段緯峰
摘 要:我國電氣化鐵路因弓網(wǎng)事故造成的停電、停運等事故占到了總數(shù)的75%以上,隨著鐵路高速化的發(fā)展,對安全性要求的提高,防止弓網(wǎng)事故的發(fā)生變得更為重要。為防止弓網(wǎng)事故的發(fā)生,需要一套高效、準(zhǔn)確、實時的弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)檢測弓網(wǎng)的狀態(tài)。
關(guān)鍵詞:弓網(wǎng)安全監(jiān)測;視頻檢測技術(shù);車載;故障分析
中圖分類號:F530.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-3520(2014)-01-0180-01
一、技術(shù)背景及研究目標(biāo)
電氣化鐵路是由電力機車牽引列車所行走的鐵路,能源由電力牽引供電系統(tǒng)提供。和使用內(nèi)燃、蒸汽機車牽引的鐵路相比,具有技術(shù)經(jīng)濟上的優(yōu)越性。它能大幅度提高運輸能力,節(jié)約能源,降低運輸成本,有利于保護環(huán)境,并能增加安全可靠程度。高速電氣化鐵路(high speed electric railway)是行車速度在200km/h~350 km/h的電氣化鐵路。由于其本身具有的載客量高、輸送能力大、速度快、安全性好、正點率高、舒適方便、能源消耗低、環(huán)境影響輕、經(jīng)濟效益好等顯著優(yōu)點,受到了世界各國的廣泛重視。高速鐵路的接觸網(wǎng)的懸掛方式也與普通鐵路不同,來保證高速動車組的接觸穩(wěn)定和耐久性。車載弓網(wǎng)運行狀態(tài)檢測裝置的研究目標(biāo),是實現(xiàn)無需人為干預(yù),在全天候(晝、夜、風(fēng)、雨、雪、霧)的條件下自動完成參數(shù)檢測和在車上轉(zhuǎn)存。能對弓網(wǎng)運行狀態(tài)進行高清視頻錄像和實時觀看,錄像資料中能疊加里程標(biāo)數(shù)據(jù)。能定量測量弓網(wǎng)的實時溫度,捕捉異常溫度值。主要弓網(wǎng)受流參數(shù),包括:弓網(wǎng)離線火花、硬點等。
二、研究內(nèi)容及實現(xiàn)方法
沿著鐵路線的兩旁,架設(shè)著一排支柱,上面懸掛著金屬線,即為接觸網(wǎng),它也可以被看作是電氣化鐵路的動脈。電力機車?yán)密図數(shù)氖茈姽瓘慕佑|網(wǎng)獲得電能,牽引列車運行。電力機車在滑動取流的過程中受到滑動、摩擦、熱、電和化學(xué)等多種因素的影響。我國電氣化鐵路因弓網(wǎng)事故造成的停電、停運等事故占到了總數(shù)的75%以上,隨著鐵路高速化的發(fā)展,對安全性要求的提高,防止弓網(wǎng)事故的發(fā)生變得更為重要。
為防止弓網(wǎng)事故的發(fā)生,需要一套高效、準(zhǔn)確、實時的弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)檢測弓網(wǎng)的狀態(tài)。對各類弓網(wǎng)故障及各種檢測技術(shù)進行分析對比,總結(jié)提出了這種新的弓網(wǎng)檢測辦法。該裝置主要由車載設(shè)備部分和地面數(shù)據(jù)分析部分組成。采用非接觸式的檢測方法,實時提供弓網(wǎng)運行狀態(tài)高清視頻信息,自動檢測弓網(wǎng)溫度等物理參數(shù),實現(xiàn)電氣化鐵路弓網(wǎng)狀態(tài)的動態(tài)檢測功能,為弓網(wǎng)的動態(tài)復(fù)核和日常維護提供科學(xué)依據(jù)。車載裝置部分由5個部分組成,包括車頂數(shù)據(jù)采集設(shè)備、車內(nèi)顯示設(shè)備、控制設(shè)備、電源、和連接傳輸線路。該方案中,兩節(jié)車廂的攝像機及夜間補光燈和熱成像儀都位于車廂頂部,兩端司機室各部署一臺液晶顯示器。在火車B節(jié)車廂中部署一臺監(jiān)控主機,通過B節(jié)車廂蓄電池供110V電源,通過傳輸線纜連接車廂各設(shè)備,兩節(jié)車廂間利用重連線相接。最終通過監(jiān)控主機將數(shù)據(jù)輸出到兩司機室的液晶顯示器上顯示。根據(jù)已確定的安裝位置進行安裝,安裝時要注意線路的接法,每個設(shè)備在安裝之前一定要先搞清楚線路接法。攝像機、熱成像儀、夜間補光燈 在滿足監(jiān)視目標(biāo)現(xiàn)場范圍要求的條件下,攝像機、熱成像儀、夜間補光燈及其配套裝置,如鏡頭、防護罩、支架等,安裝應(yīng)牢固,必要時須用鋼絲套索固定;在強電磁干擾環(huán)境下,攝像頭安裝應(yīng)與地絕緣隔離。線纜外露部分用軟管保護,開孔處應(yīng)用泡沫膠填充。液晶顯示器安裝在司機室,由于需要利用面板按鍵操作,所以液晶顯示器應(yīng)安裝在司機可視范圍內(nèi),并且方便操作的位置;液晶顯示器利用6顆螺絲固定。監(jiān)控主機 采用車載110V電源供電,由主機提供液晶顯示器、熱成像儀、攝像頭的12V電源。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1
三、技術(shù)特點及指標(biāo)
采用成熟、先進技術(shù),保證系統(tǒng)在一定的時期內(nèi)保持穩(wěn)定,不會因技術(shù)的淘汰而無法繼續(xù)推廣使用。電力機車的電磁環(huán)境惡劣,該設(shè)備是為保證行車安全而研制的,因此系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性必須作為首要考慮的原則,所用設(shè)備根據(jù)電力機車環(huán)境定制,做到高可靠性、高安全性、達(dá)到工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn),以保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。系統(tǒng)選用了嵌入式操作系統(tǒng),體積小、穩(wěn)定性高,不易被病毒侵害,且安裝簡便、靈活、快捷,使用方便,免維護,工作穩(wěn)定可靠,保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。采用固態(tài)硬盤可以在車載環(huán)境中避免行車顛簸、車身震動等情況給設(shè)備帶來的強烈外部沖擊,這些沖擊會使硬盤的磁頭發(fā)生振動,并與盤片發(fā)生拍擊,產(chǎn)生致命的微小碎屑,最終導(dǎo)致硬盤的損壞。采用了航空插頭作為視頻信號、音頻信號、攝像機電源的接口,在車載振動環(huán)境中不易脫落,大大的保障了車載環(huán)境下系統(tǒng)的穩(wěn)定。
主要技術(shù)指標(biāo):1)檢測范圍:受電弓工作狀態(tài),車頂圖像,包括接觸網(wǎng)狀態(tài),能有效檢測機車受電弓滑板條丟失、受電弓傾斜、受電弓無法升起等故障。2)采用高速CCD相機,支持1080P/30幀,采用高清無壓縮HD-SDI傳輸。3)采用高清工業(yè)鏡頭、偏振鏡等消除圖像曝光過度或不足等現(xiàn)象。4)主機支持2-4路1080P高清視頻監(jiān)控,錄像存儲、檢索。5)支持圖像縮放:在解碼顯示時,可以對受電弓滑板等進行全屏放大顯示,司機可以在小圖像和全屏圖像之間進行切換。6)TAX數(shù)據(jù)存儲:把公里標(biāo)數(shù)據(jù)疊加在錄像視頻上,并按一定的索引格式存儲,便于今后的檢索。7)專用的車頂攝像機護罩:專用的車頂攝像機護罩,把LED補光、攝像機集成在護罩內(nèi),便于今后的安裝維護。8)抗惡劣環(huán)境:支持IP66以上防護設(shè)計、抗電磁干擾和防震設(shè)計。9)良好的擴展性:預(yù)留外部數(shù)據(jù)和告警信息輸入。
四、結(jié)束語
該裝置研制成功后,能夠廣泛應(yīng)用在電力機車上。在機車運行過程中,無需人為干預(yù),全天候自動完成參數(shù)檢測和數(shù)據(jù)的采集,在接觸網(wǎng)發(fā)生故障時,能夠幫助隨車機械師進行事故原因分析,有效縮短事故分析處理的時間,為鐵路安全運輸秩序提供了保障。通過分析積累的采集數(shù)據(jù),能夠找出接觸網(wǎng)故障發(fā)生的一定規(guī)律,起到預(yù)警作用,為接觸網(wǎng)的維護和調(diào)整提供科學(xué)依據(jù),做到節(jié)約成本、降低支出,推廣應(yīng)用前景非常廣闊。