高速弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)

■ 孫忠國

隨著我國鐵路第六次大面積提速及高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)與運營，高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)動態(tài)檢測的重要性越來越引起接觸網(wǎng)設(shè)計、施工、運營維護(hù)、行業(yè)管理及科學(xué)研究等相關(guān)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。高速接觸網(wǎng)動態(tài)檢測的重要性主要體現(xiàn)在四方面：（1）通過等速動態(tài)檢測對接觸網(wǎng)的設(shè)計進(jìn)行性能測試與驗證，為進(jìn)一步優(yōu)化接觸網(wǎng)的設(shè)計提供試驗依據(jù)；（2）新建電氣化鐵路開通前的聯(lián)調(diào)聯(lián)試，通過動態(tài)檢測修正施工偏差，確認(rèn)接觸網(wǎng)狀態(tài)，對弓網(wǎng)受流性能進(jìn)行動態(tài)驗收評估；（3）通過動態(tài)檢測查找接觸網(wǎng)的設(shè)備狀態(tài)問題，為運營維護(hù)單位維修提供依據(jù)；（4）通過動態(tài)檢測試驗設(shè)計，研究高速弓網(wǎng)關(guān)系，優(yōu)化弓網(wǎng)匹配。

1 系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架

根據(jù)我國電氣化鐵路弓網(wǎng)受流性能試驗方法和評價標(biāo)準(zhǔn)，對電氣化線路的新線驗收和日常維護(hù)來說，所必須的接觸網(wǎng)檢測項目類別包括接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、弓網(wǎng)動態(tài)作用參數(shù)、供電參數(shù)等。接觸網(wǎng)幾何偏差過大會惡化弓網(wǎng)受流質(zhì)量并加劇接觸網(wǎng)的機(jī)械及電氣損耗，危及行車安全，嚴(yán)重時會造成弓網(wǎng)故障，其受流性能的受影響程度主要通過弓網(wǎng)動態(tài)作用參數(shù)的特征來體現(xiàn)。因此，接觸網(wǎng)幾何參數(shù)及等速弓網(wǎng)動態(tài)作用參數(shù)檢測數(shù)據(jù)是接觸網(wǎng)工程施工及維護(hù)維修的重要依據(jù)，具體包括接觸線高度、拉出值、接觸線相鄰定位點高差、相鄰吊弦高差、線岔或錨段關(guān)節(jié)處2條接觸線的相對位置、弓網(wǎng)動態(tài)接觸力、硬點、離線狀態(tài)（燃弧率）、接觸網(wǎng)電壓、電流等，同時測量桿位、跨距、速度、里程等輔助信息用以定位及超限數(shù)據(jù)的輔助診斷。

高速弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)由接觸網(wǎng)幾何、弓網(wǎng)動態(tài)作用和供電參數(shù)等檢測子系統(tǒng)及對各子系統(tǒng)的集成與集中控制軟件組成，系統(tǒng)構(gòu)架見圖1。

圖1 高速弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)構(gòu)架

其中，接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測量系統(tǒng)包括照明組件、CCD線陣攝像機(jī)組件、光源控制單元、專用檢測橫梁及采集處理計算機(jī)等設(shè)備；弓網(wǎng)動態(tài)作用參數(shù)檢測系統(tǒng)包括力與加速度合成傳感器組件、經(jīng)過弓頭改造的檢測受電弓、火花傳感器組件、硬點傳感器組件、角位移導(dǎo)高傳感器組件及數(shù)據(jù)處理計算機(jī)等設(shè)備；供電參數(shù)測量系統(tǒng)包括電壓傳感器組件、電流傳感器組件及數(shù)據(jù)處理計算機(jī)等設(shè)備。

高壓端信號通過數(shù)據(jù)采集處理裝置處理后轉(zhuǎn)換成光信號傳輸至車內(nèi)數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元將信號處理后傳輸至檢測數(shù)據(jù)前置處理機(jī)，高壓端的系統(tǒng)供電采用專用供電隔離變壓器方案，整個系統(tǒng)通過集成與集中控制計算機(jī)實現(xiàn)各類檢測參數(shù)的時空同步，高速弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)組成見圖2。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成與實時處理

弓網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)集成處理系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)弓網(wǎng)動態(tài)作用參數(shù)檢測子系統(tǒng)、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測子系統(tǒng)、供電參數(shù)檢測子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步合成與集中控制，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)各檢測參數(shù)的波形實時分析及跟蹤對比；同時，根據(jù)各檢測參數(shù)特性與超限評判模型，實現(xiàn)各子系統(tǒng)檢測參數(shù)的實時處理及檢測超限評判、編輯等功能。時空同步方案主要采用光纖傳輸、差分信號抗干擾、冗余環(huán)網(wǎng)、多重備份等技術(shù)，為檢測系統(tǒng)提供實時的滿足檢測系統(tǒng)采樣觸發(fā)及精確距離計算需求的距離脈沖信號，采用高精度光電編碼器、電子標(biāo)簽、DGPS和應(yīng)答器等多種定位方式，實現(xiàn)全車時鐘、速度和里程信息的同步采集、傳輸及控制。

系統(tǒng)軟件主要包括數(shù)據(jù)同步與預(yù)處理軟件、檢測數(shù)據(jù)波形分析軟件和檢測數(shù)據(jù)集成與處理軟件，3個軟件分別與弓網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)集成處理系統(tǒng)的三部分主要功能相對應(yīng)。其中數(shù)據(jù)同步與預(yù)處理軟件主要實現(xiàn)接觸網(wǎng)各檢測子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步集成及預(yù)處理，為后續(xù)的檢測數(shù)據(jù)處理提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)來源；檢測數(shù)據(jù)波形分析軟件主要用于接觸網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)的實時波形分析與跟蹤對比；檢測數(shù)據(jù)集成與處理軟件主要實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的實時統(tǒng)計計算及各子系統(tǒng)檢測參數(shù)的超限判別與輸出，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。高速接觸網(wǎng)動態(tài)檢測過程中，當(dāng)檢測到某些安全指標(biāo)嚴(yán)重超限時，嚴(yán)重超限信息將通過車載短信息平臺（Short Messaging Service，SMS）實時發(fā)布給運營維護(hù)單位。

圖2 高速弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)組成

圖3 弓網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)集成與實時處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)地面數(shù)據(jù)分析與維修決策支持

高速弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)能夠在實時檢測過程中對弓網(wǎng)安全性超限實時判斷，自動診斷出超限記錄并進(jìn)行編輯和報表輸出，運營維護(hù)單位獲得檢測日報后，將按超限等級及時進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核及信息反饋。高速弓網(wǎng)檢測參數(shù)多、數(shù)據(jù)量大，為滿足運營維護(hù)及工程施工單位全面掌握接觸網(wǎng)狀態(tài)變化信息的客觀需求，檢測數(shù)據(jù)在地面數(shù)據(jù)處理中心還將進(jìn)行深入分析并形成專項分析報告，用于維修決策支持。如何診斷超限類型和分析超限產(chǎn)生原因是接觸網(wǎng)運營維護(hù)單位及設(shè)計院等接觸網(wǎng)動態(tài)檢測用戶主體最關(guān)心的問題之一。不同接觸網(wǎng)類型、不同受電弓運用方式、不同速度等級及接觸網(wǎng)特殊結(jié)構(gòu)處等因素都會影響接觸網(wǎng)動態(tài)缺陷的表現(xiàn)形式。地面數(shù)據(jù)分析采用專用數(shù)據(jù)分析軟件，通過歷史數(shù)據(jù)對比與狀態(tài)跟蹤、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、高幀頻弓網(wǎng)數(shù)字視頻定位，輔以速度里程信息、運行線路環(huán)境信息等進(jìn)行綜合診斷與評價，為用戶提供可直接服務(wù)于現(xiàn)場維修決策的專項分析報告。歷史數(shù)據(jù)對比與狀態(tài)跟蹤見圖4，地面數(shù)據(jù)分析與維修決策支持框架見圖5。

4 結(jié)束語

高速弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國內(nèi)高速綜合檢測列車上，系統(tǒng)的成功研制與應(yīng)用為新型接觸網(wǎng)性能測試與驗證、新建線路接觸網(wǎng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試、運營線路接觸網(wǎng)周期檢測與維修、弓網(wǎng)關(guān)系研究等創(chuàng)造了必要條件。

[1] 于萬聚．高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M]．成都：西南交通大學(xué)出版社，2003

[2] 中國鐵道科學(xué)研究院．提速線路軌道不平順質(zhì)量指數(shù)管理建議值及管理辦法[R]，2007

[3] 中國鐵道科學(xué)研究院．接觸網(wǎng)基礎(chǔ)信息綜合管理系統(tǒng)[R]，2008

[4] 中國鐵道科學(xué)研究院．接觸網(wǎng)動態(tài)檢測缺陷整治及復(fù)測反饋信息系統(tǒng)[R]，2008

[5] 中國鐵道科學(xué)研究院．高速鐵路綜合檢測列車[R]，2008