關(guān)于普速接觸網(wǎng)與受電弓滑板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（5C）的探討

喬明星++陳森

摘 要：隨著鐵路的快速發(fā)展，電氣化鐵路的優(yōu)越性突出，電力機(jī)車得到了大力發(fā)展和應(yīng)用，受電弓與接觸導(dǎo)線接觸良好顯得越來(lái)越重要。為了改善弓網(wǎng)接觸狀態(tài)，科研機(jī)構(gòu)一般會(huì)在接觸網(wǎng)與受電弓兩方面作出改進(jìn)，而運(yùn)行單位通過(guò)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)弓網(wǎng)的運(yùn)行情況，以指導(dǎo)日常檢修工作。目前，各個(gè)供電段都安裝使用了普速接觸網(wǎng)與受電弓滑板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（5C）。以成都學(xué)子科技集團(tuán)開(kāi)發(fā)的弓網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例，通過(guò)分析系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，提出了有針對(duì)性的改進(jìn)建議，使系統(tǒng)更加具有實(shí)用性、科學(xué)性，更有利于接觸網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：普速接觸網(wǎng)；受電弓；滑板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；接觸線

中圖分類號(hào)：TG146.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.124

1 接觸網(wǎng)與受電弓滑板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)重要性

截至2014年年底，我國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程突破111 000 km，高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到16 000 km，電氣化鐵路營(yíng)業(yè)里程超過(guò)了62 000 km，約占總營(yíng)業(yè)里程的56%，供電專業(yè)在鐵路運(yùn)輸安全生產(chǎn)中的重要性進(jìn)一步提高。

從蒸汽機(jī)車到內(nèi)燃機(jī)車，到電力機(jī)車，再到今天的動(dòng)車組、高速鐵路，我國(guó)電氣化鐵路的發(fā)展速度毋庸置疑。根據(jù)多年來(lái)的行車事故統(tǒng)計(jì)，在電氣化鐵路運(yùn)行中，由于弓網(wǎng)故障造成的行車事故占有相當(dāng)大的比例。我們知道，接觸網(wǎng)是電氣化鐵路重要的直接行車設(shè)備，是向電力機(jī)車、電動(dòng)車組等安全、可靠供電的特殊輸電線路。接觸網(wǎng)線路露天布置，線長(zhǎng)、點(diǎn)多，工作環(huán)境惡劣，使用條件苛刻，且無(wú)備用設(shè)備。一旦因故障停電，將中斷行車。受電弓是電力機(jī)車和接觸網(wǎng)中間的過(guò)渡部分，其作用是將電能傳輸?shù)诫妱?dòng)牽引裝置上。弓網(wǎng)故障給鐵路運(yùn)輸安全造成了嚴(yán)重的影響，這是電氣化鐵路面臨的一個(gè)非常突出的問(wèn)題。

在這種情況下，接觸網(wǎng)與機(jī)車受電弓的正常、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電氣化鐵路的安全運(yùn)輸是非常重要的。目前，大秦鐵路股份有限公司侯馬北供電段供電局大力發(fā)展接觸網(wǎng)6C系統(tǒng)，最大限度地保證接觸網(wǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行，為電力機(jī)車不間斷供電。普速接觸網(wǎng)與受電弓滑板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是接觸網(wǎng)6C系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，目的是監(jiān)測(cè)受電弓滑板技術(shù)狀態(tài)、接觸網(wǎng)狀態(tài)和參數(shù)。

下面對(duì)目前使用的成都學(xué)子科技集團(tuán)弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行探討，提出一些改進(jìn)建議。

2 成都學(xué)子科技集團(tuán)弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)說(shuō)明

受電弓和接觸網(wǎng)相互作用的基本要求是：由于受電弓在運(yùn)行中相對(duì)于接觸網(wǎng)做橫向運(yùn)動(dòng)，所以受電弓弓頭必須超出接觸線最不利的位置。在運(yùn)行中，只有接觸線不離開(kāi)受電弓弓頭的工作范圍，系統(tǒng)才能正常運(yùn)行。在正常運(yùn)行時(shí)，接觸線在滑板上的滑行是最重要的。

成都學(xué)子科技集團(tuán)研發(fā)了弓網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用了CCD高速攝像技術(shù)、圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和無(wú)線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實(shí)時(shí)采集受電弓通過(guò)分相器時(shí)的弓網(wǎng)視頻圖像，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和壓縮處理，實(shí)時(shí)分析、處理視頻圖像，自動(dòng)判斷、識(shí)別拉弧圖像。

3 系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀分析與建議

接觸網(wǎng)與受電弓的關(guān)系（弓網(wǎng)關(guān)系）技術(shù)范疇比較復(fù)雜，包括幾何特性、動(dòng)態(tài)相互作用、材料接口、接觸點(diǎn)集流量等。

目前，該局運(yùn)行的普速接觸網(wǎng)與受電弓滑板運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在功能上不夠完善，數(shù)據(jù)少，不僅不能閉環(huán)管理，也不能指導(dǎo)工區(qū)職工及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理接觸網(wǎng)設(shè)備缺陷，對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行起不到多大的作用。

3.1 拍攝時(shí)間

在有電力機(jī)車通過(guò)時(shí)，該系統(tǒng)可以拍攝，不過(guò)要手動(dòng)抓拍，然后回放。實(shí)際上，機(jī)車受電弓在通過(guò)攝像機(jī)定位點(diǎn)時(shí)就是一瞬間，時(shí)間要用毫秒來(lái)計(jì)算，手動(dòng)抓拍是不可能抓拍到接觸網(wǎng)與受電弓瞬間通過(guò)的接觸、取流情況，只能看見(jiàn)機(jī)車后面車廂頂部的情況，拍攝意義不大，對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備起不到監(jiān)測(cè)作用。

如果在攝像頭內(nèi)部裝設(shè)傳感器，對(duì)迎面而來(lái)即將通過(guò)的列車進(jìn)行判斷，并提前啟動(dòng)攝像頭錄制，在受電弓通過(guò)后停止錄制；存儲(chǔ)錄制的短片，然后再用軟件對(duì)存儲(chǔ)的視頻文件提取幀，找出關(guān)鍵圖像，這樣就可以看到機(jī)車受電弓通過(guò)該定位點(diǎn)時(shí)的情況，最后再進(jìn)行檢查、判斷。

3.2 夜間拍攝光源

光線是攝像頭拍攝的重要因素。夜間拍攝的主要問(wèn)題是光線。如何能夠看清接觸網(wǎng)與受電弓在該接觸點(diǎn)的運(yùn)行情況，是一個(gè)值得思考的問(wèn)題。對(duì)此，筆者建議從以下幾個(gè)方面考慮，增加該接觸點(diǎn)的亮度：①借助外部光源，即將攝像頭安裝在站場(chǎng)附近的接觸網(wǎng)上。站場(chǎng)光線一般比較充足，可以在此處拍攝。②在攝像頭上配備閃光光源。不過(guò)，這樣做可能會(huì)影響到鄰線司機(jī)瞭望信號(hào)燈。③利用紅外線感測(cè)技術(shù)判斷機(jī)車的移動(dòng)情況，并在受電弓通過(guò)該定位點(diǎn)時(shí)捕捉拍攝。④在受電弓的滑板上涂熒光粉。這樣做，也可以判斷機(jī)車受電弓在通過(guò)該定位點(diǎn)時(shí)的情況。

3.3 監(jiān)控方式

該系統(tǒng)是通過(guò)通道將列車通過(guò)攝像頭時(shí)的畫(huà)面實(shí)時(shí)傳到遠(yuǎn)端的調(diào)度計(jì)算機(jī)屏幕上，這樣不僅浪費(fèi)人力資源，而且起不到監(jiān)控的作用。比較合理的做法為：將抓拍時(shí)間設(shè)置好拍攝后，定時(shí)（比如一個(gè)星期）或者工作必要時(shí)將拍攝的機(jī)車受電弓與該接觸點(diǎn)的圖像提取出來(lái)，經(jīng)檢查對(duì)比，就可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，而不需要人工24 h緊盯計(jì)算機(jī)屏幕，查看機(jī)車通過(guò)時(shí)的情況。

3.4 攝像機(jī)安裝地點(diǎn)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用代替了人為重復(fù)性工作，大大提高了人的工作效率。在供電調(diào)度工作中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題——在機(jī)車回庫(kù)后，機(jī)務(wù)段檢查發(fā)現(xiàn)受電弓滑板的某個(gè)地方有硬傷。這一情況出現(xiàn)的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弓網(wǎng)故障出現(xiàn)的概率。這一情況的實(shí)質(zhì)是接觸網(wǎng)某個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，不足以造成弓網(wǎng)故障，而造成機(jī)車受電弓出現(xiàn)缺陷。只有防患于未然，才能確保設(shè)備的安全運(yùn)行。遇到類似情況，該局調(diào)度員的一般做法為：詢問(wèn)機(jī)車走行的路線，然后安排接觸網(wǎng)工對(duì)該機(jī)車經(jīng)過(guò)的所有路線的設(shè)備進(jìn)行巡視、測(cè)量，工作量巨大，猶如大海撈針。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，縮小巡視范圍，筆者建議在每個(gè)區(qū)間裝一個(gè)攝像機(jī)，然后通過(guò)對(duì)比該機(jī)車經(jīng)過(guò)每個(gè)區(qū)間的圖像，就可以找到造成受電弓硬傷的區(qū)間。這樣不僅大大縮小了查找范圍，也可以在最短時(shí)間完成缺陷處理。

3.5 傳輸數(shù)據(jù)方式

目前，該系統(tǒng)是通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋?qū)崟r(shí)將現(xiàn)場(chǎng)弓網(wǎng)視頻高速傳輸?shù)綘恳冸娝恳冸娝O(jiān)控計(jì)算機(jī)可實(shí)時(shí)分析、識(shí)別和存儲(chǔ)相關(guān)弓網(wǎng)視頻圖像，并通過(guò)2M專網(wǎng)上傳調(diào)度中心，以便遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

在變電所的監(jiān)控計(jì)算機(jī)及授權(quán)的2M網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)上可查詢、回放弓網(wǎng)視頻圖像，輔以人工分析、確認(rèn)拉弧故障和受電弓的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，然后輸出弓網(wǎng)故障數(shù)據(jù)報(bào)表，以供相關(guān)部門(mén)決策參考。

該系統(tǒng)采取這種傳輸方式用到的設(shè)備多、投資大，檢修比較麻煩，攝像頭安裝地點(diǎn)有限，性價(jià)比不高。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們不需要實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面通過(guò)光纖傳輸，可以直接將拍攝到的現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面存儲(chǔ)，讓接觸網(wǎng)工在定期巡視中或者必要時(shí)，將存儲(chǔ)介質(zhì)取出，并安裝上另一個(gè)備用存儲(chǔ)介質(zhì)，然后將存儲(chǔ)介質(zhì)中視頻文件拷貝到計(jì)算機(jī)中，用相關(guān)軟件（比如premierepro視頻編輯軟件）將視頻文件分解成幀，找出關(guān)鍵圖像，并分析、對(duì)比、判斷各個(gè)區(qū)間的圖像，找出不同，確定存在設(shè)備缺陷的區(qū)段，以此指導(dǎo)工區(qū)對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行巡視、測(cè)量，以便及時(shí)查找出設(shè)備缺陷。

3.6 對(duì)視頻圖像的判斷

該系統(tǒng)在對(duì)視頻圖像錄制后，不能自動(dòng)對(duì)受電弓與接觸線的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，需要人工肉眼觀察、判斷。比如，在攝像頭安裝位置一定的情況下（盡量安裝在接觸線的正上方），其拍攝的角度也是固定的，這時(shí)可利用數(shù)學(xué)三角函數(shù)計(jì)算出拉出值，然后與設(shè)計(jì)的拉出值作比較；再比如，利用高清攝像頭可以觀察機(jī)車受電弓滑板的平滑程度，也可以提示是否有缺陷等。

4 總結(jié)

通過(guò)以上分析，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)接觸網(wǎng)與受電弓滑板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，可以縮小查找接觸網(wǎng)設(shè)備缺陷的范圍，確保接觸網(wǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行；形成監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、問(wèn)題下發(fā)、問(wèn)題整改、整改反饋信號(hào)的閉環(huán)管理，從而充分發(fā)揮普速接觸網(wǎng)與受電弓滑板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在安全生產(chǎn)中的作用。今后實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，需要不斷試驗(yàn)、不斷總結(jié)和完善該系統(tǒng)，以保證接觸網(wǎng)為電力機(jī)車不間斷供電。

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〔編輯：劉曉芳〕