車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置的應(yīng)用

方梅佳 上海鐵路局杭州職工培訓(xùn)基地

車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置的應(yīng)用

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3C裝置采用紅外熱成像、模式識(shí)別、圖像處理等技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)受電弓及接觸網(wǎng)運(yùn)行的溫度分布，在線分析接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)參數(shù)，綜合準(zhǔn)確定位及時(shí)發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)缺陷及故障隱患，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和缺陷報(bào)警。因此，3C裝置的應(yīng)用是對(duì)接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)工作的有益探究。

運(yùn)行狀態(tài)；弓網(wǎng)缺陷；檢測(cè)不足；3C技術(shù)應(yīng)用

接觸網(wǎng)由于受自然和檢測(cè)因素的影響，運(yùn)行狀態(tài)中幾何參數(shù)、電氣參數(shù)常常出現(xiàn)偏離原始設(shè)計(jì)參數(shù)的情況，而當(dāng)前應(yīng)用的檢測(cè)裝置、檢測(cè)方式又無(wú)法滿足運(yùn)行狀態(tài)下的接觸網(wǎng)弓網(wǎng)檢測(cè)，所以必須有完善的弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置和檢測(cè)方式，才能為高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行的可靠性提供保證。

1 接觸網(wǎng)運(yùn)行常見弓網(wǎng)缺陷

接觸網(wǎng)露天設(shè)置無(wú)備用，運(yùn)行時(shí)牽引（負(fù)荷）電流變化大、車體振動(dòng)劇烈，使接觸網(wǎng)的弓網(wǎng)參數(shù)時(shí)常發(fā)生改變。接觸網(wǎng)這些運(yùn)行特點(diǎn)決定了接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、電氣參數(shù)時(shí)刻處在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化之中，所以接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)常見弓網(wǎng)缺陷主要為兩類：幾何參數(shù)超標(biāo)和電氣參數(shù)超值。

接觸網(wǎng)硬點(diǎn)（電氣參數(shù)）：接觸硬點(diǎn)是造成機(jī)車受電弓離線的主要原因。由于導(dǎo)線上硬點(diǎn)的存在，造成弓網(wǎng)之間接觸不良，電阻增大，離線瞬間產(chǎn)生高溫電弧，電弧燃燒使接觸線、受電弓的接觸面出現(xiàn)電腐蝕，造成接觸面積減少，影響接觸線、受電弓的正常取流。當(dāng)硬點(diǎn)高溫電弧嚴(yán)重時(shí)可能燒斷接觸線或損傷受電弓，導(dǎo)致主供回路斷開，構(gòu)成弓網(wǎng)事故。

動(dòng)態(tài)接觸線拉出值超標(biāo)（幾何參數(shù)）：接觸網(wǎng)拉出值是接觸網(wǎng)眾多參數(shù)中的關(guān)鍵性參數(shù)，它既是接觸網(wǎng)懸掛核心參數(shù)，也是受電弓工作面接觸參數(shù)，該值一旦超標(biāo)，就有可能導(dǎo)致電力機(jī)車受電弓脫線而造成刮弓、鉆弓故障，其后果非常嚴(yán)重，將直接損壞受電弓、接觸網(wǎng)懸掛，導(dǎo)致供電回路無(wú)法正常工作，影響列車運(yùn)行。

線岔弓網(wǎng)故障（幾何參數(shù)、電氣參數(shù)）：主要為打弓、刮弓、鉆弓故障。打弓嚴(yán)重使受電弓整體損壞或連接、固定部位斷開；刮弓嚴(yán)重直接損壞受電弓滑板；鉆弓將破壞整個(gè)接觸網(wǎng)懸掛、損壞受電弓。更嚴(yán)重的是線岔處發(fā)生弓網(wǎng)故障，多數(shù)屬于大型的弓網(wǎng)事故，其事故波及范圍大，接觸網(wǎng)損壞程度高，處理起來(lái)難度大，影響列車運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。

2 現(xiàn)行接觸網(wǎng)弓網(wǎng)檢測(cè)存在的不足

接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下的弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)值必須在安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，超限界值將會(huì)引起弓網(wǎng)事故。所以，運(yùn)行中弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的技術(shù)檢測(cè)非常重要，它是保證接觸網(wǎng)運(yùn)行安全的重要手段。

2.1 當(dāng)前接觸網(wǎng)弓網(wǎng)檢測(cè)設(shè)備

接觸網(wǎng)冷滑動(dòng)態(tài)檢測(cè)：這是接觸網(wǎng)全部竣工后，利用接觸網(wǎng)檢測(cè)車進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，是對(duì)接觸網(wǎng)不受電條件下進(jìn)行的機(jī)械、幾何參數(shù)等動(dòng)態(tài)綜合檢測(cè)。

接觸網(wǎng)熱滑動(dòng)態(tài)檢測(cè)：即接觸網(wǎng)在送電開通后，以不同運(yùn)行速度，用接觸網(wǎng)檢測(cè)車在接觸網(wǎng)帶電情況下進(jìn)行的機(jī)械、幾何參數(shù)、電氣參數(shù)等動(dòng)態(tài)綜合檢測(cè)。

高速弓網(wǎng)綜合檢測(cè)裝置（C1）：安裝在高速綜合檢測(cè)列車上，對(duì)運(yùn)營(yíng)高速鐵路和提速干線原則上每15天一個(gè)周期進(jìn)行的綜合性實(shí)速動(dòng)態(tài)綜合檢測(cè)（包括幾何參數(shù)、電氣參數(shù)）。

此外，接觸網(wǎng)檢測(cè)車、DJJ-8接觸網(wǎng)激光檢測(cè)儀等是供電段、工區(qū)周期性對(duì)接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)狀態(tài)下不受電的綜合檢測(cè)。

2.2 當(dāng)前接觸網(wǎng)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)存在不足

接觸網(wǎng)弓網(wǎng)幾何參數(shù)在運(yùn)行狀態(tài)下檢測(cè)不完善。拉出值、始觸區(qū)(線岔)等屬于接觸網(wǎng)幾何參數(shù)，他們是接觸網(wǎng)運(yùn)行中與受電弓安全取流密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)性參數(shù)，必須完善參數(shù)檢測(cè)的有效性。由于當(dāng)前檢測(cè)方式和手段的制約，導(dǎo)致測(cè)距點(diǎn)選擇的不一致，引起數(shù)據(jù)誤差、數(shù)據(jù)之別。接觸線動(dòng)態(tài)拉出值（之值）、始觸區(qū)(線岔)范圍，都應(yīng)以運(yùn)行狀態(tài)下受電弓中心為檢測(cè)測(cè)距點(diǎn)才更為有效、更為科學(xué)。動(dòng)態(tài)拉出值超標(biāo)、線岔處弓網(wǎng)故障都與檢測(cè)方式不足有關(guān)。

接觸網(wǎng)弓網(wǎng)電氣（過(guò)熱、過(guò)載）參數(shù)在運(yùn)行狀態(tài)下檢測(cè)不完善。燃弧次數(shù)、燃弧時(shí)間、燃弧率及接觸網(wǎng)接點(diǎn)溫度、線索溫度等都屬于接觸網(wǎng)電氣參數(shù)，他們是判斷接觸網(wǎng)電氣回路是否完好、是否過(guò)載的依據(jù)。由于當(dāng)前檢測(cè)方式和檢測(cè)裝置無(wú)法檢測(cè)接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)弓網(wǎng)電氣（過(guò)熱、過(guò)載）參數(shù)，所以也就無(wú)法保證接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下電氣回路完好。

另外，接觸網(wǎng)弓網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、超限數(shù)據(jù)發(fā)布、運(yùn)行狀態(tài)異常報(bào)警及走行定位等，這些都是當(dāng)前接觸網(wǎng)弓網(wǎng)檢測(cè)中存在的不足之處。

3 車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置（3C）技術(shù)及應(yīng)用

車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置（以下簡(jiǎn)稱3C裝置）安裝在運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車組（或電力機(jī)車）上，實(shí)現(xiàn)高速鐵路弓網(wǎng)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果用于指導(dǎo)接觸網(wǎng)狀態(tài)維修，從而確保接觸網(wǎng)維修品質(zhì)和運(yùn)行的安全可靠性。

3.1 3C檢測(cè)裝置工作原理及功能

3.1.1 工作原理

3C裝置通過(guò)紅外熱成像檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)、受電弓以及弓網(wǎng)運(yùn)行關(guān)系的全視場(chǎng)紅外熱成像檢測(cè)，形成全視場(chǎng)溫度監(jiān)控，對(duì)核心區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控并智能分析溫度變化，從而實(shí)現(xiàn)溫度異常變化的報(bào)警分析；通過(guò)采集紅外熱成像數(shù)據(jù)、可見光圖像數(shù)據(jù)，在線進(jìn)行圖像識(shí)別與處理、動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)計(jì)算，對(duì)相關(guān)超限數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警；通過(guò)GPS以及慣性導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車型系統(tǒng)走行定位，通過(guò)與EOAS系統(tǒng)通信獲取公里標(biāo)等輔助定位信息；通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)，將缺陷數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)降孛婵刂浦行?，指?dǎo)接觸網(wǎng)維修。

3.1.2 軟件功能

根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)，具備自動(dòng)開始、終止檢測(cè)功能；實(shí)時(shí)采集紅外、局部、全景及定位信息等數(shù)據(jù)；測(cè)量接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)，如接觸線高度、拉出值；測(cè)量弓網(wǎng)受流相關(guān)參數(shù)，包括燃弧次數(shù)、燃弧時(shí)間等；實(shí)時(shí)監(jiān)控車頂及周邊狀態(tài)，在機(jī)械室實(shí)時(shí)查看車頂狀態(tài)。

3.2 3C檢測(cè)裝置技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)

依據(jù)黑體輻射定律，一切溫度高于絕對(duì)零度（-273.15℃）的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量，物體紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。紅外熱成像是利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡，接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。

通過(guò)紅外熱成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)、受電弓以及弓網(wǎng)運(yùn)行關(guān)系的全天候、全視場(chǎng)紅外熱成像檢測(cè)，形成全視場(chǎng)溫度監(jiān)控。對(duì)易松動(dòng)接觸不良的導(dǎo)線接頭、錨段關(guān)節(jié)處，曲線區(qū)段、站場(chǎng)、區(qū)間銜接處以及中心錨結(jié)處，特別對(duì)道岔、分段、分相等區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控并智能分析溫度變化，從而實(shí)現(xiàn)溫度異常變化的報(bào)警分析。

3.2.2 模式識(shí)別與圖像處理技術(shù)

采集紅外熱成像數(shù)據(jù)、可見光圖像數(shù)據(jù)，提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息,如接觸線溫度顏色特征、弓網(wǎng)關(guān)系邊界特征、幾何參數(shù)區(qū)域特征、燃弧形狀特征、線索，關(guān)系結(jié)構(gòu)等，在線利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行圖像識(shí)別與處理，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)計(jì)算，對(duì)相關(guān)超限數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。

3.2.3 GPS以及慣性導(dǎo)航技術(shù)

GPS（全球定位）與INS（慣性導(dǎo)航）有機(jī)結(jié)合,可以在開闊環(huán)境以高精度RTK測(cè)量,并在GPS原本不可能進(jìn)入的領(lǐng)地,如連續(xù)長(zhǎng)大隧道、室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)車型系統(tǒng)的走行定位，并與EOAS系統(tǒng)（動(dòng)車組司機(jī)操控信息分析系統(tǒng)）通信獲取公里標(biāo)等輔助定位信息。

3.2.4 無(wú)線傳輸技術(shù)

通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)降孛婵刂浦行模笇?dǎo)接觸網(wǎng)維修作業(yè)。

3.3 應(yīng)用實(shí)例

3.3.1 實(shí)例1

圖1所示為3C高清圖像詳情圖。地點(diǎn)：蘭新客專，烏魯木齊動(dòng)車所-烏魯木齊，上行126支柱；報(bào)警類型：拉出值超限；拉出值：460 mm；速度：68 km/h；最高溫度23℃；環(huán)境溫度17.8℃；導(dǎo)高值5 741 mm；報(bào)警級(jí)別：三類；報(bào)警分析：拉出值超限。

圖1 3C高清圖像詳情圖

根據(jù)高清圖像結(jié)合紅外圖像、全景可見圖像、弓網(wǎng)運(yùn)行情況、運(yùn)行環(huán)境情況、幾何參數(shù)異常情況、輔助定位，分析診斷動(dòng)態(tài)接觸線拉出值超標(biāo)（二級(jí)缺陷），見表1所示。

表1 高速鐵路接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（部分）

3.3.2 實(shí)例2

圖2所示為紅外、高清圖像詳情圖。報(bào)警溫度229.0℃、環(huán)境溫度2.8℃，導(dǎo)高值5 289 mm、拉出值-13 mm、速度184 km/ h,報(bào)警分析：疑似接觸線硬點(diǎn)燃弧。

圖2 3C紅外、高清圖像詳情圖

根據(jù)紅外、高清圖像結(jié)合異常高溫點(diǎn)弓網(wǎng)接觸部位、燃弧形狀、時(shí)間長(zhǎng)短，分析診斷接觸線線夾硬點(diǎn)燃?。ㄒ患?jí)缺陷），見表2所示。

表2 電流致熱型設(shè)備缺陷診斷判據(jù)（部分）

4 結(jié)束語(yǔ)

3C裝置有先進(jìn)的技術(shù)平臺(tái)，對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行在線高速、高精度的檢測(cè)，準(zhǔn)確定位，保證弓網(wǎng)參數(shù)達(dá)標(biāo)。不過(guò)，3C裝置目前投入運(yùn)用時(shí)間較短，尚需進(jìn)一步積累經(jīng)驗(yàn)，細(xì)化相應(yīng)的實(shí)施規(guī)程，以提高接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)效率，從而為接觸網(wǎng)正常運(yùn)行提供可靠保障。

[1]成都國(guó)鐵電氣設(shè)備有限公司.車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置（3C）技術(shù)資料.2015.

[2]鐵總運(yùn)（2015）362號(hào).《高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則》.

[3]于萬(wàn)聚.《高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)》.西南交通大學(xué)出版社.2002.

[4]史國(guó)強(qiáng).《電氣化鐵路接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路燒傷問(wèn)題的探討》.《上海鐵道科技》.2008.

[5]鄂勇永.《基于圖像處理的鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究》 .大連理工大學(xué).2009.

責(zé)任編輯：宋 飛

來(lái)稿時(shí)間：2017-02-23