劉新建

【摘 ?要】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。

【關(guān)鍵詞】3C設(shè)備;弓網(wǎng)缺陷;狀態(tài)監(jiān)測(cè);

1.前言

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。

2.接觸網(wǎng)運(yùn)行常見(jiàn)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(jiàn)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(kāi)，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(kāi);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)。

3.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。

3.1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(kāi)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)。

3.2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。

4.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)的電力機(jī)車（或者動(dòng)車組）上，通過(guò)各路相機(jī)對(duì)弓網(wǎng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別，利用人工智能分析缺陷類型和級(jí)別，4G信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車（或者動(dòng)車）弓網(wǎng)狀態(tài)運(yùn)行即檢測(cè)的全天候?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)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。

4.1 3C 檢測(cè)裝置工作原理及功能

4.1.1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(jiàn)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)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?，結(jié)合數(shù)據(jù)分析，指導(dǎo)接觸網(wǎng)維修。

4.1.2軟件功能

根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)，具備自動(dòng)開(kāi)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);

4.1.2.1紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)

紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)依據(jù)黑體輻射定律，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)，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。

4.1.2.2.模式識(shí)別與圖像處理技術(shù)

模式識(shí)別與圖像處理技術(shù)是利用采集的紅外熱成像數(shù)據(jù)、可見(jiàn)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。

4.2.車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置（3C）技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用

4.2.1技術(shù)優(yōu)點(diǎn)（突出優(yōu)點(diǎn)展現(xiàn)）

4.2.1.1可以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)

3C數(shù)據(jù)接收與分析終端產(chǎn)品實(shí)時(shí)獲取3C檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)到的疑似缺陷和設(shè)備檢測(cè)狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)報(bào)警進(jìn)行聲光提示，通過(guò)地圖方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行形象的展示，并直觀呈現(xiàn)管轄范圍內(nèi)線路狀態(tài)和缺陷處理狀態(tài)，及時(shí)掌握3C裝置檢測(cè)位置。

4.2.1.2 可以遠(yuǎn)程視頻回放功能

3C數(shù)據(jù)接收與分析終端產(chǎn)品能與車載設(shè)備連接，提供回放設(shè)備各路檢測(cè)視頻數(shù)據(jù)功能，實(shí)現(xiàn)發(fā)生故障時(shí)及時(shí)查看故障發(fā)生前后視頻數(shù)據(jù)功能，提高故障排除效率。

4.2.1.3可以對(duì)缺陷報(bào)警數(shù)據(jù)管理

3C數(shù)據(jù)接收與分析終端提供缺陷數(shù)據(jù)綜合管理功能，支持組織機(jī)構(gòu)、線路、區(qū)站、公里標(biāo)范圍、時(shí)間范圍等方式的組合查詢功能，提供組織加設(shè)備的菜單樹(shù)快捷查詢功能，支持單條缺陷信息的詳細(xì)分析和查看，提供對(duì)定位基礎(chǔ)信息重新定位的編輯功能，提供對(duì)選擇查詢多條數(shù)據(jù)和單條數(shù)據(jù)導(dǎo)出報(bào)告功能。

4.3實(shí)際應(yīng)用（典型缺陷的發(fā)現(xiàn)及報(bào)警）

4.3.1發(fā)現(xiàn)硬點(diǎn)、線夾打弓類隱性缺陷

硬點(diǎn)、硬彎及線夾打弓為接觸網(wǎng)日常巡視肉眼所不能發(fā)現(xiàn)的隱性缺陷，3C設(shè)備可以清楚發(fā)現(xiàn)并報(bào)警，結(jié)合檢修處理，提高了受電弓的取流質(zhì)量及減少打弓故障的發(fā)生。

4.3.2動(dòng)態(tài)下拉出值的超限缺陷

列車在運(yùn)行當(dāng)中的弓網(wǎng)關(guān)系比在靜態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)分析復(fù)雜的多，存在變量因素較多，往往靜態(tài)測(cè)量下的數(shù)據(jù)未超標(biāo)準(zhǔn)，但在動(dòng)態(tài)情況下，3C設(shè)備監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超限并報(bào)警，就有效的杜絕人為分析出現(xiàn)的漏洞，有效的防止了因拉出值超標(biāo)造成的故障。

4.3.3絕緣器動(dòng)態(tài)燃弧缺陷

靜態(tài)下絕緣器的狀態(tài)與動(dòng)態(tài)下絕緣器的狀態(tài)有很大的區(qū)別，燃弧更是靜態(tài)下所不能發(fā)現(xiàn)的，3C設(shè)備的應(yīng)用，此類缺陷的報(bào)警準(zhǔn)確率報(bào)警幾乎為100%，通過(guò)檢修及調(diào)整，減少了此類現(xiàn)象的發(fā)生，杜絕了因燃弧造成分段絕緣器燒傷及擊穿的供電故障。

5結(jié)束語(yǔ)

電氣化鐵道技術(shù)的應(yīng)用給人們帶了便利的同時(shí)也帶來(lái)了諸多問(wèn)題，接觸網(wǎng)供電故障就是其中主要一項(xiàng)，出現(xiàn)供電故障在所難免，但可以利用各種監(jiān)測(cè)及檢測(cè)技術(shù)，做到有效預(yù)防。這篇關(guān)于3C設(shè)備新科技在接觸網(wǎng)檢修作業(yè)中的應(yīng)用及影響的介紹及論述，旨在通過(guò)研究新設(shè)備、新技術(shù)，指導(dǎo)接觸網(wǎng)的日常的檢修及維護(hù)，杜絕接觸網(wǎng)供電故障，提高接觸網(wǎng)的供電可靠性。

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（作者單位：神華新準(zhǔn)鐵路有限責(zé)任公司）