弓網動態運行質量診斷與評估系統

■ 張文軒 孫忠國

0 引言

電氣化鐵路接觸網工作環境惡劣、工作方式特殊、無備用設備，列車高速運行時，其工作狀態更加復雜，高速鐵路對弓網動態受流質量提出了更高要求。在高速鐵路接觸網動態檢測過程中，如何能夠高效、準確進行弓網動態運行質量的診斷與評估成為亟需解決的重要問題。接觸網動態檢測數據包括接觸網幾何參數、弓網動態作用參數、供電參數等，各參數密切關聯，共同反映出接觸網狀態及弓網受流狀態。在弓網動態運行質量診斷與評估過程中，需要根據各檢測參數特點及相互關系，確定合適的數據分析方法，對其進行有效分析，以便更準確地通過檢測數據反映接觸網狀態及弓網受流狀態。

經德國、法國等國家幾十年的深入研究，歐盟鐵路已形成一套高速接觸網動態檢測方案，并能很好地使用接觸網動態檢測數據進行接觸網狀態及弓網受流質量評估，指導工程施工和運營維修單位進行接觸網狀態維護及維修，尤其是能夠指導高速鐵路接觸網進行精調細修，優化接觸網的動態運行性能。

中國鐵道科學研究院基礎設施檢測研究所基于鐵道部綜合檢測列車周期性接觸網動態檢測數據，兼容了動態檢測數據分析所必需的接觸網檢測數據波形信息、接觸網基礎信息數據等內容，研發了弓網動態運行質量診斷與評估系統（簡稱系統）。系統以接觸網動態檢測數據波形分析為基礎，提供了檢測數據實時顯示、歷史數據對比分析、超限自動判別標注、基礎信息關聯、數據分析計算及導出等功能。系統能夠快速、有效進行弓網動態運行質量的診斷與評估。與國外同類系統相比，該系統具有數據分析處理實時性高、功能集成度高、分析界面友好等優點。

1 系統介紹

1.1 系統主要功能

系統以接觸網動態檢測數據波形分析為基礎，采用數據緩沖同步、波形動態調整、基礎信息關聯等技術，為運營維護單位提供了高效、直觀的數據分析平臺，通過不同時間段的檢測數據對比，實現了接觸網狀態變化過程的全面跟蹤。系統主界面見圖1。

系統主要功能如下：

圖1 弓網動態運行質量診斷與評估系統主界面

（1）檢測參數顯示分析功能：自由選擇檢測參數通道內容及數量；自由選擇各通道參數的刻度大小及顯示顏色；方便進行準確里程定位；各通道波形數據的隨意縮放及上下位置調整；各參數通道的上下位置移動及自動位置調整；顯示接觸網支柱信息、吊弦信息；在錨段關節、線岔等接觸網特殊處所，同時顯示2支接觸線導高、拉出值。

（2）歷史數據對比功能：同時打開當前波形數據及2次歷史波形數據進行檢測參數的波形對比，跟蹤接觸網狀態變化；歷史檢測數據波形以灰色顯示，更好區分當前檢測數據及歷史檢測數據；自由調整歷史波形數據及當前波形數據的相對偏移，實現當前檢測數據及歷史檢測數據的相同位置對比；實現歷史波形數據的前后翻轉，方便在新建高速鐵路聯調聯試中對逆向行車數據及正向行車數據進行對比。

（3）檢測數據打印、導出功能：特定處所的波形打印；特定處所的波形保存為圖片（圖片格式包括png、jpg、bmp等）；打印波形及保存圖片中波形檢測日期、線路、行別、局別等信息顯示；導出部分區段或全部檢測區段的波形數據為pdf格式文件；導出部分區段或全部檢測區段的波形數據為原始檢測文本數據。

（4）檢測過程回放功能：可完全重現動態檢測過程，實現檢測波形回放；可自由設置波形回放速度，滿足用戶不同需求；在選中歷史波形情況下，可進行當前波形數據和歷史波形數據的同步回放。

（5）基礎信息、超限信息關聯顯示功能：自動進行接觸網動態檢測超限判別，并在數據波形上進行超限標注及超限信息關聯，超限信息包括超限處所、超限類型、超限等級、超限內容等；波形圖中自動關聯接觸網基礎信息，包括基礎信息處所、基礎信息類型、基礎信息內容等，方便了解超限處所接觸網基礎信息狀態；自由添加、修改、刪除動態檢測超限信息、接觸網基礎信息等內容；動態檢測超限信息、接觸網基礎信息導出為文本，方便進行信息統計與整理；動態檢測缺陷信息、接觸網基礎信息導入，方便進行信息處理流程跟蹤。

1.2 系統主要作用

（1）提供包括接觸網幾何參數、弓網動態作用參數、供電參數等接觸網多通道連續檢測數據值，重現動態檢測過程。

（2）系統按照各參數不同的超限判別標準，自動進行超限判別，通過超限處所里程及超限附近各檢測參數特點，輔助進行超限處所定位。

（3）通過對比、分析不同時間段的接觸網各檢測參數，跟蹤接觸網狀態變化。

（4）新建高速鐵路聯調聯試中，指導接觸網精細化調整；完成聯調聯試后，保存接觸網參數標準值，作為后續檢修的依據。

（5）結合動態檢測波形數據，顯示接觸網動態檢測超限，跟蹤接觸網超限現場復查處理流程，幫助進行接觸網動態檢測超限管理。

（6）結合動態檢測波形數據，顯示接觸網基礎信息，幫助進行接觸網基礎信息管理，并結合接觸網基礎信息、接觸網超限數據和接觸網檢測各通道波形數據，進行弓網動態運行超限診斷及評價。

（7）結合動態檢測波形數據，提供注釋信息顯示及管理功能，幫助接觸網管理單位針對特定處所的波形數據或超限進行注釋和批示，提供各級注釋及批示信息流程跟蹤，有利于提高動態檢測超限處理質量及效率。

2 系統應用實例分析

2.1 拉出值超限診斷及評估

圖2為武廣高速鐵路上行檢出的拉出值超限情況。經分析計算，超限位于錨段關節轉換柱處，動態檢測拉出值為650 mm。同時，由于拉出值超限嚴重，導致高速運行下弓網接觸壓力變化劇烈，弓網受流性能受到破壞。

經過現場靜態測量后，超限處所得到復核及確認，并及時對拉出值進行了調整，鐵道部綜合檢測列車對該處所進行了重點跟蹤，對調整前后的檢測波形進行了對比，超限點調整后拉出值動態檢測值為375 mm，同時關聯跨內弓網動態接觸壓力已恢復至μ±3σ范圍內均勻過渡，受流性能明顯改善。動態檢測的跟蹤驗證進一步證明了原超限已調整到位，整個閉環處理過程完畢。

2.2 弓網動態接觸壓力超限診斷及評估

產生弓網動態接觸壓力超限的原因有多種，只有通過綜合數據分析，診斷出弓網動態接觸壓力超限的原因，才能使弓網壓力的檢測數據直接用于指導維修。接觸網動態檢測過程中，通過公式提取弓網壓力超限處所，將公里標與其他檢測參數同步關聯是一種常用的分析方法。圖3顯示了弓網接觸壓力超限產生的原因，通過關聯診斷可確定弓網壓力超限處所存在吊弦，且吊弦調整不到位，導致該處接觸線高度偏高，形成倒“V”字形接觸線高度圖形及較大的坡度變化率，當受電弓高速通過此處時，弓網接觸力產生劇烈波動，嚴重影響弓網動態運行質量，從弓網動態接觸壓力數值看，形成了一處最大值超限。

圖2 武廣高速鐵路上行拉出值超限診斷與評估

圖3 弓網接觸壓力超限診斷與評估

3 結束語

弓網動態運行質量診斷與評估系統已在12個鐵路局（公司）得到了廣泛應用，系統的易用性、實時性、高效性得到了一致認可。系統的運用大大提高了檢測數據的使用效率，能夠有效進行各通道檢測數據的關聯關系分析及弓網動態運行質量的診斷與分析，對提高現場維修效率和指導現場運行單位更好地進行設備維修有重要意義。同時，利用波形對比功能，可以跟蹤接觸網狀態的變化，總結接觸網狀態的變化規律，有利于對接觸網狀態變化進行跟蹤及趨勢預測。

今后還應在密切跟蹤接觸網動態檢測業務需求基礎上，通過對數據分析方法研究成果的運用，切實提高接觸網檢測數據分析處理水平，提高弓網動態運行質量診斷與評估水平，更好地發揮接觸網動態檢測的作用。

[1] KieBling，Puschmann，Schmieder. 電氣化鐵道接觸網[M]. 北京：中國電力出版社，2003

[2] 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