韋三

摘要：目前，科學技術的發(fā)展迅速，電力系統(tǒng)的發(fā)展也突飛猛進。剛性接觸網是傳統(tǒng)柔性接觸網的下一代產品，其可靠的性能在當前的隧道運行中有著很重要的作用。在隧道運行過程中由于運行時間過長或是其他一些故障的出現(xiàn)容易造成剛性接觸網的故障，為了更好地保證接觸網在隧道運行中發(fā)揮作用，減少不必要的經濟損失，需要對其在運行時可能出現(xiàn)的故障進行分析并作出精準快速的解決方案。

關鍵詞：接觸網成像技術;絕緣子;故障檢測方法

引言

自2008年京津城際開通以來，中國高速鐵路進入快速發(fā)展期。2018年底，全國鐵路運營里程達到13.1萬km，規(guī)模居世界第二;其中高鐵2.9萬km，位居世界第一;全國鐵路完成年旅客發(fā)送量33.7億人次。接觸網是高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，是電力機車獲取電能的關鍵設備之一。目前全國鐵路電氣化率已達67%，位居世界第一位。接觸網設備沿鐵路線露天設置，工作環(huán)境惡劣且無備用，一旦發(fā)生設備故障將中斷行車，甚至嚴重影響電氣化鐵路運輸安全。因此，在電氣化鐵路的運營過程中，通過各種檢測手段及時發(fā)現(xiàn)各類接觸網設備隱患是極其重要的一項工作。

1故障指示型防雷防斷線絕緣子的工作原理

故障指示型防雷防斷線絕緣子將絕緣子、避雷器和故障指示器三者的功能有機結合，獨創(chuàng)性地采用柱式結構及內置間隙設計，在正常電壓下，能夠起到普通絕緣子的作用;當有雷擊過電壓來襲時，若過電壓的幅值危及系統(tǒng)運行安全，絕緣子內部的間隙就會瞬間導通，將過電壓通過非線性電阻片泄入大地，從而起到避雷器的作用。此外，一旦出現(xiàn)絕緣子內部擊穿、設備損壞的情況，故障指示元件就會提示故障點。

2絕緣子檢測現(xiàn)狀

在高速鐵路開通以前，接觸網檢測手段相對單一，只能對接觸網幾何參數進行檢測，針對接觸網零部件“缺、松、脫、斷，以及絕緣部件閃絡、破損”等問題的檢測技術較為缺乏。接觸網懸掛狀態(tài)檢測監(jiān)測裝置（以下簡稱“4C裝置”）是對接觸網關鍵零部件以及其懸掛狀態(tài)進行成像檢測的車載檢測系統(tǒng)，通常安裝在檢測車上，通過車頂高清成像設備，對接觸網各關鍵零部件進行成像檢測。絕緣子是接觸網支持裝置中的關鍵設備，其主要作用是保持接觸網接觸懸掛及支持裝置對地的電氣絕緣，由于接觸網設備露天設置且無備用的工作特性，如其絕緣性能下降或發(fā)生破損、斷裂，將引起接觸網跳閘或改變接觸網支持裝置的物理穩(wěn)定性，嚴重時甚至可能造成接觸網斷線。因此對絕緣子的性能狀態(tài)進行檢測，是防范接觸網故障的重要手段。絕緣子常見故障有：附著異物、破損缺片、閃絡放電等，對上述故障，過去主要依賴人工巡視檢查，在4C裝置推廣運用后，主要依靠人工對4C裝置的成像檢測圖片數據進行分析，判斷是否存在故障。該方式雖然在一定程度上降低了勞動強度，但效率依然較低。近年來，隨著機器視覺、神經網絡等技術的快速發(fā)展，不少學者提出了基于機器視覺的接觸網絕緣子故障智能識別方法。如西南交通大學機械工程學院提出基于紋理特征和可能性均值聚類的異常檢測方法，檢測接觸網絕緣子臟污程度。本文針對接觸網絕緣子附著異物、破損缺片、閃絡放電3種典型故障，采用方向梯度直方圖（HistogramofOrientedGradient，HOG）特征對絕緣子進行定位，通過缺陷絕緣子外形特征識別判別絕緣子狀態(tài)，進而完成絕緣子破損等形態(tài)缺陷的檢測。

3高壓絕緣子在線檢測系統(tǒng)的設計

3.1對不易判明的故障的處理步驟

有時會發(fā)生故障原因不易判明的情況，這時檢修員要從小范圍開始搜尋。首先在接觸網區(qū)查找范圍內進行檢查，對變電所、分區(qū)所、AT所等的上網饋線和裝卸線進行檢查，如果有需要可以擴大查找范圍。有時在發(fā)現(xiàn)損壞時不能對絕緣子閃絡、擊穿、分段絕緣器擊穿進行明確判斷，這時工作人員要按照一定的查找順序進行排查：①首先要走訪故障測試裝置的技術人員確定故障大致發(fā)生的地點。②檢查接觸網工作區(qū)域中是否存在閃絡痕跡和電路燒傷痕跡，查看火花間隙是否有擊穿的狀況。③采用分段試送電的方法進行逐一排查最終確定故障點。

3.2在線檢測系統(tǒng)結構及功能

在線檢測系統(tǒng)由電塔;高壓絕緣子;電流傳感器（每個絕緣子連接一個電流傳感器），用于檢測絕緣子的電流將之轉為f;GPS模塊，用于數據處理中心接受數據;防雷擊系統(tǒng);軟件UART;電源系統(tǒng)（主要用太陽能電池，蓄電池備用）;GPRS模塊，用于發(fā)送數據;C8051F010、RS485、數據采集系統(tǒng)，采集溫度、濕度、測量風速;主要可劃分為電塔、數據采集、數據傳輸、數據分析4個模塊。電流傳感器裝在電塔的接地線的探頭中，用于采集漏電脈沖或電暈脈沖，由于絕緣子剛發(fā)生故障時，漏電脈沖或電暈脈沖都很小，不僅不能接入電路，而且會被其他電流（如正常的電力載波和泄漏電流）所干擾，所以探頭中要安裝放大漏電脈沖或電暈脈沖信號的放大器，數據分析模塊中也要設置過濾脈沖信號的程序，為了采集到盡量多的漏電脈沖或電暈脈沖信號，放大器的頻率范圍要設置在20～40MHz，過濾脈沖信號的程序要設置512K空間，并選擇20MHz的頻率。數據傳輸部分，在線檢測系統(tǒng)采用的是GPS與GPRS系統(tǒng)，與其他的有線和無線傳輸系統(tǒng)相比，GPS與GPRS系統(tǒng)成本低廉、工作量小，由于野外信號不穩(wěn)，所以系統(tǒng)采用了在線檢測系統(tǒng)采用了雙系統(tǒng)模式，根據網絡信號的覆蓋度和強度自動變換GPRS或SMS模式。

3.3弓網接觸力評估

弓網接觸力是反映受電弓滑板與接觸線之間機械作用關系的物理量。弓網接觸力過大會加劇滑板與接觸線磨耗，過小則會造成弓網間接觸不良，引起接觸電阻增大、接觸點過熱，甚至造成弓網燃弧。采用靜態(tài)抬升力為100N和新滑板的受電弓對正線全線進行弓網接觸力檢測，統(tǒng)計間隔為8m。分析發(fā)現(xiàn)，弓網接觸力的波動與速度關系較大，隨著速度的增加弓網接觸力波動不斷加劇。統(tǒng)計表明，全線除部分關節(jié)因調整不到位出現(xiàn)弓網接觸力波動較大外，其余區(qū)段未發(fā)現(xiàn)弓網接觸力平均值超限和標準偏差超限。

3.4分段式送電方法的注意事項

所謂分段式送電就是利用隔離開關將變電所饋線的送電范圍進行分段，依據放電弧光的情況和開關的動作情況來進行故障點的判斷。在使用該種方法之前首先要根據列車編組進行劃分，并且要排查供電臂內是否存在易燃易爆物品，如果有要進行處理。在進行工作時要充分與現(xiàn)場工作人員配合，要嚴防操作外人員由于接近操作點而發(fā)生觸電的現(xiàn)象。在測試時還要根據現(xiàn)場實際情況對故障點的誤差范圍進行估計。具體操作方法如下：①首先將變電所內饋線開關后進行送電，之后檢查送電的情況，如果能夠順利送電則可以排除該部分故障，如果無法送電則需要進一步判斷，一般這種情況說明除電網線路沒有故障，要想恢復運營可以采用跨區(qū)供電的方法。②將線路上的網隔離進行開關如果能夠送電說明饋線電纜無故障，如果無法送電則說明觸網本體可能發(fā)生故障。

結語

針對絕緣子常見的破損缺片、閃絡放電、附著異物3種故障分別設計了故障智能識別算法。實踐證明，本文采用的方法檢測準確率較高，具有一定的工程意義，可為接觸網故障智能識別分析方法提供技術參考。

參考文獻

[1]陸東福.奮勇?lián)斀煌◤妵F路先行歷史使命努力開創(chuàng)新時代中國鐵路改革發(fā)展新局面[R].北京：中國鐵路總公司2019年年度工作報告，2019.

[2]于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網[M].四川成都：西南交通大學出版社，2003.

[3]盧海燕，游誠曦.接觸網成像檢測系統(tǒng)運用[J].鐵路技術創(chuàng)新，2014（3）：37-40.

[4]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2012]136號高速鐵路供電安全檢測監(jiān)測（6C系統(tǒng)）系統(tǒng)總體技術規(guī)范[G].2012.

[5]黨帥濤，柯堅，吳文海，等.基于PCM和紋理特征的鐵路絕緣子污穢程度異常檢測[J].電瓷避雷器，2019（2）：197-201.

[6]潘影麗.基于機器視覺的接觸網絕緣子破損檢測技術研究[D].甘肅蘭州：蘭州交通大學，2018.