高速弓網檢測系統

■ 孫忠國

隨著我國鐵路第六次大面積提速及高速鐵路的大規模建設與運營，高速電氣化鐵路接觸網動態檢測的重要性越來越引起接觸網設計、施工、運營維護、行業管理及科學研究等相關領域的廣泛關注。高速接觸網動態檢測的重要性主要體現在四方面：（1）通過等速動態檢測對接觸網的設計進行性能測試與驗證，為進一步優化接觸網的設計提供試驗依據；（2）新建電氣化鐵路開通前的聯調聯試，通過動態檢測修正施工偏差，確認接觸網狀態，對弓網受流性能進行動態驗收評估；（3）通過動態檢測查找接觸網的設備狀態問題，為運營維護單位維修提供依據；（4）通過動態檢測試驗設計，研究高速弓網關系，優化弓網匹配。

1 系統技術構架

根據我國電氣化鐵路弓網受流性能試驗方法和評價標準，對電氣化線路的新線驗收和日常維護來說，所必須的接觸網檢測項目類別包括接觸網幾何參數、弓網動態作用參數、供電參數等。接觸網幾何偏差過大會惡化弓網受流質量并加劇接觸網的機械及電氣損耗，危及行車安全，嚴重時會造成弓網故障，其受流性能的受影響程度主要通過弓網動態作用參數的特征來體現。因此，接觸網幾何參數及等速弓網動態作用參數檢測數據是接觸網工程施工及維護維修的重要依據，具體包括接觸線高度、拉出值、接觸線相鄰定位點高差、相鄰吊弦高差、線岔或錨段關節處2條接觸線的相對位置、弓網動態接觸力、硬點、離線狀態（燃弧率）、接觸網電壓、電流等，同時測量桿位、跨距、速度、里程等輔助信息用以定位及超限數據的輔助診斷。

高速弓網檢測系統由接觸網幾何、弓網動態作用和供電參數等檢測子系統及對各子系統的集成與集中控制軟件組成，系統構架見圖1。

圖1 高速弓網檢測系統構架

其中，接觸網幾何參數測量系統包括照明組件、CCD線陣攝像機組件、光源控制單元、專用檢測橫梁及采集處理計算機等設備；弓網動態作用參數檢測系統包括力與加速度合成傳感器組件、經過弓頭改造的檢測受電弓、火花傳感器組件、硬點傳感器組件、角位移導高傳感器組件及數據處理計算機等設備；供電參數測量系統包括電壓傳感器組件、電流傳感器組件及數據處理計算機等設備。

高壓端信號通過數據采集處理裝置處理后轉換成光信號傳輸至車內數字信號處理單元，數字信號處理單元將信號處理后傳輸至檢測數據前置處理機，高壓端的系統供電采用專用供電隔離變壓器方案，整個系統通過集成與集中控制計算機實現各類檢測參數的時空同步，高速弓網檢測系統組成見圖2。

2 系統數據集成與實時處理

弓網檢測數據集成處理系統主要功能是實現弓網動態作用參數檢測子系統、接觸網幾何參數檢測子系統、供電參數檢測子系統的數據同步合成與集中控制，在此基礎上實現各檢測參數的波形實時分析及跟蹤對比；同時，根據各檢測參數特性與超限評判模型，實現各子系統檢測參數的實時處理及檢測超限評判、編輯等功能。時空同步方案主要采用光纖傳輸、差分信號抗干擾、冗余環網、多重備份等技術，為檢測系統提供實時的滿足檢測系統采樣觸發及精確距離計算需求的距離脈沖信號，采用高精度光電編碼器、電子標簽、DGPS和應答器等多種定位方式，實現全車時鐘、速度和里程信息的同步采集、傳輸及控制。

系統軟件主要包括數據同步與預處理軟件、檢測數據波形分析軟件和檢測數據集成與處理軟件，3個軟件分別與弓網檢測數據集成處理系統的三部分主要功能相對應。其中數據同步與預處理軟件主要實現接觸網各檢測子系統的數據同步集成及預處理，為后續的檢測數據處理提供統一的數據來源；檢測數據波形分析軟件主要用于接觸網檢測數據的實時波形分析與跟蹤對比；檢測數據集成與處理軟件主要實現檢測數據的實時統計計算及各子系統檢測參數的超限判別與輸出，系統結構見圖3。高速接觸網動態檢測過程中，當檢測到某些安全指標嚴重超限時，嚴重超限信息將通過車載短信息平臺（Short Messaging Service，SMS）實時發布給運營維護單位。

圖2 高速弓網檢測系統組成

圖3 弓網檢測數據集成與實時處理系統結構圖

3 系統地面數據分析與維修決策支持

高速弓網檢測系統能夠在實時檢測過程中對弓網安全性超限實時判斷，自動診斷出超限記錄并進行編輯和報表輸出，運營維護單位獲得檢測日報后，將按超限等級及時進行現場復核及信息反饋。高速弓網檢測參數多、數據量大，為滿足運營維護及工程施工單位全面掌握接觸網狀態變化信息的客觀需求，檢測數據在地面數據處理中心還將進行深入分析并形成專項分析報告，用于維修決策支持。如何診斷超限類型和分析超限產生原因是接觸網運營維護單位及設計院等接觸網動態檢測用戶主體最關心的問題之一。不同接觸網類型、不同受電弓運用方式、不同速度等級及接觸網特殊結構處等因素都會影響接觸網動態缺陷的表現形式。地面數據分析采用專用數據分析軟件，通過歷史數據對比與狀態跟蹤、基礎信息數據關聯、高幀頻弓網數字視頻定位，輔以速度里程信息、運行線路環境信息等進行綜合診斷與評價，為用戶提供可直接服務于現場維修決策的專項分析報告。歷史數據對比與狀態跟蹤見圖4，地面數據分析與維修決策支持框架見圖5。

4 結束語

高速弓網檢測系統已成功應用于國內高速綜合檢測列車上，系統的成功研制與應用為新型接觸網性能測試與驗證、新建線路接觸網聯調聯試、運營線路接觸網周期檢測與維修、弓網關系研究等創造了必要條件。

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

[2] 中國鐵道科學研究院．提速線路軌道不平順質量指數管理建議值及管理辦法[R]，2007

[3] 中國鐵道科學研究院．接觸網基礎信息綜合管理系統[R]，2008

[4] 中國鐵道科學研究院．接觸網動態檢測缺陷整治及復測反饋信息系統[R]，2008

[5] 中國鐵道科學研究院．高速鐵路綜合檢測列車[R]，2008