燃弧現象產生的波段集中在280-400nm波段，而太陽光接近地面部分的紫外線波段因為大氣臭氧層的原因，很少有小于280nm的紫外線波段。因此選擇特定日盲區紫外線波段作為燃弧檢測特征量，構建燃弧檢測系統。利用特殊的光學采集系統實現燃弧特征量的采集和提取，同時將采取紫外光通過特殊光纖傳輸至光電轉換模塊，光電轉換模塊將光信號轉變為電信號，信號處理模塊通過對電信號的處理上傳到上位機系統，實現燃弧現象的采集和記錄。

1.3 測速定位

機車測速定位系統采用多傳感器信息融合測速定位原理。檢測設備包括多普勒測速雷達、脈沖轉速傳感器以及應答器和REID電子標簽。其作為弓網在線檢測系統的保障，是確保弓網檢測數據準確性的基礎，必須做到絕對精準測量。多普勒測速雷達傳感器安裝于機車底部，通過向軌面發射和接受電磁波，利用多普勒效應計算機車瞬時速度;脈沖轉速傳感器與機車車輪同軸，通過統計車輪轉動次數，計算機車瞬時速度;應答器和REID電子標簽主要用于對機車偏移位置的修正。

1.4 車體振動補償

接觸網在線檢測系統中非接觸式檢測均以機車車體作為固定參考點，而機車在行駛過程中存在隨機的多自由度振動現象，其中以橫向搖擺振動為主，影響非接觸式測量的結果。因此機車需要加裝一組橫向振動補償器，分別安裝在車體地面兩側，振動補償裝置由兩套激光掃描雷達組成，在機車行駛過程中分別掃描左右兩側鋼軌，實現記錄車體相對于左右兩側鋼軌距離和角度，從而將數據傳輸至檢測系統進行補償，達到對振動補償的目的。

2 接觸網在線檢測裝置應用實例

重慶地鐵六號線電客車安裝了一套接觸網在線檢測裝置，該套裝置主要功能檢測接觸網幾何參數、磨耗、燃弧等，檢測設備主機安裝于電客車車廂內。檢測時，通過筆記本電腦與檢測主機無線連接后，運行檢測軟件進行檢測操作。

2.1 軟件分析系統過濾誤報及誤識別

（1）可調整支柱位置，修正定位誤差。目前傳統網檢車定位通過數據庫以及電子標簽來實現，實際位置與檢測數據上的位置存在偏差且不能修正;在線檢測系統提供定位修正功能，數據圖像來源于實際檢測，通過參考圖像支柱的位置來進行修正，修正后能夠達到精確定位的程度，數據會隨之更新。

（2）檢測曲線、圖像同步處理，方便對照分析查看。數據表、曲線圖、監控圖像、檢測圖像，這4個模塊中的位置是相關聯的，在其中模塊中發現的設備問題，都可以快速切換到其它模塊，進一步確認情況，判斷設備狀況。

（3）顏色標記實際測量位置，剔除誤報數據。在檢測數據中，難免存在誤報數據，該系統以不同的顏色標注檢測的位置區域，是否檢測到接觸線上，以便分析人員能快速分辨，排除誤報數據，缺陷問題的查找確認更加高效。

2.2 接觸線磨耗動態管控

接觸網在線檢測裝置對全線接觸線的磨耗余量進行記錄，可實時對異常磨耗區段進行檢測分析，突破了以往只能靠檢測人員在停電期間進行固定區段人工檢測的弊端，大量減少了檢測時間，提高了磨耗檢測的效率和精度。一般對全線檢測到磨耗余量小于10mm的區段，需進行重點記錄分析。

2.3 結合拉出值分布與受電弓滑板磨耗情況分析弓網匹配關系

根據接觸網在線檢測裝置檢測的大量拉出值數據，可分運營交路繪制全線拉出值的分布情況，檢測結果見圖1。結合受電弓實際磨損狀況，展開弓網關系的深度分析，必要時，可根據碳滑板磨耗情況對接觸網拉出值分布進行整體調整，保證碳滑板磨耗均勻，見圖2，對接觸網平面布置的驗證及提升受電弓碳滑板壽命起著重要作用。

2.4 通過燃弧檢測改善弓網關系

燃弧檢測是通過紫外檢測傳感器檢測，曲線圖上表示為紅點，每個紅點即為一次檢測到的燃弧，以毫秒時間量化燃弧大小，并額外并提供波形工具分析傳感器檢測到的燃弧數值情況，同時可查看燃弧影像，運營部門根據燃弧的等級及位置信息，適時對接觸網進行檢查、調整，改善弓網受流質量。

3 結論

（1）軌道交通接觸網在線檢測裝置利用運營時間進行動態檢測，極大程度地提高了測量的效率，節約了人力及時間。（2）軌道交通接觸網在線檢測裝置可有效監控弓網磨耗的趨勢，對接觸線換線閾值的管控提供了數據基礎，同時，為接觸網異常磨耗的分析提供了數據保障。（3）軌道交通接觸網在線檢測裝置可有效監控弓網燃弧，通過對弓網燃弧率指標的管控達到提升弓網受流質量的目的，對弓網配合關系的改善具有重要的作用。

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