弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行質(zhì)量診斷與評(píng)估系統(tǒng)

■ 張文軒 孫忠國(guó)

0 引言

電氣化鐵路接觸網(wǎng)工作環(huán)境惡劣、工作方式特殊、無(wú)備用設(shè)備，列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，其工作狀態(tài)更加復(fù)雜，高速鐵路對(duì)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)受流質(zhì)量提出了更高要求。在高速鐵路接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)過(guò)程中，如何能夠高效、準(zhǔn)確進(jìn)行弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行質(zhì)量的診斷與評(píng)估成為亟需解決的重要問(wèn)題。接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)包括接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)作用參數(shù)、供電參數(shù)等，各參數(shù)密切關(guān)聯(lián)，共同反映出接觸網(wǎng)狀態(tài)及弓網(wǎng)受流狀態(tài)。在弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行質(zhì)量診斷與評(píng)估過(guò)程中，需要根據(jù)各檢測(cè)參數(shù)特點(diǎn)及相互關(guān)系，確定合適的數(shù)據(jù)分析方法，對(duì)其進(jìn)行有效分析，以便更準(zhǔn)確地通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)反映接觸網(wǎng)狀態(tài)及弓網(wǎng)受流狀態(tài)。

經(jīng)德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家?guī)资甑纳钊胙芯浚瑲W盟鐵路已形成一套高速接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方案，并能很好地使用接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行接觸網(wǎng)狀態(tài)及弓網(wǎng)受流質(zhì)量評(píng)估，指導(dǎo)工程施工和運(yùn)營(yíng)維修單位進(jìn)行接觸網(wǎng)狀態(tài)維護(hù)及維修，尤其是能夠指導(dǎo)高速鐵路接觸網(wǎng)進(jìn)行精調(diào)細(xì)修，優(yōu)化接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行性能。

中國(guó)鐵道科學(xué)研究院基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所基于鐵道部綜合檢測(cè)列車(chē)周期性接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)，兼容了動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析所必需的接觸網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)波形信息、接觸網(wǎng)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)等內(nèi)容，研發(fā)了弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行質(zhì)量診斷與評(píng)估系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)）。系統(tǒng)以接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)波形分析為基礎(chǔ)，提供了檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)對(duì)比分析、超限自動(dòng)判別標(biāo)注、基礎(chǔ)信息關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)分析計(jì)算及導(dǎo)出等功能。系統(tǒng)能夠快速、有效進(jìn)行弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行質(zhì)量的診斷與評(píng)估。與國(guó)外同類(lèi)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)分析處理實(shí)時(shí)性高、功能集成度高、分析界面友好等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)以接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)波形分析為基礎(chǔ)，采用數(shù)據(jù)緩沖同步、波形動(dòng)態(tài)調(diào)整、基礎(chǔ)信息關(guān)聯(lián)等技術(shù)，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位提供了高效、直觀的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，通過(guò)不同時(shí)間段的檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)狀態(tài)變化過(guò)程的全面跟蹤。系統(tǒng)主界面見(jiàn)圖1。

系統(tǒng)主要功能如下：

圖1 弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行質(zhì)量診斷與評(píng)估系統(tǒng)主界面

（1）檢測(cè)參數(shù)顯示分析功能：自由選擇檢測(cè)參數(shù)通道內(nèi)容及數(shù)量；自由選擇各通道參數(shù)的刻度大小及顯示顏色；方便進(jìn)行準(zhǔn)確里程定位；各通道波形數(shù)據(jù)的隨意縮放及上下位置調(diào)整；各參數(shù)通道的上下位置移動(dòng)及自動(dòng)位置調(diào)整；顯示接觸網(wǎng)支柱信息、吊弦信息；在錨段關(guān)節(jié)、線(xiàn)岔等接觸網(wǎng)特殊處所，同時(shí)顯示2支接觸線(xiàn)導(dǎo)高、拉出值。

（2）歷史數(shù)據(jù)對(duì)比功能：同時(shí)打開(kāi)當(dāng)前波形數(shù)據(jù)及2次歷史波形數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)參數(shù)的波形對(duì)比，跟蹤接觸網(wǎng)狀態(tài)變化；歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)波形以灰色顯示，更好區(qū)分當(dāng)前檢測(cè)數(shù)據(jù)及歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)；自由調(diào)整歷史波形數(shù)據(jù)及當(dāng)前波形數(shù)據(jù)的相對(duì)偏移，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前檢測(cè)數(shù)據(jù)及歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)的相同位置對(duì)比；實(shí)現(xiàn)歷史波形數(shù)據(jù)的前后翻轉(zhuǎn)，方便在新建高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試中對(duì)逆向行車(chē)數(shù)據(jù)及正向行車(chē)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

（3）檢測(cè)數(shù)據(jù)打印、導(dǎo)出功能：特定處所的波形打??；特定處所的波形保存為圖片（圖片格式包括png、jpg、bmp等）；打印波形及保存圖片中波形檢測(cè)日期、線(xiàn)路、行別、局別等信息顯示；導(dǎo)出部分區(qū)段或全部檢測(cè)區(qū)段的波形數(shù)據(jù)為pdf格式文件；導(dǎo)出部分區(qū)段或全部檢測(cè)區(qū)段的波形數(shù)據(jù)為原始檢測(cè)文本數(shù)據(jù)。

（4）檢測(cè)過(guò)程回放功能：可完全重現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)波形回放；可自由設(shè)置波形回放速度，滿(mǎn)足用戶(hù)不同需求；在選中歷史波形情況下，可進(jìn)行當(dāng)前波形數(shù)據(jù)和歷史波形數(shù)據(jù)的同步回放。

（5）基礎(chǔ)信息、超限信息關(guān)聯(lián)顯示功能：自動(dòng)進(jìn)行接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)超限判別，并在數(shù)據(jù)波形上進(jìn)行超限標(biāo)注及超限信息關(guān)聯(lián)，超限信息包括超限處所、超限類(lèi)型、超限等級(jí)、超限內(nèi)容等；波形圖中自動(dòng)關(guān)聯(lián)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)信息，包括基礎(chǔ)信息處所、基礎(chǔ)信息類(lèi)型、基礎(chǔ)信息內(nèi)容等，方便了解超限處所接觸網(wǎng)基礎(chǔ)信息狀態(tài)；自由添加、修改、刪除動(dòng)態(tài)檢測(cè)超限信息、接觸網(wǎng)基礎(chǔ)信息等內(nèi)容；動(dòng)態(tài)檢測(cè)超限信息、接觸網(wǎng)基礎(chǔ)信息導(dǎo)出為文本，方便進(jìn)行信息統(tǒng)計(jì)與整理；動(dòng)態(tài)檢測(cè)缺陷信息、接觸網(wǎng)基礎(chǔ)信息導(dǎo)入，方便進(jìn)行信息處理流程跟蹤。

1.2 系統(tǒng)主要作用

（1）提供包括接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)作用參數(shù)、供電參數(shù)等接觸網(wǎng)多通道連續(xù)檢測(cè)數(shù)據(jù)值，重現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)過(guò)程。

（2）系統(tǒng)按照各參數(shù)不同的超限判別標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)進(jìn)行超限判別，通過(guò)超限處所里程及超限附近各檢測(cè)參數(shù)特點(diǎn)，輔助進(jìn)行超限處所定位。

（3）通過(guò)對(duì)比、分析不同時(shí)間段的接觸網(wǎng)各檢測(cè)參數(shù)，跟蹤接觸網(wǎng)狀態(tài)變化。

（4）新建高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試中，指導(dǎo)接觸網(wǎng)精細(xì)化調(diào)整；完成聯(lián)調(diào)聯(lián)試后，保存接觸網(wǎng)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，作為后續(xù)檢修的依據(jù)。

（5）結(jié)合動(dòng)態(tài)檢測(cè)波形數(shù)據(jù)，顯示接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)超限，跟蹤接觸網(wǎng)超限現(xiàn)場(chǎng)復(fù)查處理流程，幫助進(jìn)行接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)超限管理。

（6）結(jié)合動(dòng)態(tài)檢測(cè)波形數(shù)據(jù)，顯示接觸網(wǎng)基礎(chǔ)信息，幫助進(jìn)行接觸網(wǎng)基礎(chǔ)信息管理，并結(jié)合接觸網(wǎng)基礎(chǔ)信息、接觸網(wǎng)超限數(shù)據(jù)和接觸網(wǎng)檢測(cè)各通道波形數(shù)據(jù)，進(jìn)行弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行超限診斷及評(píng)價(jià)。

（7）結(jié)合動(dòng)態(tài)檢測(cè)波形數(shù)據(jù)，提供注釋信息顯示及管理功能，幫助接觸網(wǎng)管理單位針對(duì)特定處所的波形數(shù)據(jù)或超限進(jìn)行注釋和批示，提供各級(jí)注釋及批示信息流程跟蹤，有利于提高動(dòng)態(tài)檢測(cè)超限處理質(zhì)量及效率。

2 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 拉出值超限診斷及評(píng)估

圖2為武廣高速鐵路上行檢出的拉出值超限情況。經(jīng)分析計(jì)算，超限位于錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換柱處，動(dòng)態(tài)檢測(cè)拉出值為650 mm。同時(shí)，由于拉出值超限嚴(yán)重，導(dǎo)致高速運(yùn)行下弓網(wǎng)接觸壓力變化劇烈，弓網(wǎng)受流性能受到破壞。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)靜態(tài)測(cè)量后，超限處所得到復(fù)核及確認(rèn)，并及時(shí)對(duì)拉出值進(jìn)行了調(diào)整，鐵道部綜合檢測(cè)列車(chē)對(duì)該處所進(jìn)行了重點(diǎn)跟蹤，對(duì)調(diào)整前后的檢測(cè)波形進(jìn)行了對(duì)比，超限點(diǎn)調(diào)整后拉出值動(dòng)態(tài)檢測(cè)值為375 mm，同時(shí)關(guān)聯(lián)跨內(nèi)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力已恢復(fù)至μ±3σ范圍內(nèi)均勻過(guò)渡，受流性能明顯改善。動(dòng)態(tài)檢測(cè)的跟蹤驗(yàn)證進(jìn)一步證明了原超限已調(diào)整到位，整個(gè)閉環(huán)處理過(guò)程完畢。

2.2 弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力超限診斷及評(píng)估

產(chǎn)生弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力超限的原因有多種，只有通過(guò)綜合數(shù)據(jù)分析，診斷出弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力超限的原因，才能使弓網(wǎng)壓力的檢測(cè)數(shù)據(jù)直接用于指導(dǎo)維修。接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)公式提取弓網(wǎng)壓力超限處所，將公里標(biāo)與其他檢測(cè)參數(shù)同步關(guān)聯(lián)是一種常用的分析方法。圖3顯示了弓網(wǎng)接觸壓力超限產(chǎn)生的原因，通過(guò)關(guān)聯(lián)診斷可確定弓網(wǎng)壓力超限處所存在吊弦，且吊弦調(diào)整不到位，導(dǎo)致該處接觸線(xiàn)高度偏高，形成倒“V”字形接觸線(xiàn)高度圖形及較大的坡度變化率，當(dāng)受電弓高速通過(guò)此處時(shí)，弓網(wǎng)接觸力產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，嚴(yán)重影響弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行質(zhì)量，從弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力數(shù)值看，形成了一處最大值超限。

圖2 武廣高速鐵路上行拉出值超限診斷與評(píng)估

圖3 弓網(wǎng)接觸壓力超限診斷與評(píng)估

3 結(jié)束語(yǔ)

弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行質(zhì)量診斷與評(píng)估系統(tǒng)已在12個(gè)鐵路局（公司）得到了廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)的易用性、實(shí)時(shí)性、高效性得到了一致認(rèn)可。系統(tǒng)的運(yùn)用大大提高了檢測(cè)數(shù)據(jù)的使用效率，能夠有效進(jìn)行各通道檢測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系分析及弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行質(zhì)量的診斷與分析，對(duì)提高現(xiàn)場(chǎng)維修效率和指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行單位更好地進(jìn)行設(shè)備維修有重要意義。同時(shí)，利用波形對(duì)比功能，可以跟蹤接觸網(wǎng)狀態(tài)的變化，總結(jié)接觸網(wǎng)狀態(tài)的變化規(guī)律，有利于對(duì)接觸網(wǎng)狀態(tài)變化進(jìn)行跟蹤及趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

今后還應(yīng)在密切跟蹤接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)業(yè)務(wù)需求基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析方法研究成果的運(yùn)用，切實(shí)提高接觸網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析處理水平，提高弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行質(zhì)量診斷與評(píng)估水平，更好地發(fā)揮接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的作用。

[1] KieBling，Puschmann，Schmieder. 電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2003

[2] 于萬(wàn)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