高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)的探討與研究

鐘錦軍

(中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司， 天津 300308)

當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)正在飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平也隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而騰飛，這就帶動(dòng)了我國(guó)鐵路技術(shù)水平的高速發(fā)展，現(xiàn)在我國(guó)的鐵路早已不是原來(lái)的常規(guī)電氣化鐵路了，而是在向著高速電氣化鐵路的方向大步前進(jìn)。在高速電氣化鐵路的建設(shè)過(guò)程中，有一項(xiàng)極為重要的項(xiàng)目，那就是接觸網(wǎng)。何謂“接觸網(wǎng)”，接觸網(wǎng)就是在高速電氣化線路中，在鋼軌中心線的正上方按照“之”字形鋪設(shè)的裸露的高電壓輸電線，其作用是通過(guò)電力機(jī)車受電弓的碳滑板與接觸網(wǎng)接觸線的接觸，將來(lái)自于牽引變電所得電能輸送給電力機(jī)車，其四個(gè)重要組成部件分別為：接觸網(wǎng)接觸懸掛、接觸網(wǎng)支持裝置、接觸網(wǎng)定位裝置及支柱和基礎(chǔ)。在高速鐵路網(wǎng)運(yùn)行的主要組成部分就是依靠力與電的相互作用而形成，對(duì)此高速鐵路接觸網(wǎng)出現(xiàn)的故障可以分為機(jī)械故障和電氣故障。其電氣故障中主要是以線路燒傷形成的故障居多，由于接觸網(wǎng)線路主要是隱藏著，如果當(dāng)線路中出現(xiàn)燃燒的時(shí)候一般工作人員不會(huì)很快的發(fā)現(xiàn)，但是由于電路依舊在運(yùn)行過(guò)程，那么這個(gè)時(shí)候燒傷部分的損壞程度就是變得愈來(lái)愈嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)接觸網(wǎng)部分都出現(xiàn)嚴(yán)重的燒傷事故，這樣就會(huì)對(duì)整個(gè)高速鐵路的運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響?；诖?，高速鐵路接觸網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)鐵路運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮著舉足輕重的地位。由于我國(guó)傳統(tǒng)鐵路供電檢測(cè)技術(shù)相對(duì)落后，其中供電功能單一，隨著高速鐵路接觸網(wǎng)的快速發(fā)展，為了適應(yīng)高速鐵路供電檢測(cè)需求，對(duì)此本文將是以“6C”系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析與論述。

1 高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)的組成

何謂“接觸網(wǎng)”，接觸網(wǎng)就是在高速電氣化線路中，在鋼軌中心線的正上方按照“之”字形鋪設(shè)的裸露的高電壓輸電線，其作用是通過(guò)電力機(jī)車受電弓的碳滑板與接觸網(wǎng)接觸線的接觸，將來(lái)自于牽引變電所得電能輸送給電力機(jī)車，其 4個(gè)重要組成部件分別為：接觸網(wǎng)接觸懸掛、接觸網(wǎng)支持裝置、接觸網(wǎng)定位裝置及支柱和基礎(chǔ)。

1.1 接觸網(wǎng)懸掛裝置

接觸網(wǎng)懸掛裝置，由承受接觸線重力的承力索、連接承力索與接觸線的吊弦、給電力機(jī)車輸送電能的接觸線及電連接等部件組成，其由接觸網(wǎng)支持裝置提供支撐力裝設(shè)在支柱上。高速電氣化鐵路對(duì)接觸線的彈性分布是有要求的，為了保證受電弓碳滑板與接觸線的接觸良好，不會(huì)纏繞、掉線，要求接觸線的彈性需均勻分布。

1.2 接觸網(wǎng)支持裝置

接觸網(wǎng)支持裝置，從字面上的意思來(lái)理解，就是起到支持的作用的一種裝置。放在接觸網(wǎng)系統(tǒng)里具體來(lái)說(shuō)，就是支撐接觸網(wǎng)接觸懸掛，將接觸懸掛的重力傳遞給支柱與基礎(chǔ)。接觸網(wǎng)支持裝置包含但不限于腕臂、水平拉桿等[1]。高質(zhì)量的接觸網(wǎng)支持裝置應(yīng)滿足以下要求：能適應(yīng)各種場(chǎng)所，包括一些極端的場(chǎng)所；用料輕便、耐用，但又不會(huì)因此失去機(jī)械強(qiáng)度；易維護(hù)、易檢修、易更換。

1.3 接觸網(wǎng)定位裝置

定位器、定位管、連接零件和支持器共同組成了高速電氣化鐵路上的定位裝置。在進(jìn)行高速電氣化鐵路的施工時(shí)，定位裝置可以起到固定接觸線位置的作用，能保證電力機(jī)車在受電弓滑板運(yùn)行軌跡的范圍之內(nèi)活動(dòng)，確保受電弓和接觸線不會(huì)在機(jī)車運(yùn)行的過(guò)程中產(chǎn)生脫離。

1.4 接觸網(wǎng)基礎(chǔ)與支柱

基礎(chǔ)和支柱是能承受定位裝置、支持裝置以及接觸懸掛3者全部力量的部分，除此之外，其還能固定接觸網(wǎng)的懸掛位置及高度。

2 高速鐵路接觸網(wǎng)工程主要施工流程

鐵路接觸網(wǎng)和土建工程施工組織需要根據(jù)系統(tǒng)工程來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)性的規(guī)劃與管理。在新建的高速鐵路基地段的接觸網(wǎng)中主要是以鐵路路基底層施工→接觸網(wǎng)支柱中的測(cè)量→接觸網(wǎng)澆筑→支柱安裝整理→鐵路接觸網(wǎng)導(dǎo)線的架設(shè)→（路基表層建設(shè)）→（軌道建設(shè)）→支柱和軌道線路的修整→腕臂安裝→接觸網(wǎng)中的受力索與接觸線的安裝→接觸線路受力索的測(cè)定→接觸網(wǎng)吊弦預(yù)算→吊弦與準(zhǔn)確定位→接觸網(wǎng)靜態(tài)的基本檢測(cè)與整合→接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)與整個(gè)。

為了確保在鐵路建設(shè)過(guò)程的路基更加的穩(wěn)定，接觸網(wǎng)的路基基本工作務(wù)必要在碎石鋪設(shè)前那段時(shí)間完成。當(dāng)對(duì)高速鐵路路底層建設(shè)完成以后，接觸網(wǎng)測(cè)量工作人員需要以線路控制網(wǎng)作為基準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)線路中線的測(cè)定，在接觸網(wǎng)測(cè)量過(guò)程中將是采用了支柱基礎(chǔ)定位測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)水準(zhǔn)儀的控制。在接觸網(wǎng)基礎(chǔ)施工過(guò)程中，需要對(duì)工程項(xiàng)目和各部分施工組織設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)科學(xué)的測(cè)定，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)坑開挖也需要進(jìn)行規(guī)劃。在路基實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，需要對(duì)路基和接觸網(wǎng)兩者之間的施工進(jìn)行有效的配合，這樣做的主要目的就是防止兩者在施工過(guò)程中相互影響。比如，在京津城際鐵路中的固定線路進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，接觸網(wǎng)專業(yè)測(cè)量人員需要使用精測(cè)網(wǎng)來(lái)準(zhǔn)確確定其中的具體位置和基本數(shù)據(jù)，以此避免出現(xiàn)測(cè)量誤差，確保數(shù)據(jù)的精確度。

3 高速鐵路供電安全檢測(cè)施工技術(shù)

為了確保高速鐵路供電系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，需要對(duì)高速鐵路供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一整套科學(xué)合理的設(shè)計(jì)規(guī)劃及監(jiān)測(cè)。在高速鐵路接觸網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，弓網(wǎng)綜合檢測(cè)裝置（CPCM）、接觸網(wǎng)安全巡檢裝置（CCVM）、車載接觸網(wǎng)、運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)、接觸網(wǎng)中的懸掛檢測(cè)設(shè)備、受電弓花瓣檢測(cè)、接觸網(wǎng)與供電設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)，這六個(gè)基本檢測(cè)部門總稱為6C系統(tǒng)。

形成6C系統(tǒng)的主要作用就是保證各部分系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)能夠正常的傳輸，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)信息的共享，進(jìn)而在鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)各部分信息之間的相互交互。采用6C檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)φ麄€(gè)鐵路接觸網(wǎng)進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)范圍不僅大，而且所實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測(cè)功能也較多。在本次課題研究中將主要對(duì)高速弓網(wǎng)綜合檢測(cè)設(shè)備、接觸網(wǎng)安全巡檢設(shè)備及接觸網(wǎng)懸掛基本生進(jìn)行詳細(xì)的監(jiān)測(cè)分析。

3.1 高速弓網(wǎng)綜合檢測(cè)裝置（CPCM）

在鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，高速弓網(wǎng)檢測(cè)設(shè)備主要是利用車頂?shù)母咚贁z像頭來(lái)提供檢測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)高速攝像頭獲取的相關(guān)圖像信息之后將其傳送到電子柜中隨后再進(jìn)行采集并生成各種數(shù)據(jù)，把產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的劃分在分配到相應(yīng)的軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行詳細(xì)的比對(duì)與分析，這樣就可以更加直觀的看到各部分?jǐn)?shù)據(jù)有沒有超標(biāo)。比如，工作人員對(duì)接觸線拉出值進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，主要是依靠車頂?shù)奈㈦娮咏咏鼨z測(cè)器及攝像頭來(lái)獲取整個(gè)數(shù)據(jù)，或者是利用接觸線中的電磁感應(yīng)測(cè)定出接觸線中的具體拉出值。在高鐵列車工作的時(shí)候，當(dāng)車頂安裝的微電子與接觸線在一起的時(shí)候，那么微電子設(shè)備就會(huì)在第一時(shí)間中獲得相應(yīng)的電流，同時(shí)在設(shè)備輸出信號(hào)中就會(huì)標(biāo)記出相關(guān)的電壓信號(hào)。一般這種信號(hào)檢測(cè)設(shè)備與外界的環(huán)境沒有任何關(guān)系，除此之外，檢測(cè)設(shè)備不和接觸線碰撞又避免了接觸線對(duì)列車行駛的干擾。采用這種形式的監(jiān)測(cè)方式不僅獲得的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，而且其數(shù)據(jù)提取也相對(duì)快捷[2]。

3.2 接觸網(wǎng)安全巡檢裝置（CCVM）

接觸網(wǎng)中的安全巡檢的主要設(shè)備就是微處理器，由高速攝像頭組成的視頗采集器與做處理器相配合實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。其中高速攝像頭一般由1個(gè)高速攝像頭和1個(gè)較低像素的攝像組成，在此過(guò)程中將主要是對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)近距離的測(cè)量與整體的監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員主要是利用這兩個(gè)主要畫面，根據(jù)自身的實(shí)際判斷經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析與觀察，最后對(duì)接觸網(wǎng)線路的基本運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)定與分析。

在圖像數(shù)據(jù)查看完成以后，接觸網(wǎng)監(jiān)測(cè)人員還需要及時(shí)的回放列車運(yùn)行過(guò)程中所拍攝的視頻，從中判斷出接觸網(wǎng)設(shè)備是否存在問(wèn)題，在這個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)中所耗費(fèi)的時(shí)間相對(duì)較多。對(duì)此圖像在采集完成以后，工作人員要對(duì)其圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行妥善的保管。比如說(shuō)智能檢測(cè)設(shè)備需要放置在與計(jì)算機(jī)相連接的開放式接口的地方，這樣一來(lái)實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)檢測(cè)自動(dòng)化。

3.3 接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)檢測(cè)監(jiān)測(cè)裝置（CCHM）

接觸網(wǎng)的接觸懸掛系統(tǒng)中各個(gè)零部件的狀態(tài)也是檢測(cè)的主要內(nèi)容，一旦接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)中的零部件出現(xiàn)故障，高速鐵路的供電系統(tǒng)也就會(huì)隨之發(fā)生故障。針對(duì)接觸網(wǎng)零部件的安全問(wèn)題檢測(cè)，一般采用人工巡檢的方式但是這種萬(wàn)法耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)、難度較大。因此，提出了一種能夠在不切斷接觸網(wǎng)電源的情況下進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)的檢測(cè)技術(shù)。在接觸網(wǎng)懸掛過(guò)程中的監(jiān)測(cè)主要是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的圖像匹配與系統(tǒng)性的識(shí)別。主要使用的算法是霍夫變換與模板匹配法實(shí)現(xiàn)圖像處理，在接觸網(wǎng)中將是根據(jù)其局部的基本特點(diǎn)完成檢測(cè)，主要是對(duì)零部件中的基本位置及所存在的問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別。第一步，在接觸網(wǎng)中活得樣本圖像，將樣本圖像進(jìn)行及時(shí)的處理分類，根據(jù)各部分?jǐn)?shù)據(jù)的基本特點(diǎn)而建立起木板。隨后，工作人員可以利用邊緣檢測(cè)方式完成數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。其鐵路接觸網(wǎng)中的懸掛狀態(tài)的監(jiān)測(cè)如下圖1所示：

圖l 接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)流程

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，從上述分析論述來(lái)看，我國(guó)高速鐵路建設(shè)將是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的重要途徑，與此同時(shí)，高速鐵路的快速發(fā)展也成為我國(guó)鐵路建設(shè)的重要標(biāo)志之一。本文將是以6C系統(tǒng)進(jìn)行了交互范圍的討論，提高接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的整體發(fā)展水平，建立起與供電相互統(tǒng)一的信息交互平臺(tái)，確保高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)能夠更加的完善，推動(dòng)高速鐵路的快速發(fā)展。

[1]伏振.高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用研究[D].北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2016.

[2]陳唐龍.高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2006.