3C 裝置在電氣化鐵路接觸網設備運行中的應用研究

李明軍

（中國鐵路西安局集團有限公司， 陜西 西安 710054）

0 引言

以往的接觸網因運行過程中無可避免地會遭受自然及檢測因素的影響， 致使接觸網的幾何參數及電氣參數也會與原始設計參數之間呈現較大差距。也基于此，倘若以現有的檢測方式與裝置來檢測接觸網的運行狀態，勢必難以滿足檢測的具體要求。對此，為了有效保障接觸網的安全性和穩定性， 需對接觸網的動態檢測裝置及方式進行革新，全面分析接觸網的運行狀態，再根據分析結果商討解決策略，以此達到彌補缺陷的效果。 而本文將圍繞車載接觸網運行狀態檢測裝置技術（3C）展開分析，就其具體的運用提出以下看法。

1 運行狀態下接觸網常見弓網缺陷

由于接觸網大多設置在露天的環境下且沒有任何的備用設備，故當設備持續運行過程中遭受猛烈震蕩后便容易加大車體的負荷電流，繼而導致接觸網的弓網參數發生變化。 而基于接觸網的幾何參數與電氣參數的實時變化特征， 便可獲知接觸網運行中存在以下幾種常見的弓網缺陷。

1.1 接觸網硬點

一旦機車出現接觸硬點缺陷， 最常見的表現便是電弓離線異常。 此時的導線也會因硬點的出現而導致與弓網間的實時接觸面降低。在此狀態下，隨著電阻值的不斷增高，接觸網便會因瞬間發生的離線動作產生高溫電弧。過高的溫度也導致電弧燃燒， 致使接觸線的接觸面遭到電腐蝕。不僅如此，接觸面的大幅減少也將導致受電弓與接觸線無法獲取到足夠的電流， 致使電弧溫度進一步升高，嚴重者便會損壞受電弓、燒斷接觸線，最終則會因主供回路斷開而導致弓網事故的影響范圍進一步擴大。

1.2 接觸網動態拉出值超標

在接觸網參數組中存在這樣一項關鍵數據， 即接觸網拉出值，該數值作為接觸網最核心的懸掛參數，同時也與受電弓有著極為密切的關聯。 一旦該數據超標便容易引發各種故障，譬如電力機車受電弓脫線、刮弓、鉆弓等。以致受電弓與接觸網懸掛損壞， 最終因影響供電回路的正常運行而導致電車無法啟動。

1.3 線岔弓網故障

許多故障類型均可能引發線岔弓網故障， 如刮弓、打弓以及鉆弓等。其中，打弓故障將會導致電工整體受損；刮弓故障則容易損壞受電弓滑板；至于鉆弓故障的影響部位通常為接觸網懸掛。 就以上故障而言，危害最大者當屬線岔弓網故障， 該故障極有可能成為大型弓網事故的誘因，且基于該故障還同時具有危害程度嚴重、波及范圍大以及后續處理難度高等問題，故也更需維修人員的高度重視。

2 接觸網弓網檢測的可完善之處

為保障接觸網的安全運行， 需設立一套契合安全技術標準的弓網動態值。 一旦出現弓網運行狀態超出界限值的情況，系統將自動發出警報，預警可能出現的各種安全事故，從而提醒維修人員及時排除故障，以此降低事故的影響范圍與程度。當然，這也需要對接觸網的實時運行動態參數技術檢測手段展開深入研究， 這樣才能為接觸網的運行安全提供保障。

2.1 對現有檢測設備的概括

（1）冷滑動態檢測。冷滑動態檢測是在接觸網完成所有工作后，針對檢測車接觸網所開展的一項檢測性實驗，該實驗可以在不通電接觸網的情況下檢測出機械的幾何參數等動態信息，以此為具體的檢修提供依據。

（2）熱滑動態檢測。 在保持接觸網通電的情況下，獲取接觸網于不同運行速度下所產生的機械、 幾何以及電氣等參數。

（3）高速弓網綜合檢測裝置。高速弓網綜合檢測裝置多用于高速綜合檢測，通常是以15d 為運行周期。 于檢測期間，該裝置將可對幾何與電氣參數展開實時、綜合性的動態綜合檢測。 同時，依托于DJJ-8 接觸網激光檢測儀與接觸網檢測車， 還能在不受電的情況下對供電段與接觸網實施動態與靜態綜合檢測。

2.2 潛存于接觸網弓網動態檢測中的不足

當前， 在檢測接觸網弓網幾何參數中尚有諸多漏洞需要彌補。 如作為接觸網重要幾何參數的接觸線拉出值與高度等， 此兩項參數與受電弓的安全取流有著極為密切的關聯。 因此，要想獲得精準的檢測效果，便必須確保參數檢測的有效性。 然而，從目前的實際運用情況來看，無論是檢測的方式或手段方面均有較大的進步空間。 首先從檢測方式方面來看，因檢測方式不完善，致使檢測過程經常出現動態拉出值超標的狀況， 該狀況也是引發線岔弓網故障的主因。 而檢測手段的不完善則會影響到檢測結果的完善度， 如錯失燃弧時間、 燃弧次數等電氣參數， 以致檢測工作無法為判斷接觸網電氣回路的完好度提供參考。 不僅如此， 因受檢測方式及裝置不完善的影響， 致使檢測工作很難獲取到接觸網弓網電氣的實際運行參數， 這也導致了接觸網弓網無法實時監測到異常的運行狀態，以致影響到電氣回路的正常運行。

3 3C 裝置的工作概況

針對處于運動狀態的動車組與電力機車， 利用3C 裝置便可對高速鐵路的弓網狀態實施動態性檢測，以此獲取到的高速鐵路弓網動態， 不僅能為維修接觸網提供指導，更能提升接觸網的維修品質，從而保障列車的運行安全。

3.1 3C 裝置工作原理與功能作用

（1）3C 裝置的工作原理。 利用3C 裝置的紅外熱成像技術， 將可全面獲取到接觸網、 受電弓及弓網的運行狀態。而通過對全場溫度的監控，便可對重點監控區域的溫度予以實時監控， 一旦溫度出現異常便會發生警告并生成相應地分析報告，以此為后續的處理及維修提供便利。不僅如此，借助GPS、慣性導航及無線傳輸等技術，還能讓控制中心及時接收到回傳數據， 繼而在綜合數據的支持下，為接觸網維修工作的順利進行提供保障。

（2）3C 裝置的功能作用。 利用車輛本身的開始檢測與終止檢測兩項工程，一來可實時采集到的全景、局部以及定位等多項數據信息， 且能讓接觸線高度與拉出值等接觸網動態幾何參數的測量效率得到顯著提升， 并且為測量燃弧次數、燃弧時間等參數提供便利。

在運營的動車組及動力機車上安裝3C 裝置，必須具備以下功能：①能夠測量出接觸網的動態幾何參數，如接觸網的高度、拉出值以及接觸線相互位置等；②能夠測量包括燃弧率、燃弧時間和次數等弓網受流相關參數；③能夠測量接觸網的溫度； ④可以以視頻的形式來監控弓網的運行狀態， 同時還能在視頻上進行線路公里標等數據的添加；⑤能在自動開展的參數檢驗時，將發現的缺陷以數據的形式發送到指揮中心進行數據儲存； ⑥可以根據動車組的運行狀態自動啟動和終止檢測。

3.2 3C 裝置系統設計原則

系統設計需遵循的原則主要包含如下幾項：

（1）遵循相關標準。 鐵路行業設計硬件平臺，具體需要滿足兩方面要求，分別是應用要求與使用要求。 其中，應用要求主要是指滿足軌道交通車載設備對環境與試驗方面的要求；使用則是指運行安全與結構強度要求等。

（2）具有可擴展性。由于不同鐵路的應用場景與環境均有較大差異， 故而系統的硬件平臺設計也要盡量滿足不同場景的應用需求。最恰當的方式當是保留系統缺口，方便具體應用時根據應用要求拓展出相應的功能。 譬如部分場景對I/O 功能有一定要求， 系統設計時便應預留通信接口， 以此在滿足場景的應用要求同時提升平臺整體的穩定性及可靠性。

（3）具有可維護性。硬件平臺在設計之初也要為后續的維護提供便利。對此，最初設計硬件平臺時便應預留人機接口來為裝置的日常維護提供方便。同時，系統也要具備準確定位故障部分的功能， 方便維護人員快速找到故障部位， 從而縮短故障的影響時間并降低硬件故障的危害性，以此還能節約大量的工時成本。

（4）具有可復用性。考慮到關鍵部位往后也需要升級來滿足日益多樣化的應用需求，故需提前預留升級空間，避免只能通過重新選型一途來進行系統軟硬件升級，這樣也能節約大量的開發成本。

（5）確保可靠性高。開發硬件平臺最應遵循的原則便是通用性。良好的通用性方可吸收更多成熟的技術，從而提高自身的穩定性及可靠性。當然，這也需要選用生命周期較長的物料，以此方有助于產品的市場推廣及工程化應用。

（6）確保安全性高。 硬件平臺在研制過程中需充分 考慮其安全性。 材料選型時，非金屬材料要求低煙無鹵、 阻燃；車頂金屬材料要求重量輕、強度高，能滿足列 車高速運行的強度要求。

3.3 3C 檢測裝置技術的相關運用

（1）紅外熱成像檢測技術。任何物體超出了絕對溫度，均會向外散發出紅外輻射能量， 而該能量的大小則與其表面溫度密切相關。 紅外熱成像檢測技術便可基于此特征應用紅外探測器與光學成像物鏡所形成， 能夠客觀反映出被測對象的紅外輻射能力分布圖形，繼而構成紅外熱成像圖。

利用紅外熱成像技術， 不僅能實時掌握全場的溫度變化，同時也能對指定區域實施重點監控，譬如在電氣化鐵路接觸網設備運行過程中， 一旦出現錨段關節部位松動或接觸不良的情況，其接頭部位便會出現溫度變化。而這樣的溫度變化恰好能夠被紅外熱成像技術所捕獲，由此便可智能分析溫度變化，了解所屬部件溫度是否正常，繼而發展相應的預警。

參 照JJF 1187—2008 《 熱 像 儀 校 準 規 范》、GB 19870—2005-T 《工業檢測型紅外熱像儀》、Q/GDW 468 2010《紅外測溫儀、紅外熱像儀校準規范》來對紅外測溫裝置的一致性、準確性及連續工作穩定性加以驗證，以上驗證對象各自有其允許的誤差范圍，通常在2℃之內。 而若是在車間內使用，則在進行設備黑體的驗證時，所允許的最大與最小偏差則如表1 所示。

表1 紅外測溫偏差值

（2） 識別與處理技術。 識別與處理技術最主要的作用便是能夠選出紅外熱成像與可見光圖像數據中的隱藏特征， 將這些隱藏特征的數據信息輸入到計算機之中， 經由嚴密的動態幾何參數計算，一旦發現所獲數值超出限制便會自動報警。

（3）GPS 與慣性導航技術。 GPS 與慣性導航技術結合使用， 最大的作用便是能彌補單一使用GPS 技術的局限性。 譬如，GPS 本無法進入室內與長隧道等領地，但基于慣性導航技術的輔助便可開拓出更加廣闊的應用場景，同時還能支持車型系統的走行定位。

（4）無線傳輸技術。應用無線傳輸技術能夠確保所得之缺陷數據被及時傳送到地面控制中心， 以此為接觸網的維修提供有力支撐。

4 結論

綜上所述，3C 裝置在電氣化鐵路接觸網設備運行中運用，可以動態檢測接觸網的各項參數，同時還能確保弓網參數滿足相關標準要求。但因目前對于3C 裝置的運用仍處于探索的初級階段，故仍需在實踐中不斷積累基巖，這樣才能提高接觸網的運行狀態檢測效益， 繼而維護車輛的運行安全。