车载接触网运行状态检测装置的应用

2017-06-28方梅佳上海铁路局杭州职工培训基地

上海铁道增刊 2017年1期

方梅佳上海铁路局杭州职工培训基地

车载接触网运行状态检测装置的应用

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3C装置采用红外热成像、模式识别、图像处理等技术，实时检测受电弓及接触网运行的温度分布，在线分析接触网运行状态下的动态参数，综合准确定位及时发现弓网缺陷及故障隐患，并通过无线通信技术进行远程监测和缺陷报警。因此，3C装置的应用是对接触网运行状态检测工作的有益探究。

运行状态；弓网缺陷；检测不足；3C技术应用

接触网由于受自然和检测因素的影响，运行状态中几何参数、电气参数常常出现偏离原始设计参数的情况，而当前应用的检测装置、检测方式又无法满足运行状态下的接触网弓网检测，所以必须有完善的弓网动态检测装置和检测方式，才能为高速铁路接触网运行的可靠性提供保证。

1 接触网运行常见弓网缺陷

接触网露天设置无备用，运行时牵引（负荷）电流变化大、车体振动剧烈，使接触网的弓网参数时常发生改变。接触网这些运行特点决定了接触网几何参数、电气参数时刻处在复杂的动态变化之中，所以接触网运行状态常见弓网缺陷主要为两类：几何参数超标和电气参数超值。

接触网硬点（电气参数）：接触硬点是造成机车受电弓离线的主要原因。由于导线上硬点的存在，造成弓网之间接触不良，电阻增大，离线瞬间产生高温电弧，电弧燃烧使接触线、受电弓的接触面出现电腐蚀，造成接触面积减少，影响接触线、受电弓的正常取流。当硬点高温电弧严重时可能烧断接触线或损伤受电弓，导致主供回路断开，构成弓网事故。

动态接触线拉出值超标（几何参数）：接触网拉出值是接触网众多参数中的关键性参数，它既是接触网悬挂核心参数，也是受电弓工作面接触参数，该值一旦超标，就有可能导致电力机车受电弓脱线而造成刮弓、钻弓故障，其后果非常严重，将直接损坏受电弓、接触网悬挂，导致供电回路无法正常工作，影响列车运行。

线岔弓网故障（几何参数、电气参数）：主要为打弓、刮弓、钻弓故障。打弓严重使受电弓整体损坏或连接、固定部位断开；刮弓严重直接损坏受电弓滑板；钻弓将破坏整个接触网悬挂、损坏受电弓。更严重的是线岔处发生弓网故障，多数属于大型的弓网事故，其事故波及范围大，接触网损坏程度高，处理起来难度大，影响列车运行时间长。

2 现行接触网弓网检测存在的不足

接触网运行状态下的弓网动态值必须在安全技术标准范围之内，超限界值将会引起弓网事故。所以，运行中弓网动态参数的技术检测非常重要，它是保证接触网运行安全的重要手段。

2.1 当前接触网弓网检测设备

接触网冷滑动态检测：这是接触网全部竣工后，利用接触网检测车进行试验检测，是对接触网不受电条件下进行的机械、几何参数等动态综合检测。

接触网热滑动态检测：即接触网在送电开通后，以不同运行速度，用接触网检测车在接触网带电情况下进行的机械、几何参数、电气参数等动态综合检测。

高速弓网综合检测装置（C1）：安装在高速综合检测列车上，对运营高速铁路和提速干线原则上每15天一个周期进行的综合性实速动态综合检测（包括几何参数、电气参数）。

此外，接触网检测车、DJJ-8接触网激光检测仪等是供电段、工区周期性对接触网动态、静态状态下不受电的综合检测。

2.2 当前接触网弓网动态检测存在不足

接触网弓网几何参数在运行状态下检测不完善。拉出值、始触区(线岔)等属于接触网几何参数，他们是接触网运行中与受电弓安全取流密切相关的结构性参数，必须完善参数检测的有效性。由于当前检测方式和手段的制约，导致测距点选择的不一致，引起数据误差、数据之别。接触线动态拉出值（之值）、始触区(线岔)范围，都应以运行状态下受电弓中心为检测测距点才更为有效、更为科学。动态拉出值超标、线岔处弓网故障都与检测方式不足有关。

接触网弓网电气（过热、过载）参数在运行状态下检测不完善。燃弧次数、燃弧时间、燃弧率及接触网接点温度、线索温度等都属于接触网电气参数，他们是判断接触网电气回路是否完好、是否过载的依据。由于当前检测方式和检测装置无法检测接触网运行状态弓网电气（过热、过载）参数，所以也就无法保证接触网运行状态下电气回路完好。

另外，接触网弓网运行状态实时检测、实时监控、超限数据发布、运行状态异常报警及走行定位等，这些都是当前接触网弓网检测中存在的不足之处。

3 车载接触网运行状态检测装置（3C）技术及应用

车载接触网运行状态检测装置（以下简称3C装置）安装在运营的动车组（或电力机车）上，实现高速铁路弓网状态的动态检测，检测结果用于指导接触网状态维修，从而确保接触网维修品质和运行的安全可靠性。

3.1 3C检测装置工作原理及功能

3.1.1 工作原理

3C装置通过红外热成像检测实现对接触网、受电弓以及弓网运行关系的全视场红外热成像检测，形成全视场温度监控，对核心区域进行重点监控并智能分析温度变化，从而实现温度异常变化的报警分析；通过采集红外热成像数据、可见光图像数据，在线进行图像识别与处理、动态几何参数计算，对相关超限数据进行自动报警；通过GPS以及惯性导航技术，实现车型系统走行定位，通过与EOAS系统通信获取公里标等辅助定位信息；通过无线传输技术，将缺陷数据及时传输到地面控制中心，指导接触网维修。

3.1.2 软件功能

根据车辆运行状态，具备自动开始、终止检测功能；实时采集红外、局部、全景及定位信息等数据；测量接触网动态几何参数，如接触线高度、拉出值；测量弓网受流相关参数，包括燃弧次数、燃弧时间等；实时监控车顶及周边状态，在机械室实时查看车顶状态。

3.2 3C检测装置技术应用

3.2.1 红外热成像检测技术

依据黑体辐射定律，一切温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量，物体红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。红外热成像是利用红外探测器和光学成像物镜，接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。

通过红外热成像技术实现对接触网、受电弓以及弓网运行关系的全天候、全视场红外热成像检测，形成全视场温度监控。对易松动接触不良的导线接头、锚段关节处，曲线区段、站场、区间衔接处以及中心锚结处，特别对道岔、分段、分相等区域进行重点监控并智能分析温度变化，从而实现温度异常变化的报警分析。

3.2.2 模式识别与图像处理技术

采集红外热成像数据、可见光图像数据，提取图像中所包含的某些特征或特殊信息,如接触线温度颜色特征、弓网关系边界特征、几何参数区域特征、燃弧形状特征、线索，关系结构等，在线利用计算机对其进行图像识别与处理，并进行动态几何参数计算，对相关超限数据进行自动报警。

3.2.3 GPS以及惯性导航技术

GPS（全球定位）与INS（惯性导航）有机结合,可以在开阔环境以高精度RTK测量,并在GPS原本不可能进入的领地,如连续长大隧道、室内，实现车型系统的走行定位，并与EOAS系统（动车组司机操控信息分析系统）通信获取公里标等辅助定位信息。

3.2.4 无线传输技术

通过无线网络传输技术，实现缺陷数据及时传输到地面控制中心，指导接触网维修作业。

3.3 应用实例

3.3.1 实例1

图1所示为3C高清图像详情图。地点：兰新客专，乌鲁木齐动车所-乌鲁木齐，上行126支柱；报警类型：拉出值超限；拉出值：460 mm；速度：68 km/h；最高温度23℃；环境温度17.8℃；导高值5 741 mm；报警级别：三类；报警分析：拉出值超限。