基于铁路电气化在接触网监测方面的方案研究

武轶

摘要：在铁路电气化运行的过程中，接触网是保证铁路供电安全的重要装置。在特殊的运行环境中，铁路接触网容易受外界因素影响，需要通过加强监测保证铁路供电的可靠性。但从实际情况来看，铁路接触网监测依然存在较多问题。因此，还应加强基于铁路电气化的接触网监测方案研究，以便采取有效措施加强接触网的运行管理。

关键词：铁路电气化;接触网监测;方案研究

中图分类号：U226     文献标识码：A

引言

为了保证线路通畅及机车的正常运行，需确保接触网处于安全状态。电气化铁路接触网监测对于电气化铁路接触网的安全是一个必备不可少的安全系统。我们在设计监测方案时首先要了解其监测的要求，再从分系统出发进行研究才能做好接触网监测方案。

1铁路接触网监测问题分析

铁路接触网是铁路沿线上空架设的输电线路，负责向铁路运行机车供电。从结构上来看，接触网包含接触悬挂、定位装置、基础和支持装置等部分。长期处于风吹、日晒、雨淋的工作条件下，导致接触网零部件容易发生氧化腐蚀或连接头松动问题，在这些外界因素影响下，个别部位容易发生过热情况，严重时将导致供电中断，造成列车停运事故的发生。在铁路电气化发展背景下，为保证铁路供电安全，铁路接触网断线监测技术得到了应用。但就目前来看，多数技术的运用仍然存在一定的问题，无法满足铁路电气化安全运行要求。在接触网断线监测方面，接触网故障测距系统得到了应用，能够通过监测电压、电流变化进行接触网故障点大致位置的测量，但无法对具体故障进行判断，仅能作为辅助监测手段[1]。采用激光测距装置，可以通过监测接触网补偿系统坠砣B值变化进行故障监测，并且能够实现监测数据的存储。但采用该技术设备复杂，需要产生较大能耗，在棘轮补偿装置中使用时无法获得明显数值变化，在采用弹簧补偿装置时没有坠砣B值可供检测。此外，采用在接触悬挂下锚终端的张力在线监测系统能够实现接触网故障快速查找，并利用GSM 网进行预警发布，实现方法简单，能耗较低，可以根据张力变化对接触网故障进行判断。但受安装位置限制，系统无法进行接触网全面监测，并且在安装和检修时需要将接触网进行停电。因此从总体上来看，铁路接触网采用的监测装置较多，但各自存在一定缺陷，需要实现监测技术的科学应用才能为接触网故障抢修提供科学指导，满足铁路电气化发展需要。

2基于铁路电气化的接触网监测方案

2.1系统工作原理

受电弓接触网动态监测系统由多个监控点构成，这些监控点可以构成一个网络系统。每个监控点由监控前端设备和控制中心设备构成。每个监控点在前端装设1 台高分辨率的摄像机对过往机车的弓网系统进行图像采集，当安装在摄像机前的电磁感应式传感器检测到列车驶近时产生触发信号， 触发摄像机自动摄取机车弓网系统的图像。采集到的图像经传输系统传送给控制中心的计算机监控系统。图像分析系统对摄像机拍摄的图像进行预处理，如发现受电弓有异常可立即提供异常报警，提示维护人员采取措施，以保证设备安全，从而有效预防弓网事故的发生。控制中心的计算机系统还具有数字硬盘录像、回放、检索等功能。为获取清晰的图像，摄像机还配置电动可变镜头和电动可变光圈，相关人员可以通过数字控制技术远距离对摄像机进行多种操作，如控制摄像机镜头的拉伸、光圈大小的设定以及系统的其它工作状态的设定等。为保证系统的正常、可靠工作，实现控制中心对监控前端相应设备的监控，在监控前端还设有数字指令解码器、补充光源与快门同步、图像数据接口电路等诸多辅助装置。

2.2车辆报警子系统

车辆报警子系统采用了电磁感应式传感器， 它由发射和接收2 部分组成，接收部分和发射部分分别安装在同一根钢轨的内外两侧，形成一个磁场。当列车通过时，车轮切割磁力线，产生电流，从而检测到列车的到来，输出报警信号。电磁感应式传感器施工安装简单，维护很方便。电磁感应式传感器安装在监控点前方一段距离，当检测到列车时，启动摄像系统开始拍摄，当列车尾端离开监控区域后关闭摄像系统。电磁感应传感器输出开关信号，开关信号接入网络摄像机的I/O口，来触发摄像机的开启或关闭。

2.3图像获取

摄像子系统包括网络摄像机、电动三可变自动光圈镜头、摄像机防护罩、电动云台及支架和解码器。网络摄像机是集视频压缩技术、计算机技术、网络技术、嵌入式技术等多种先进技术于一体的数字摄像设备，它把视频压缩和处理功能集中到一个体积很小的设备内，这样网络数字摄像机可将模拟信号转换为基于TCP/IP 网络标准的数据包，通过RJ45 接口直接输送到网络上。相对于传统的模拟摄像机加编码器的方案，它有以下优点：安装施工非常方便，便于维护;1 台计算机相当于网络上的1 个计算机结点，在中心通过网络即可对摄像机的画面大小，压缩格式等参数进行设置和镜头焦距光圈的调节;实时播放的画面和录像回放的画面是同等质量的， 解决了模拟摄像机实时播放清晰，但回放因压缩编解码造成录像质量下降的问题。网络摄像机代表了今后监控数字化、网络化的发展方向。摄像机装入护罩后安装在云台上，云台是承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置。解码器安装在云台附近，接收从综合控制器转发来自中心的控制命令，解码后以特定的电压控制电动云台、电动可变镜头、室外防护罩等。

2.4系统控制

在系统控制方面，控制中心计算机具有数字管理功能，能够利用数字控制技术对摄像机进行远距离操作，结合监测需要进行摄像机状态的设定，保证摄像机可靠工作。采用计算机数字录像、回放等功能，可以实现录像预处理，并通过监视器提供拍摄得到的画面。根据画面，可以确定监控点的弓网状况，从而及时发现和排除故障。在硬盘录像过程中，系统将实现循环保存，即利用刚录制的文件对时间较早的文件进行覆盖。在对视频数据进行检索时，利用检索功能可以进行时间、地点等内容的设置，从而使检索得到的数据达到用户要求。针对用户指定的数据，系统能够实现永久性保护，因此能够满足接触网故障分析要求。

3关键技术

实际采用该方案，需要保证监测数据和图像能够及时传输至控制中心，以便利用系统对接触网进行实时准确监测。在监测数据传输方面，需要利用基于TCP/IP 网络标准将模拟信号转换为数据包，然后利用RJ45 接口將数据传输至网络上。在图像传输方面，采用视频监测技术需实现实时视频监测，确保系统问题能够得到准确发现。实际在技术应用时，需要保证图像拍摄质量，完成清晰、稳定图像的选取。结合这一要求，需要加强摄像机的选择，确保其拥有较宽动态范围和较高分辨率。而摄像机容易受光照和气候的影响，所以需要实现温度和光照补偿，确保摄像机使用达到环境要求，能够实现控制命令数据的准确传输。在带宽足够的情况下，图像可以得到可靠传输，避免图像失真问题的发生。

结束语

在铁路电气化发展的过程中，设置多个监测点对接触网进行监测，还要实现监测网络的构建，利用统一控制中心实现各种监控前端设备的控制，以便及时发现接触网故障。采用触发摄像机，能够实现异常图像采集，为人员实现故障抢修提供数据依据，则能使接触网故障得到迅速排除，继而有效进行铁路列车供电安全管理。

参考文献

[1]王皓南.电气化铁路关键零部件在线监测技术方案[J].电气时代，2017（11）：97-98+101.

[2]李炜. 电气化铁路防误送电的开关设计研究[D].北京交通大学，2017.

[3]翟鹏. 电气化铁路接触网分段绝缘器在线监测系统软件的设计与实现[D].山东大学，2013.

[4]刘圣辉.铁路电气化在接触网监测方面的方案研究[J].黑龙江科技信息，2016（20）：276.

[5]许国强.电气化铁路接触网检修检测工作的探讨[J].铁道机车车辆，201603）：49.