高速铁路供电安全检测监测系统应用研究

韩 猛

(中国铁路郑州局集团有限公司供电部，河南 郑州 450052 )

高速铁路全部是电气化列车，接触网在供电回路中起着十分重要的作用。接触网作为一种露天、没有“防护外衣”的供电设备，要经受风、雷电、冰雪和温度的考验及环境污染对接触网性能的影响，无备用特性决定了接触网的唯一性、重要性和脆弱性[1]。高速列车需要获取源源不断的能量，供电设备的运行可靠性、接触网日常检修及故障后快速维修至关重要。

接触网的维护管理主要分检测监测、日常养护、专业修理(简称检测、养护、维修)3种业务类型[2]。检测是接触网设备设施科学养护和维修的重要前提，其重要性越来越突出。国铁集团不断强化技防安全能力，综合运用物联网、图像识别、感知系统等先进技术全面推进高速铁路供电安全(接触网)检测监测系统建设，打造全方位、全覆盖、一体化的综合供电检测监测体系[3-4]，获取海量高质量接触网动态和静态检测监测数据，信息收集完成后通过6C数据中心进行综合数据分析，从而实时或及时掌握接触网设备设施运行状态，提前发现其存在的缺陷和安全隐患，为实现精调精修提供科学依据。

1 检测监测技术

高速铁路供电安全检测监测技术发展最早是德国，其次是英国、法国、日本。为提高工作效率及安全性，主要采用接触式和非接触式检测技术。

1.1 接触式检测技术

该技术需要受电弓与接触线接触，不同功能的传感器布置在受电弓上，如在受电弓托架上安装接触压力传感器和加速度传感器。

1.2 非接触式检测技术

激光测量、高清摄像机、图像识别处理技术被应用到高速铁路供电安全检测中，不需要与接触线接触，如定位器坡度确定是实时对拍摄的视频进行分析得到的。

1.3 测量补偿系统

不同的测量技术得到的参数都是用来指导接触网维修，其中列车行进过程中检测到的参数虽能真实反映运行中的弓网状态，但是接触网工对接触网隐患或故障检修都是在静态下进行的，因此要对动态测量值进行补偿，使其与静态测量值相当。

2 6C系统介绍

6C系统为高速铁路供电系统运行维修模式变革提供全方位技术支持，主要包括6个子系统，具体如图1所示，其主要巡检参数如表1所示。

图1 6C系统

表1 6C系统巡检参数

2.1 高速弓网综合检测装置(1C)

该装置是整个系统中检测项目最多、精确度最高的装置。它进行等速检测，即综合检测车的运行速度和高铁实际运行速度相同。检测数据自动分析完成后生成检测报告下发给相关铁路局。

该装置通过高速综合检测列车上的接触压力、加速度、角位移导高、网压等不同功能传感器实现对弓网接触力、硬点、导线高度、接触网电压的测量；采用紫外光电管、激光雷达、摄像机等装备对离线、动态拉出值、定位器坡度等进行实时检测。在联调联试和运行维护中应用可以实现以下功能：

(1)接触网工程静态验收合格后，评价和验证其系统功能；

(2)依据高速铁路接触网动态检测评价标准检验接触网系统的施工质量；

(3)通过对采集的数据进行分析，指导接触网系统进行优化、调整，同时对运营高速铁路进行周期性检测，其数据直接指导供电设备维护单位进行维修。

2.2 接触网安全巡检装置(2C)

该装置主要是代替接触网工步行巡视，提高效率和准确性。该装置结构简单，为便携式设备，主要包括高清摄像机和图像处理设备两部分，将其放置在列车司机室，摄像机负责对接触网外部环境录像、图像采集系统对数据进行存储和分析。该装置可以采用智能分析，工作人员也可以利用分区或参照分析轻飘物和危树侵限、鸟窝、接触网零部件松脱、断裂等问题。2C检测周期不固定，特殊情况时可以加密检测次数，例如鸟害高发期。

2.3 车载接触网运行状态检测装置(3C)

该装置安装在实际运营的高速列车车顶，距离受电弓2 m左右的位置，其大部分功能与1C相同，例如拉出值、硬点、导高的测量等，还可以实现弓网受流状态异常监测，例如弓网离线引起的电火花。此外，还可以非接触检测绝缘子的绝缘状况，以及实现对1C采样参数的加密采集，可以全天候(昼、夜、风、雨、雪、雾)及时反应高速铁路接触网与受电弓运行状态。

2.4 接触网悬挂状态检测监测装置(4C)

该装置替代人工检查，大大节省人力成本，提高检查效率。大量的矩阵相机、高清摄像机、补光装置等安装在接触网作业车或专用车辆车顶，可以对接触网静态几何参数实现连续测量，并根据得到的接触线高度及接触线横向偏移等参数判断锚段关节、中心锚结处是否平顺和跨中是否有负弛度等。它还可以利用清晰度极高的摄像机对定位装置、接触悬挂和附加悬挂涉及的零部件进行全方位成像检测，其图片清晰度足够自动识别零部件的松动、断裂、脱落等一系列故障，其补光装置可以实现夜间“天窗”点检测，从而提高运输效率。它的扩展功能还包括定位器坡度检测、接触线探伤等。

2.5 受电弓滑板监测装置(5C)

该装置以摄像机的形式安装在局界、段界、车站咽喉区、动车段列车出入库线等地点，采集的数据可以无线传输到视频存储系统。它可以实时监测高速列车滑动取流装置(受电弓滑板)的技术状态，及时发现异常，用于事故分析管理及故障责任区域划分，便于指导基层单位进行接触网隐患排查和故障维修。同时，高清成像摄像机可以实现车号识别，其扩展功能包括受电弓结构部件(含弓角、框架等)的缺陷自动识别、报警及受电弓动态性能监测。

2.6 接触网及供电设备地面监测装置(6C)

为监测接触网及供电设备运行状态，在接触网的特殊断面分别设置接触网张力补偿在线监测、定位装置振动特性监测、电连接线夹状态在线监测、绝缘子状态在线监测、设备视频监控等装置，不同的在线监测装置实现分布式监测，分别完成以下功能：

(1)线索张力监测；

(2)线索振动及定位点抬升量监测；

(3)线索温度监测；

(4)绝缘子、高压电缆头、避雷器、隔离开关等供电设备状态监测。

3 结语

近年来，6C系统已经在我国高铁接触网检测监测中广泛应用，并取得了较好效果。借助6C系统开展检测监测数据收集、分析、挖掘，为及时发现接触网缺陷、开展接触网状态修提供了重要依据。