3C 裝置在電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行中的應(yīng)用研究

李明軍

（中國(guó)鐵路西安局集團(tuán)有限公司， 陜西 西安 710054）

0 引言

以往的接觸網(wǎng)因運(yùn)行過(guò)程中無(wú)可避免地會(huì)遭受自然及檢測(cè)因素的影響， 致使接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)及電氣參數(shù)也會(huì)與原始設(shè)計(jì)參數(shù)之間呈現(xiàn)較大差距。也基于此，倘若以現(xiàn)有的檢測(cè)方式與裝置來(lái)檢測(cè)接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，勢(shì)必難以滿足檢測(cè)的具體要求。對(duì)此，為了有效保障接觸網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性， 需對(duì)接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置及方式進(jìn)行革新，全面分析接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，再根據(jù)分析結(jié)果商討解決策略，以此達(dá)到彌補(bǔ)缺陷的效果。 而本文將圍繞車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置技術(shù)（3C）展開分析，就其具體的運(yùn)用提出以下看法。

1 運(yùn)行狀態(tài)下接觸網(wǎng)常見(jiàn)弓網(wǎng)缺陷

由于接觸網(wǎng)大多設(shè)置在露天的環(huán)境下且沒(méi)有任何的備用設(shè)備，故當(dāng)設(shè)備持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中遭受猛烈震蕩后便容易加大車體的負(fù)荷電流，繼而導(dǎo)致接觸網(wǎng)的弓網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化。 而基于接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)與電氣參數(shù)的實(shí)時(shí)變化特征， 便可獲知接觸網(wǎng)運(yùn)行中存在以下幾種常見(jiàn)的弓網(wǎng)缺陷。

1.1 接觸網(wǎng)硬點(diǎn)

一旦機(jī)車出現(xiàn)接觸硬點(diǎn)缺陷， 最常見(jiàn)的表現(xiàn)便是電弓離線異常。 此時(shí)的導(dǎo)線也會(huì)因硬點(diǎn)的出現(xiàn)而導(dǎo)致與弓網(wǎng)間的實(shí)時(shí)接觸面降低。在此狀態(tài)下，隨著電阻值的不斷增高，接觸網(wǎng)便會(huì)因瞬間發(fā)生的離線動(dòng)作產(chǎn)生高溫電弧。過(guò)高的溫度也導(dǎo)致電弧燃燒， 致使接觸線的接觸面遭到電腐蝕。不僅如此，接觸面的大幅減少也將導(dǎo)致受電弓與接觸線無(wú)法獲取到足夠的電流， 致使電弧溫度進(jìn)一步升高，嚴(yán)重者便會(huì)損壞受電弓、燒斷接觸線，最終則會(huì)因主供回路斷開而導(dǎo)致弓網(wǎng)事故的影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

1.2 接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)拉出值超標(biāo)

在接觸網(wǎng)參數(shù)組中存在這樣一項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)， 即接觸網(wǎng)拉出值，該數(shù)值作為接觸網(wǎng)最核心的懸掛參數(shù)，同時(shí)也與受電弓有著極為密切的關(guān)聯(lián)。 一旦該數(shù)據(jù)超標(biāo)便容易引發(fā)各種故障，譬如電力機(jī)車受電弓脫線、刮弓、鉆弓等。以致受電弓與接觸網(wǎng)懸掛損壞， 最終因影響供電回路的正常運(yùn)行而導(dǎo)致電車無(wú)法啟動(dòng)。

1.3 線岔弓網(wǎng)故障

許多故障類型均可能引發(fā)線岔弓網(wǎng)故障， 如刮弓、打弓以及鉆弓等。其中，打弓故障將會(huì)導(dǎo)致電工整體受損；刮弓故障則容易損壞受電弓滑板；至于鉆弓故障的影響部位通常為接觸網(wǎng)懸掛。 就以上故障而言，危害最大者當(dāng)屬線岔弓網(wǎng)故障， 該故障極有可能成為大型弓網(wǎng)事故的誘因，且基于該故障還同時(shí)具有危害程度嚴(yán)重、波及范圍大以及后續(xù)處理難度高等問(wèn)題，故也更需維修人員的高度重視。

2 接觸網(wǎng)弓網(wǎng)檢測(cè)的可完善之處

為保障接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行， 需設(shè)立一套契合安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)值。 一旦出現(xiàn)弓網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)超出界限值的情況，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，預(yù)警可能出現(xiàn)的各種安全事故，從而提醒維修人員及時(shí)排除故障，以此降低事故的影響范圍與程度。當(dāng)然，這也需要對(duì)接觸網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)技術(shù)檢測(cè)手段展開深入研究， 這樣才能為接觸網(wǎng)的運(yùn)行安全提供保障。

2.1 對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備的概括

（1）冷滑動(dòng)態(tài)檢測(cè)。冷滑動(dòng)態(tài)檢測(cè)是在接觸網(wǎng)完成所有工作后，針對(duì)檢測(cè)車接觸網(wǎng)所開展的一項(xiàng)檢測(cè)性實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)可以在不通電接觸網(wǎng)的情況下檢測(cè)出機(jī)械的幾何參數(shù)等動(dòng)態(tài)信息，以此為具體的檢修提供依據(jù)。

（2）熱滑動(dòng)態(tài)檢測(cè)。 在保持接觸網(wǎng)通電的情況下，獲取接觸網(wǎng)于不同運(yùn)行速度下所產(chǎn)生的機(jī)械、 幾何以及電氣等參數(shù)。

（3）高速弓網(wǎng)綜合檢測(cè)裝置。高速弓網(wǎng)綜合檢測(cè)裝置多用于高速綜合檢測(cè)，通常是以15d 為運(yùn)行周期。 于檢測(cè)期間，該裝置將可對(duì)幾何與電氣參數(shù)展開實(shí)時(shí)、綜合性的動(dòng)態(tài)綜合檢測(cè)。 同時(shí)，依托于DJJ-8 接觸網(wǎng)激光檢測(cè)儀與接觸網(wǎng)檢測(cè)車， 還能在不受電的情況下對(duì)供電段與接觸網(wǎng)實(shí)施動(dòng)態(tài)與靜態(tài)綜合檢測(cè)。

2.2 潛存于接觸網(wǎng)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)中的不足

當(dāng)前， 在檢測(cè)接觸網(wǎng)弓網(wǎng)幾何參數(shù)中尚有諸多漏洞需要彌補(bǔ)。 如作為接觸網(wǎng)重要幾何參數(shù)的接觸線拉出值與高度等， 此兩項(xiàng)參數(shù)與受電弓的安全取流有著極為密切的關(guān)聯(lián)。 因此，要想獲得精準(zhǔn)的檢測(cè)效果，便必須確保參數(shù)檢測(cè)的有效性。 然而，從目前的實(shí)際運(yùn)用情況來(lái)看，無(wú)論是檢測(cè)的方式或手段方面均有較大的進(jìn)步空間。 首先從檢測(cè)方式方面來(lái)看，因檢測(cè)方式不完善，致使檢測(cè)過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)動(dòng)態(tài)拉出值超標(biāo)的狀況， 該狀況也是引發(fā)線岔弓網(wǎng)故障的主因。 而檢測(cè)手段的不完善則會(huì)影響到檢測(cè)結(jié)果的完善度， 如錯(cuò)失燃弧時(shí)間、 燃弧次數(shù)等電氣參數(shù)， 以致檢測(cè)工作無(wú)法為判斷接觸網(wǎng)電氣回路的完好度提供參考。 不僅如此， 因受檢測(cè)方式及裝置不完善的影響， 致使檢測(cè)工作很難獲取到接觸網(wǎng)弓網(wǎng)電氣的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)， 這也導(dǎo)致了接觸網(wǎng)弓網(wǎng)無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到異常的運(yùn)行狀態(tài)，以致影響到電氣回路的正常運(yùn)行。

3 3C 裝置的工作概況

針對(duì)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)車組與電力機(jī)車， 利用3C 裝置便可對(duì)高速鐵路的弓網(wǎng)狀態(tài)實(shí)施動(dòng)態(tài)性檢測(cè)，以此獲取到的高速鐵路弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)， 不僅能為維修接觸網(wǎng)提供指導(dǎo)，更能提升接觸網(wǎng)的維修品質(zhì)，從而保障列車的運(yùn)行安全。

3.1 3C 裝置工作原理與功能作用

（1）3C 裝置的工作原理。 利用3C 裝置的紅外熱成像技術(shù)， 將可全面獲取到接觸網(wǎng)、 受電弓及弓網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。而通過(guò)對(duì)全場(chǎng)溫度的監(jiān)控，便可對(duì)重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域的溫度予以實(shí)時(shí)監(jiān)控， 一旦溫度出現(xiàn)異常便會(huì)發(fā)生警告并生成相應(yīng)地分析報(bào)告，以此為后續(xù)的處理及維修提供便利。不僅如此，借助GPS、慣性導(dǎo)航及無(wú)線傳輸?shù)燃夹g(shù)，還能讓控制中心及時(shí)接收到回傳數(shù)據(jù)， 繼而在綜合數(shù)據(jù)的支持下，為接觸網(wǎng)維修工作的順利進(jìn)行提供保障。

（2）3C 裝置的功能作用。 利用車輛本身的開始檢測(cè)與終止檢測(cè)兩項(xiàng)工程，一來(lái)可實(shí)時(shí)采集到的全景、局部以及定位等多項(xiàng)數(shù)據(jù)信息， 且能讓接觸線高度與拉出值等接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)的測(cè)量效率得到顯著提升， 并且為測(cè)量燃弧次數(shù)、燃弧時(shí)間等參數(shù)提供便利。

在運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車組及動(dòng)力機(jī)車上安裝3C 裝置，必須具備以下功能：①能夠測(cè)量出接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)，如接觸網(wǎng)的高度、拉出值以及接觸線相互位置等；②能夠測(cè)量包括燃弧率、燃弧時(shí)間和次數(shù)等弓網(wǎng)受流相關(guān)參數(shù)；③能夠測(cè)量接觸網(wǎng)的溫度； ④可以以視頻的形式來(lái)監(jiān)控弓網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)， 同時(shí)還能在視頻上進(jìn)行線路公里標(biāo)等數(shù)據(jù)的添加；⑤能在自動(dòng)開展的參數(shù)檢驗(yàn)時(shí)，將發(fā)現(xiàn)的缺陷以數(shù)據(jù)的形式發(fā)送到指揮中心進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存； ⑥可以根據(jù)動(dòng)車組的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)啟動(dòng)和終止檢測(cè)。

3.2 3C 裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)需遵循的原則主要包含如下幾項(xiàng)：

（1）遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 鐵路行業(yè)設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)，具體需要滿足兩方面要求，分別是應(yīng)用要求與使用要求。 其中，應(yīng)用要求主要是指滿足軌道交通車載設(shè)備對(duì)環(huán)境與試驗(yàn)方面的要求；使用則是指運(yùn)行安全與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求等。

（2）具有可擴(kuò)展性。由于不同鐵路的應(yīng)用場(chǎng)景與環(huán)境均有較大差異， 故而系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)也要盡量滿足不同場(chǎng)景的應(yīng)用需求。最恰當(dāng)?shù)姆绞疆?dāng)是保留系統(tǒng)缺口，方便具體應(yīng)用時(shí)根據(jù)應(yīng)用要求拓展出相應(yīng)的功能。 譬如部分場(chǎng)景對(duì)I/O 功能有一定要求， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)便應(yīng)預(yù)留通信接口， 以此在滿足場(chǎng)景的應(yīng)用要求同時(shí)提升平臺(tái)整體的穩(wěn)定性及可靠性。

（3）具有可維護(hù)性。硬件平臺(tái)在設(shè)計(jì)之初也要為后續(xù)的維護(hù)提供便利。對(duì)此，最初設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)時(shí)便應(yīng)預(yù)留人機(jī)接口來(lái)為裝置的日常維護(hù)提供方便。同時(shí)，系統(tǒng)也要具備準(zhǔn)確定位故障部分的功能， 方便維護(hù)人員快速找到故障部位， 從而縮短故障的影響時(shí)間并降低硬件故障的危害性，以此還能節(jié)約大量的工時(shí)成本。

（4）具有可復(fù)用性?？紤]到關(guān)鍵部位往后也需要升級(jí)來(lái)滿足日益多樣化的應(yīng)用需求，故需提前預(yù)留升級(jí)空間，避免只能通過(guò)重新選型一途來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件升級(jí)，這樣也能節(jié)約大量的開發(fā)成本。

（5）確保可靠性高。開發(fā)硬件平臺(tái)最應(yīng)遵循的原則便是通用性。良好的通用性方可吸收更多成熟的技術(shù)，從而提高自身的穩(wěn)定性及可靠性。當(dāng)然，這也需要選用生命周期較長(zhǎng)的物料，以此方有助于產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣及工程化應(yīng)用。

（6）確保安全性高。 硬件平臺(tái)在研制過(guò)程中需充分 考慮其安全性。 材料選型時(shí)，非金屬材料要求低煙無(wú)鹵、 阻燃；車頂金屬材料要求重量輕、強(qiáng)度高，能滿足列 車高速運(yùn)行的強(qiáng)度要求。

3.3 3C 檢測(cè)裝置技術(shù)的相關(guān)運(yùn)用

（1）紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)。任何物體超出了絕對(duì)溫度，均會(huì)向外散發(fā)出紅外輻射能量， 而該能量的大小則與其表面溫度密切相關(guān)。 紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)便可基于此特征應(yīng)用紅外探測(cè)器與光學(xué)成像物鏡所形成， 能夠客觀反映出被測(cè)對(duì)象的紅外輻射能力分布圖形，繼而構(gòu)成紅外熱成像圖。

利用紅外熱成像技術(shù)， 不僅能實(shí)時(shí)掌握全場(chǎng)的溫度變化，同時(shí)也能對(duì)指定區(qū)域?qū)嵤┲攸c(diǎn)監(jiān)控，譬如在電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中， 一旦出現(xiàn)錨段關(guān)節(jié)部位松動(dòng)或接觸不良的情況，其接頭部位便會(huì)出現(xiàn)溫度變化。而這樣的溫度變化恰好能夠被紅外熱成像技術(shù)所捕獲，由此便可智能分析溫度變化，了解所屬部件溫度是否正常，繼而發(fā)展相應(yīng)的預(yù)警。

參 照J(rèn)JF 1187—2008 《 熱 像 儀 校 準(zhǔn) 規(guī) 范》、GB 19870—2005-T 《工業(yè)檢測(cè)型紅外熱像儀》、Q/GDW 468 2010《紅外測(cè)溫儀、紅外熱像儀校準(zhǔn)規(guī)范》來(lái)對(duì)紅外測(cè)溫裝置的一致性、準(zhǔn)確性及連續(xù)工作穩(wěn)定性加以驗(yàn)證，以上驗(yàn)證對(duì)象各自有其允許的誤差范圍，通常在2℃之內(nèi)。 而若是在車間內(nèi)使用，則在進(jìn)行設(shè)備黑體的驗(yàn)證時(shí)，所允許的最大與最小偏差則如表1 所示。

表1 紅外測(cè)溫偏差值

（2） 識(shí)別與處理技術(shù)。 識(shí)別與處理技術(shù)最主要的作用便是能夠選出紅外熱成像與可見(jiàn)光圖像數(shù)據(jù)中的隱藏特征， 將這些隱藏特征的數(shù)據(jù)信息輸入到計(jì)算機(jī)之中， 經(jīng)由嚴(yán)密的動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)計(jì)算，一旦發(fā)現(xiàn)所獲數(shù)值超出限制便會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

（3）GPS 與慣性導(dǎo)航技術(shù)。 GPS 與慣性導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合使用， 最大的作用便是能彌補(bǔ)單一使用GPS 技術(shù)的局限性。 譬如，GPS 本無(wú)法進(jìn)入室內(nèi)與長(zhǎng)隧道等領(lǐng)地，但基于慣性導(dǎo)航技術(shù)的輔助便可開拓出更加廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)還能支持車型系統(tǒng)的走行定位。

（4）無(wú)線傳輸技術(shù)。應(yīng)用無(wú)線傳輸技術(shù)能夠確保所得之缺陷數(shù)據(jù)被及時(shí)傳送到地面控制中心， 以此為接觸網(wǎng)的維修提供有力支撐。

4 結(jié)論

綜上所述，3C 裝置在電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行中運(yùn)用，可以動(dòng)態(tài)檢測(cè)接觸網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)還能確保弓網(wǎng)參數(shù)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。但因目前對(duì)于3C 裝置的運(yùn)用仍處于探索的初級(jí)階段，故仍需在實(shí)踐中不斷積累基巖，這樣才能提高接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)效益， 繼而維護(hù)車輛的運(yùn)行安全。