3C 装置在电气化铁路接触网设备运行中的应用研究

2023-12-09李明军

机电产品开发与创新 2023年6期

李明军

（中国铁路西安局集团有限公司，陕西西安 710054）

0 引言

以往的接触网因运行过程中无可避免地会遭受自然及检测因素的影响，致使接触网的几何参数及电气参数也会与原始设计参数之间呈现较大差距。也基于此，倘若以现有的检测方式与装置来检测接触网的运行状态，势必难以满足检测的具体要求。对此，为了有效保障接触网的安全性和稳定性，需对接触网的动态检测装置及方式进行革新，全面分析接触网的运行状态，再根据分析结果商讨解决策略，以此达到弥补缺陷的效果。而本文将围绕车载接触网运行状态检测装置技术（3C）展开分析，就其具体的运用提出以下看法。

1 运行状态下接触网常见弓网缺陷

由于接触网大多设置在露天的环境下且没有任何的备用设备，故当设备持续运行过程中遭受猛烈震荡后便容易加大车体的负荷电流，继而导致接触网的弓网参数发生变化。而基于接触网的几何参数与电气参数的实时变化特征，便可获知接触网运行中存在以下几种常见的弓网缺陷。

1.1 接触网硬点

一旦机车出现接触硬点缺陷，最常见的表现便是电弓离线异常。此时的导线也会因硬点的出现而导致与弓网间的实时接触面降低。在此状态下，随着电阻值的不断增高，接触网便会因瞬间发生的离线动作产生高温电弧。过高的温度也导致电弧燃烧，致使接触线的接触面遭到电腐蚀。不仅如此，接触面的大幅减少也将导致受电弓与接触线无法获取到足够的电流，致使电弧温度进一步升高，严重者便会损坏受电弓、烧断接触线，最终则会因主供回路断开而导致弓网事故的影响范围进一步扩大。

1.2 接触网动态拉出值超标

在接触网参数组中存在这样一项关键数据，即接触网拉出值，该数值作为接触网最核心的悬挂参数，同时也与受电弓有着极为密切的关联。一旦该数据超标便容易引发各种故障，譬如电力机车受电弓脱线、刮弓、钻弓等。以致受电弓与接触网悬挂损坏，最终因影响供电回路的正常运行而导致电车无法启动。

1.3 线岔弓网故障

许多故障类型均可能引发线岔弓网故障，如刮弓、打弓以及钻弓等。其中，打弓故障将会导致电工整体受损；刮弓故障则容易损坏受电弓滑板；至于钻弓故障的影响部位通常为接触网悬挂。就以上故障而言，危害最大者当属线岔弓网故障，该故障极有可能成为大型弓网事故的诱因，且基于该故障还同时具有危害程度严重、波及范围大以及后续处理难度高等问题，故也更需维修人员的高度重视。

2 接触网弓网检测的可完善之处

为保障接触网的安全运行，需设立一套契合安全技术标准的弓网动态值。一旦出现弓网运行状态超出界限值的情况，系统将自动发出警报，预警可能出现的各种安全事故，从而提醒维修人员及时排除故障，以此降低事故的影响范围与程度。当然，这也需要对接触网的实时运行动态参数技术检测手段展开深入研究，这样才能为接触网的运行安全提供保障。

2.1 对现有检测设备的概括

（1）冷滑动态检测。冷滑动态检测是在接触网完成所有工作后，针对检测车接触网所开展的一项检测性实验，该实验可以在不通电接触网的情况下检测出机械的几何参数等动态信息，以此为具体的检修提供依据。

（2）热滑动态检测。在保持接触网通电的情况下，获取接触网于不同运行速度下所产生的机械、几何以及电气等参数。

（3）高速弓网综合检测装置。高速弓网综合检测装置多用于高速综合检测，通常是以15d 为运行周期。于检测期间，该装置将可对几何与电气参数展开实时、综合性的动态综合检测。同时，依托于DJJ-8 接触网激光检测仪与接触网检测车，还能在不受电的情况下对供电段与接触网实施动态与静态综合检测。

2.2 潜存于接触网弓网动态检测中的不足

当前，在检测接触网弓网几何参数中尚有诸多漏洞需要弥补。如作为接触网重要几何参数的接触线拉出值与高度等，此两项参数与受电弓的安全取流有着极为密切的关联。因此，要想获得精准的检测效果，便必须确保参数检测的有效性。然而，从目前的实际运用情况来看，无论是检测的方式或手段方面均有较大的进步空间。首先从检测方式方面来看，因检测方式不完善，致使检测过程经常出现动态拉出值超标的状况，该状况也是引发线岔弓网故障的主因。而检测手段的不完善则会影响到检测结果的完善度，如错失燃弧时间、燃弧次数等电气参数，以致检测工作无法为判断接触网电气回路的完好度提供参考。不仅如此，因受检测方式及装置不完善的影响，致使检测工作很难获取到接触网弓网电气的实际运行参数，这也导致了接触网弓网无法实时监测到异常的运行状态，以致影响到电气回路的正常运行。

3 3C 装置的工作概况

针对处于运动状态的动车组与电力机车，利用3C 装置便可对高速铁路的弓网状态实施动态性检测，以此获取到的高速铁路弓网动态，不仅能为维修接触网提供指导，更能提升接触网的维修品质，从而保障列车的运行安全。

3.1 3C 装置工作原理与功能作用

（1）3C 装置的工作原理。利用3C 装置的红外热成像技术，将可全面获取到接触网、受电弓及弓网的运行状态。而通过对全场温度的监控，便可对重点监控区域的温度予以实时监控，一旦温度出现异常便会发生警告并生成相应地分析报告，以此为后续的处理及维修提供便利。不仅如此，借助GPS、惯性导航及无线传输等技术，还能让控制中心及时接收到回传数据，继而在综合数据的支持下，为接触网维修工作的顺利进行提供保障。

（2）3C 装置的功能作用。利用车辆本身的开始检测与终止检测两项工程，一来可实时采集到的全景、局部以及定位等多项数据信息，且能让接触线高度与拉出值等接触网动态几何参数的测量效率得到显著提升，并且为测量燃弧次数、燃弧时间等参数提供便利。

在运营的动车组及动力机车上安装3C 装置，必须具备以下功能：①能够测量出接触网的动态几何参数，如接触网的高度、拉出值以及接触线相互位置等；②能够测量包括燃弧率、燃弧时间和次数等弓网受流相关参数；③能够测量接触网的温度； ④可以以视频的形式来监控弓网的运行状态，同时还能在视频上进行线路公里标等数据的添加；⑤能在自动开展的参数检验时，将发现的缺陷以数据的形式发送到指挥中心进行数据储存； ⑥可以根据动车组的运行状态自动启动和终止检测。

3.2 3C 装置系统设计原则

系统设计需遵循的原则主要包含如下几项：

（1）遵循相关标准。铁路行业设计硬件平台，具体需要满足两方面要求，分别是应用要求与使用要求。其中，应用要求主要是指满足轨道交通车载设备对环境与试验方面的要求；使用则是指运行安全与结构强度要求等。

（2）具有可扩展性。由于不同铁路的应用场景与环境均有较大差异，故而系统的硬件平台设计也要尽量满足不同场景的应用需求。最恰当的方式当是保留系统缺口，方便具体应用时根据应用要求拓展出相应的功能。譬如部分场景对I/O 功能有一定要求，系统设计时便应预留通信接口，以此在满足场景的应用要求同时提升平台整体的稳定性及可靠性。

（3）具有可维护性。硬件平台在设计之初也要为后续的维护提供便利。对此，最初设计硬件平台时便应预留人机接口来为装置的日常维护提供方便。同时，系统也要具备准确定位故障部分的功能，方便维护人员快速找到故障部位，从而缩短故障的影响时间并降低硬件故障的危害性，以此还能节约大量的工时成本。

（4）具有可复用性。考虑到关键部位往后也需要升级来满足日益多样化的应用需求，故需提前预留升级空间，避免只能通过重新选型一途来进行系统软硬件升级，这样也能节约大量的开发成本。

（5）确保可靠性高。开发硬件平台最应遵循的原则便是通用性。良好的通用性方可吸收更多成熟的技术，从而提高自身的稳定性及可靠性。当然，这也需要选用生命周期较长的物料，以此方有助于产品的市场推广及工程化应用。

（6）确保安全性高。硬件平台在研制过程中需充分考虑其安全性。材料选型时，非金属材料要求低烟无卤、阻燃；车顶金属材料要求重量轻、强度高，能满足列车高速运行的强度要求。

3.3 3C 检测装置技术的相关运用

（1）红外热成像检测技术。任何物体超出了绝对温度，均会向外散发出红外辐射能量，而该能量的大小则与其表面温度密切相关。红外热成像检测技术便可基于此特征应用红外探测器与光学成像物镜所形成，能够客观反映出被测对象的红外辐射能力分布图形，继而构成红外热成像图。

利用红外热成像技术，不仅能实时掌握全场的温度变化，同时也能对指定区域实施重点监控，譬如在电气化铁路接触网设备运行过程中，一旦出现锚段关节部位松动或接触不良的情况，其接头部位便会出现温度变化。而这样的温度变化恰好能够被红外热成像技术所捕获，由此便可智能分析温度变化，了解所属部件温度是否正常，继而发展相应的预警。

参照JJF 1187—2008 《热像仪校准规范》、GB 19870—2005-T 《工业检测型红外热像仪》、Q/GDW 468 2010《红外测温仪、红外热像仪校准规范》来对红外测温装置的一致性、准确性及连续工作稳定性加以验证，以上验证对象各自有其允许的误差范围，通常在2℃之内。而若是在车间内使用，则在进行设备黑体的验证时，所允许的最大与最小偏差则如表1 所示。