高速鐵路接觸網(wǎng)紅外熱成像檢測(cè)應(yīng)用探討

訾 勇 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司安全監(jiān)察室

截止2019年底中國(guó)高鐵運(yùn)營(yíng)里程已達(dá)3.5萬(wàn)公里，高速鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備大量增加，接觸網(wǎng)設(shè)備故障給鐵路運(yùn)輸造成的影響越來(lái)越大，牽引供電可靠性在鐵路運(yùn)輸中的重要性日益凸顯，隨著設(shè)備運(yùn)行年限的增長(zhǎng)，運(yùn)行負(fù)荷的增大，通過(guò)日常檢測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處置接觸網(wǎng)設(shè)備缺陷愈發(fā)重要。高速鐵路接觸網(wǎng)作為高速鐵路動(dòng)車(chē)組電力能源供給的電源，其本質(zhì)上仍是電路的一部分

1 高速鐵路接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路及特點(diǎn)

接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路為牽引變電所饋出至動(dòng)車(chē)組受電弓的供電回路，主要包括供電線(xiàn)、接觸懸掛兩大部分。其易發(fā)故障主要為供電線(xiàn)接續(xù)點(diǎn)、電連接線(xiàn)夾、隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備線(xiàn)夾及觸頭、吸上線(xiàn)接續(xù)點(diǎn)、電纜頭等接續(xù)部位因接觸網(wǎng)不良導(dǎo)致的過(guò)熱燒損故障。其中因電聯(lián)接線(xiàn)夾與接觸懸掛的承力索、接觸線(xiàn)連接，一旦出現(xiàn)過(guò)熱故障，很可能造成承力索、接觸線(xiàn)斷線(xiàn)事故發(fā)現(xiàn)，造成嚴(yán)重后果。

大負(fù)荷，大電流，大波動(dòng)。一組CRH380動(dòng)車(chē)組運(yùn)行最大電流在850 A左右，接觸網(wǎng)供電電流隨司機(jī)操縱及供電臂車(chē)流密度波動(dòng)較大；動(dòng)車(chē)組運(yùn)行時(shí)段有負(fù)荷，無(wú)動(dòng)車(chē)組運(yùn)行時(shí)段無(wú)負(fù)荷，特別是夜間天窗時(shí)段長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)無(wú)負(fù)荷電流。這個(gè)特點(diǎn)也造成了夜間接觸網(wǎng)維修人員可以上線(xiàn)作業(yè)時(shí)段無(wú)法進(jìn)行紅外熱成像檢測(cè)，DL/T 664-2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》中規(guī)定的檢測(cè)時(shí)負(fù)荷電流不低于30%額定電流難以把握。

接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路器材、部件有銅、鋁、不銹鋼、合金等多種材質(zhì)，且因所處環(huán)境不同、運(yùn)行狀態(tài)差異，各部位氧化、污染程度不同。復(fù)雜的設(shè)備特點(diǎn)使紅外熱成像檢測(cè)時(shí)熱像儀輻射率設(shè)置難以掌握。

高速鐵路接觸網(wǎng)大部分區(qū)段設(shè)置在橋梁上，距離地面較高，檢測(cè)人員在動(dòng)車(chē)組運(yùn)行時(shí)段難以接近檢測(cè)，紅外熱成像精確檢測(cè)不易實(shí)現(xiàn)。

2 紅外熱成像技術(shù)在接觸網(wǎng)檢測(cè)中的應(yīng)用情況

隨著高速鐵路的發(fā)展，紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)在接觸網(wǎng)檢測(cè)中使用也日益廣泛，目前主要應(yīng)用中主要有：人工使用手持式紅外熱像儀對(duì)接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行每年一次的定期人工測(cè)溫，使用車(chē)載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置（3C）對(duì)接觸網(wǎng)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)或周期性監(jiān)測(cè)。筆者調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中因管理、環(huán)境、設(shè)備實(shí)際等情況，測(cè)溫準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)分析、缺陷診斷仍存在諸多問(wèn)題。

2.1 鐵路現(xiàn)有規(guī)章制定存在缺失

隨著高速鐵路的發(fā)展，紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)在接觸網(wǎng)檢測(cè)中使用雖日益廣泛，但應(yīng)用研究不夠深入，使規(guī)章的制定上只能參考電力行業(yè)規(guī)范，由于接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀況、環(huán)境、管理要求等與電力設(shè)備存在很大差異，致使DL/T 664-2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》部分條款在高速鐵路接觸網(wǎng)紅外檢測(cè)中并不適用。如“檢測(cè)電流致熱型設(shè)備一般在不低于30%額定負(fù)荷下檢測(cè)”在實(shí)際應(yīng)用中因接觸網(wǎng)短時(shí)負(fù)荷，波動(dòng)頻繁的特點(diǎn)導(dǎo)致難以落實(shí)。

現(xiàn)行鐵路規(guī)章中對(duì)紅外熱成像檢測(cè)僅在TGGD124-2015高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則(鐵總運(yùn)〔2015〕362號(hào)）第五十九條中對(duì)檢測(cè)周期、檢測(cè)內(nèi)容，附件8《電流致熱型設(shè)備缺陷診斷判據(jù)》缺陷判斷依據(jù)進(jìn)行了規(guī)定，對(duì)環(huán)境溫度測(cè)量方法、溫差參照對(duì)象選擇、紅外熱像儀參數(shù)設(shè)置、檢測(cè)位置選擇等沒(méi)有明確要求。

檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)要求不完整。從現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告看，檢測(cè)數(shù)據(jù)僅記錄了環(huán)境溫度、檢測(cè)溫度、天氣情況、檢測(cè)時(shí)間、紅外熱像圖等基本信息，沒(méi)有對(duì)儀器型號(hào)、檢測(cè)距離、風(fēng)速、可見(jiàn)光照片信息，使數(shù)據(jù)失去了復(fù)測(cè)比較、歷史數(shù)據(jù)對(duì)比的價(jià)值。

2.2 漏檢漏測(cè)問(wèn)題多發(fā)

接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路部分節(jié)點(diǎn)在線(xiàn)路防護(hù)柵欄外或橋下檢測(cè)時(shí)受物體遮擋，在天窗時(shí)段無(wú)動(dòng)車(chē)組運(yùn)行，接觸網(wǎng)無(wú)負(fù)荷等因素影響無(wú)法進(jìn)行人工檢測(cè)，漏檢漏測(cè)的情況較多，造成了節(jié)點(diǎn)過(guò)熱燒損故障時(shí)有發(fā)生。

2.3 檢測(cè)數(shù)據(jù)失真情況普遍

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有中，檢測(cè)人員一般由接觸網(wǎng)工擔(dān)任，其對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備性能、運(yùn)行情況比較熟悉，但從調(diào)研情況看，大部分檢測(cè)人員對(duì)紅外熱像檢測(cè)設(shè)備性能、規(guī)范要求、使用注意事項(xiàng)等掌握不全面，一般使用紅外熱像儀默認(rèn)設(shè)置根據(jù)安排的時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，造成了檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差較大。

3 高速鐵路接觸網(wǎng)應(yīng)用探索及建議

（1）修訂完善有關(guān)規(guī)章，細(xì)化明確檢測(cè)、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析等要求。紅外熱成像技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)應(yīng)用已比較普遍，各設(shè)備管理單位在使用中也不同程度的發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，積累了大量數(shù)據(jù)、使用經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，高速鐵路的迅猛發(fā)展也需要更加完備、可行的檢測(cè)手段來(lái)保障運(yùn)行安全。建議有關(guān)部門(mén)廣泛調(diào)研，集思廣益，起草編制專(zhuān)項(xiàng)紅外檢測(cè)、診斷應(yīng)用規(guī)章，以利于現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行和管理規(guī)范。

（2）紅外熱成像檢測(cè)應(yīng)用方面：

①完善以人工周期測(cè)量為主，車(chē)載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置（3C）實(shí)時(shí)檢測(cè)為輔的接觸網(wǎng)紅外熱成像檢測(cè)體系。針對(duì)在高速鐵路防護(hù)柵欄紅外、橋下等無(wú)法人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的接觸網(wǎng)設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)安裝在線(xiàn)型紅外熱像儀，解決漏檢漏測(cè)問(wèn)題；同時(shí)，各設(shè)備管理單位按周期選擇合適時(shí)段運(yùn)行的動(dòng)車(chē)組車(chē)載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置（3C）歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、記錄，形成專(zhuān)門(mén)的分析報(bào)告，補(bǔ)強(qiáng)人工檢測(cè)頻次低，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷的問(wèn)題。

②根據(jù)高速鐵路接觸網(wǎng)特點(diǎn)，建議各單位應(yīng)根據(jù)檢測(cè)點(diǎn)分布確定固定地點(diǎn)作為紅外檢測(cè)點(diǎn)，以保證每次紅外檢測(cè)距離、角度一致；檢測(cè)時(shí)機(jī)宜選擇夏秋季日落后，此時(shí)接觸網(wǎng)設(shè)備已帶負(fù)荷運(yùn)行10 h左右，能真實(shí)反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，天空無(wú)強(qiáng)光照射，背景相對(duì)較純凈，有利于精確紅外檢測(cè)；檢測(cè)設(shè)備材質(zhì)雖多種多樣，但以銅材質(zhì)為主，建議輻射率統(tǒng)一按氧化黃銅輻射率0.6設(shè)置。

③鑒于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員技能水平參差不齊，環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備多樣，精確檢測(cè)難以實(shí)施，高速鐵路接觸網(wǎng)紅外檢測(cè)診斷依據(jù)應(yīng)以溫差、相對(duì)溫差為主，以熱點(diǎn)溫度為輔，以相對(duì)溫差判斷法、同類(lèi)比較判斷法為主，輔助采用表面溫度判斷法、綜合分析判斷法。對(duì)于疑似缺陷設(shè)備可以采用在線(xiàn)型紅外熱像儀通過(guò)連續(xù)檢測(cè)實(shí)施分析判斷復(fù)測(cè)，以確定設(shè)備缺陷。

④構(gòu)建高速鐵路接觸網(wǎng)紅外檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的大量數(shù)據(jù)除用于當(dāng)次分析外，可錄入數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，通過(guò)大數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)運(yùn)行電氣方面與運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、季節(jié)、氣候等相關(guān)因素的關(guān)系，總結(jié)運(yùn)行規(guī)律，更好地指導(dǎo)接觸網(wǎng)運(yùn)行管理。

（3）建立一支相對(duì)固定的檢測(cè)隊(duì)伍。各設(shè)備管理單位在完善規(guī)章、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的基礎(chǔ)上組織全面培訓(xùn)、實(shí)際操作演練，培養(yǎng)一支熟悉紅外熱像檢測(cè)、熟悉接觸網(wǎng)設(shè)備的檢測(cè)人員并相對(duì)固定，以保證檢測(cè)工作質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

紅外熱像檢測(cè)、診斷技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)中已廣泛應(yīng)用，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了大量的設(shè)備缺陷，取得了良好的效果，但在應(yīng)用中還需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善規(guī)章規(guī)范和管理制度，培養(yǎng)建立一支技術(shù)力量過(guò)硬的檢測(cè)隊(duì)伍，通過(guò)紅外檢測(cè)、診斷及時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)電氣方面的缺陷，為故障、事故的防控提供便捷有力的手段，為高速鐵路運(yùn)輸安全提供保障。