高速弓网检测系统

2012-10-25孙忠国

铁路技术创新 2012年1期

■ 孙忠国

随着我国铁路第六次大面积提速及高速铁路的大规模建设与运营，高速电气化铁路接触网动态检测的重要性越来越引起接触网设计、施工、运营维护、行业管理及科学研究等相关领域的广泛关注。高速接触网动态检测的重要性主要体现在四方面：（1）通过等速动态检测对接触网的设计进行性能测试与验证，为进一步优化接触网的设计提供试验依据；（2）新建电气化铁路开通前的联调联试，通过动态检测修正施工偏差，确认接触网状态，对弓网受流性能进行动态验收评估；（3）通过动态检测查找接触网的设备状态问题，为运营维护单位维修提供依据；（4）通过动态检测试验设计，研究高速弓网关系，优化弓网匹配。

1 系统技术构架

根据我国电气化铁路弓网受流性能试验方法和评价标准，对电气化线路的新线验收和日常维护来说，所必须的接触网检测项目类别包括接触网几何参数、弓网动态作用参数、供电参数等。接触网几何偏差过大会恶化弓网受流质量并加剧接触网的机械及电气损耗，危及行车安全，严重时会造成弓网故障，其受流性能的受影响程度主要通过弓网动态作用参数的特征来体现。因此，接触网几何参数及等速弓网动态作用参数检测数据是接触网工程施工及维护维修的重要依据，具体包括接触线高度、拉出值、接触线相邻定位点高差、相邻吊弦高差、线岔或锚段关节处2条接触线的相对位置、弓网动态接触力、硬点、离线状态（燃弧率）、接触网电压、电流等，同时测量杆位、跨距、速度、里程等辅助信息用以定位及超限数据的辅助诊断。

高速弓网检测系统由接触网几何、弓网动态作用和供电参数等检测子系统及对各子系统的集成与集中控制软件组成，系统构架见图1。

图1 高速弓网检测系统构架

其中，接触网几何参数测量系统包括照明组件、CCD线阵摄像机组件、光源控制单元、专用检测横梁及采集处理计算机等设备；弓网动态作用参数检测系统包括力与加速度合成传感器组件、经过弓头改造的检测受电弓、火花传感器组件、硬点传感器组件、角位移导高传感器组件及数据处理计算机等设备；供电参数测量系统包括电压传感器组件、电流传感器组件及数据处理计算机等设备。

高压端信号通过数据采集处理装置处理后转换成光信号传输至车内数字信号处理单元，数字信号处理单元将信号处理后传输至检测数据前置处理机，高压端的系统供电采用专用供电隔离变压器方案，整个系统通过集成与集中控制计算机实现各类检测参数的时空同步，高速弓网检测系统组成见图2。

2 系统数据集成与实时处理

弓网检测数据集成处理系统主要功能是实现弓网动态作用参数检测子系统、接触网几何参数检测子系统、供电参数检测子系统的数据同步合成与集中控制，在此基础上实现各检测参数的波形实时分析及跟踪对比；同时，根据各检测参数特性与超限评判模型，实现各子系统检测参数的实时处理及检测超限评判、编辑等功能。时空同步方案主要采用光纤传输、差分信号抗干扰、冗余环网、多重备份等技术，为检测系统提供实时的满足检测系统采样触发及精确距离计算需求的距离脉冲信号，采用高精度光电编码器、电子标签、DGPS和应答器等多种定位方式，实现全车时钟、速度和里程信息的同步采集、传输及控制。

系统软件主要包括数据同步与预处理软件、检测数据波形分析软件和检测数据集成与处理软件，3个软件分别与弓网检测数据集成处理系统的三部分主要功能相对应。其中数据同步与预处理软件主要实现接触网各检测子系统的数据同步集成及预处理，为后续的检测数据处理提供统一的数据来源；检测数据波形分析软件主要用于接触网检测数据的实时波形分析与跟踪对比；检测数据集成与处理软件主要实现检测数据的实时统计计算及各子系统检测参数的超限判别与输出，系统结构见图3。高速接触网动态检测过程中，当检测到某些安全指标严重超限时，严重超限信息将通过车载短信息平台（Short Messaging Service，SMS）实时发布给运营维护单位。

图2 高速弓网检测系统组成

图3 弓网检测数据集成与实时处理系统结构图

3 系统地面数据分析与维修决策支持

高速弓网检测系统能够在实时检测过程中对弓网安全性超限实时判断，自动诊断出超限记录并进行编辑和报表输出，运营维护单位获得检测日报后，将按超限等级及时进行现场复核及信息反馈。高速弓网检测参数多、数据量大，为满足运营维护及工程施工单位全面掌握接触网状态变化信息的客观需求，检测数据在地面数据处理中心还将进行深入分析并形成专项分析报告，用于维修决策支持。如何诊断超限类型和分析超限产生原因是接触网运营维护单位及设计院等接触网动态检测用户主体最关心的问题之一。不同接触网类型、不同受电弓运用方式、不同速度等级及接触网特殊结构处等因素都会影响接触网动态缺陷的表现形式。地面数据分析采用专用数据分析软件，通过历史数据对比与状态跟踪、基础信息数据关联、高帧频弓网数字视频定位，辅以速度里程信息、运行线路环境信息等进行综合诊断与评价，为用户提供可直接服务于现场维修决策的专项分析报告。历史数据对比与状态跟踪见图4，地面数据分析与维修决策支持框架见图5。