基于鐵路電氣化在接觸網監測方面的方案研究

武軼

摘要：在鐵路電氣化運行的過程中，接觸網是保證鐵路供電安全的重要裝置。在特殊的運行環境中，鐵路接觸網容易受外界因素影響，需要通過加強監測保證鐵路供電的可靠性。但從實際情況來看，鐵路接觸網監測依然存在較多問題。因此，還應加強基于鐵路電氣化的接觸網監測方案研究，以便采取有效措施加強接觸網的運行管理。

關鍵詞：鐵路電氣化;接觸網監測;方案研究

中圖分類號：U226?????文獻標識碼：A

引言

為了保證線路通暢及機車的正常運行，需確保接觸網處于安全狀態。電氣化鐵路接觸網監測對于電氣化鐵路接觸網的安全是一個必備不可少的安全系統。我們在設計監測方案時首先要了解其監測的要求，再從分系統出發進行研究才能做好接觸網監測方案。

1鐵路接觸網監測問題分析

鐵路接觸網是鐵路沿線上空架設的輸電線路，負責向鐵路運行機車供電。從結構上來看，接觸網包含接觸懸掛、定位裝置、基礎和支持裝置等部分。長期處于風吹、日曬、雨淋的工作條件下，導致接觸網零部件容易發生氧化腐蝕或連接頭松動問題，在這些外界因素影響下，個別部位容易發生過熱情況，嚴重時將導致供電中斷，造成列車停運事故的發生。在鐵路電氣化發展背景下，為保證鐵路供電安全，鐵路接觸網斷線監測技術得到了應用。但就目前來看，多數技術的運用仍然存在一定的問題，無法滿足鐵路電氣化安全運行要求。在接觸網斷線監測方面，接觸網故障測距系統得到了應用，能夠通過監測電壓、電流變化進行接觸網故障點大致位置的測量，但無法對具體故障進行判斷，僅能作為輔助監測手段[1]。采用激光測距裝置，可以通過監測接觸網補償系統墜砣B值變化進行故障監測，并且能夠實現監測數據的存儲。但采用該技術設備復雜，需要產生較大能耗，在棘輪補償裝置中使用時無法獲得明顯數值變化，在采用彈簧補償裝置時沒有墜砣B值可供檢測。此外，采用在接觸懸掛下錨終端的張力在線監測系統能夠實現接觸網故障快速查找，并利用GSM 網進行預警發布，實現方法簡單，能耗較低，可以根據張力變化對接觸網故障進行判斷。但受安裝位置限制，系統無法進行接觸網全面監測，并且在安裝和檢修時需要將接觸網進行停電。因此從總體上來看，鐵路接觸網采用的監測裝置較多，但各自存在一定缺陷，需要實現監測技術的科學應用才能為接觸網故障搶修提供科學指導，滿足鐵路電氣化發展需要。

2基于鐵路電氣化的接觸網監測方案

2.1系統工作原理

受電弓接觸網動態監測系統由多個監控點構成，這些監控點可以構成一個網絡系統。每個監控點由監控前端設備和控制中心設備構成。每個監控點在前端裝設1 臺高分辨率的攝像機對過往機車的弓網系統進行圖像采集，當安裝在攝像機前的電磁感應式傳感器檢測到列車駛近時產生觸發信號， 觸發攝像機自動攝取機車弓網系統的圖像。采集到的圖像經傳輸系統傳送給控制中心的計算機監控系統。圖像分析系統對攝像機拍攝的圖像進行預處理，如發現受電弓有異常可立即提供異常報警，提示維護人員采取措施，以保證設備安全，從而有效預防弓網事故的發生。控制中心的計算機系統還具有數字硬盤錄像、回放、檢索等功能。為獲取清晰的圖像，攝像機還配置電動可變鏡頭和電動可變光圈，相關人員可以通過數字控制技術遠距離對攝像機進行多種操作，如控制攝像機鏡頭的拉伸、光圈大小的設定以及系統的其它工作狀態的設定等。為保證系統的正常、可靠工作，實現控制中心對監控前端相應設備的監控，在監控前端還設有數字指令解碼器、補充光源與快門同步、圖像數據接口電路等諸多輔助裝置。

2.2車輛報警子系統

車輛報警子系統采用了電磁感應式傳感器， 它由發射和接收2 部分組成，接收部分和發射部分分別安裝在同一根鋼軌的內外兩側，形成一個磁場。當列車通過時，車輪切割磁力線，產生電流，從而檢測到列車的到來，輸出報警信號。電磁感應式傳感器施工安裝簡單，維護很方便。電磁感應式傳感器安裝在監控點前方一段距離，當檢測到列車時，啟動攝像系統開始拍攝，當列車尾端離開監控區域后關閉攝像系統。電磁感應傳感器輸出開關信號，開關信號接入網絡攝像機的I/O口，來觸發攝像機的開啟或關閉。

2.3圖像獲取

攝像子系統包括網絡攝像機、電動三可變自動光圈鏡頭、攝像機防護罩、電動云臺及支架和解碼器。網絡攝像機是集視頻壓縮技術、計算機技術、網絡技術、嵌入式技術等多種先進技術于一體的數字攝像設備，它把視頻壓縮和處理功能集中到一個體積很小的設備內，這樣網絡數字攝像機可將模擬信號轉換為基于TCP/IP 網絡標準的數據包，通過RJ45 接口直接輸送到網絡上。相對于傳統的模擬攝像機加編碼器的方案，它有以下優點：安裝施工非常方便，便于維護;1 臺計算機相當于網絡上的1 個計算機結點，在中心通過網絡即可對攝像機的畫面大小，壓縮格式等參數進行設置和鏡頭焦距光圈的調節;實時播放的畫面和錄像回放的畫面是同等質量的， 解決了模擬攝像機實時播放清晰，但回放因壓縮編解碼造成錄像質量下降的問題。網絡攝像機代表了今后監控數字化、網絡化的發展方向。攝像機裝入護罩后安裝在云臺上，云臺是承載攝像機進行水平和垂直兩個方向轉動的裝置。解碼器安裝在云臺附近，接收從綜合控制器轉發來自中心的控制命令，解碼后以特定的電壓控制電動云臺、電動可變鏡頭、室外防護罩等。

2.4系統控制

在系統控制方面，控制中心計算機具有數字管理功能，能夠利用數字控制技術對攝像機進行遠距離操作，結合監測需要進行攝像機狀態的設定，保證攝像機可靠工作。采用計算機數字錄像、回放等功能，可以實現錄像預處理，并通過監視器提供拍攝得到的畫面。根據畫面，可以確定監控點的弓網狀況，從而及時發現和排除故障。在硬盤錄像過程中，系統將實現循環保存，即利用剛錄制的文件對時間較早的文件進行覆蓋。在對視頻數據進行檢索時，利用檢索功能可以進行時間、地點等內容的設置，從而使檢索得到的數據達到用戶要求。針對用戶指定的數據，系統能夠實現永久性保護，因此能夠滿足接觸網故障分析要求。

3關鍵技術

實際采用該方案，需要保證監測數據和圖像能夠及時傳輸至控制中心，以便利用系統對接觸網進行實時準確監測。在監測數據傳輸方面，需要利用基于TCP/IP 網絡標準將模擬信號轉換為數據包，然后利用RJ45 接口將數據傳輸至網絡上。在圖像傳輸方面，采用視頻監測技術需實現實時視頻監測，確保系統問題能夠得到準確發現。實際在技術應用時，需要保證圖像拍攝質量，完成清晰、穩定圖像的選取。結合這一要求，需要加強攝像機的選擇，確保其擁有較寬動態范圍和較高分辨率。而攝像機容易受光照和氣候的影響，所以需要實現溫度和光照補償，確保攝像機使用達到環境要求，能夠實現控制命令數據的準確傳輸。在帶寬足夠的情況下，圖像可以得到可靠傳輸，避免圖像失真問題的發生。

結束語

在鐵路電氣化發展的過程中，設置多個監測點對接觸網進行監測，還要實現監測網絡的構建，利用統一控制中心實現各種監控前端設備的控制，以便及時發現接觸網故障。采用觸發攝像機，能夠實現異常圖像采集，為人員實現故障搶修提供數據依據，則能使接觸網故障得到迅速排除，繼而有效進行鐵路列車供電安全管理。

參考文獻

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[4]劉圣輝.鐵路電氣化在接觸網監測方面的方案研究[J].黑龍江科技信息，2016（20）：276.

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