胡磊

（中铁三局集团电务工程有限公司 山西晋中 030600）

铁路接触网检测若干关键技术探讨

胡磊

（中铁三局集团电务工程有限公司 山西晋中 030600）

在高速铁路供电系统中，主要采取的是接触式电网供电。但是这种供电方式容易造成因电网接触不良而产生高铁运行故障。当前，高速铁路接触网检测关键技术问题主要体现在“高速”这一主题上，比如在高速的运行状态下，弓网关系更为复杂等等。所以，接触网检测加强对接触压力等参数的测试与分析是十分必要的。鉴于此，本文以高速铁路为例，对接触网检测存在的计算误差、噪声干扰等关键技术进行深入研究。

铁路接触网；抗干扰去噪；拉出值检测；技术；研究

在电气化铁路供电系统中，主要包含了牵引变电所以及接触网两个部分。其中，接触网是和铁路的安全运营有着直接关联的架空设备。由于铁路沿线非常复杂，所以接触网工作环境相对恶劣。而接触网的性能直接决定了机车受电弓的受流质量，进而影响到列车的运行安全以及运行速度。故此，随着铁路交通的发展，应不断研究并创新高速铁路接触网的检测技术，确保供电系统的可靠性与安全性，满足铁路运营的发展需求，从而实现现代化铁路管理。因此，本文对接触网几项关键技术进行分析，并提出新的技术方法，对于铁路运营有非常现实的意义。

1 接触网检测关键技术存在的问题

结合当前的研究资料表明，接触网检测关键技术的主要问题主要体现在以下多个方面：

（1）在机车的高速运行下，牵引网的电压变化较大，且受电弓在空气作用下使振动也随之增加，电磁干扰环境变得更加恶劣。而当前接触网检测系统的抗干扰抗噪音技术难以满足实际需求；

（2）机车在高速运行下，轮轨关系非常复杂，但由于数据库技术有待改进，所以定位误差较大，在很大程度上影响机车的正常运行；

（3）随着铁轨技术的进步，接触网检测模式的识别、数据的分析、故障的诊断难度都有所增加；

（4）为了满足检测结果的准确性以及实时性，计算机软件、硬件系统的运行速度还有待进一步提升；

（5）由于车速较快，定位管坡度测试的难度加大。

总地来说，当前铁路接触网关键技术问题非常之多，鉴于此，本文对抗干扰抗噪音技术以及接触网拉出值检测方法进行研究探索。

2 微弱信号镜像自适应抗干扰去噪

2.1 理论概述

抗干扰滤波是接触网检测技术的核心技术之一，其应用过程直接关系到检测的准确度。在接触网检测系统中，干扰主要有四种类型。分别是电磁干扰、设备相互干扰、离线电火花干扰以及电子元器件由温度变化导致的干扰。[1]

如图1所示，信号滤波去噪过程主要从系统输入信号开始的。系统输入信号主要包括由传感器输出的噪声信号n（t）以及有用信号s（t）。经过滤波器处理之后，得出无噪声的信号。

图1 系统滤波去噪过程图

随着自适应滤波理论的发展，自适应滤波理论与方法也得到了迅速的发展。但是，对于随机噪声信号的滤波，无论是自适应滤波还是传统的滤波，都无法离开期望信号的经验。所以本文构建随机干扰的直流电平镜像信号，然后对信号进行分时调制，以期克服传统自适应滤波方法对期望信号经验知识的过度依赖。

2.2 镜像变送器电路的构成

如图2所示，镜像信号为有用信号对应设计的确知参考信号。也就是说，有用信号与镜像信号通过分时复用方式而复合在一起，从而共享完全相同用的传输路线以及放大历程。进入计算机后，对有用信号与镜像信号进行拆分后重建，通过确知信号的叠加干扰修正有用信号中因干扰信号形成的误差，进而提高检测的精度。[2]

图2 参考信号变送器电路图

2.3 基于确知参考信号的自适应滤波器的实现

在接触网检测系统中，不同的干扰信号与被测信号，所采用的镜像自适应算法是不同的，如图3所示。

图3 镜像自适应滤波的基本原理图

其中e（n）为差值控制信号，同时也是去噪系统结果的输出。其中d（n）为期望信号，噪声为x（n）。而当中噪声近似输入x（n）又主要包括噪声干扰信号n（1/2+n）。K代表的是确知参考信号g在系统传输信道中所放大的倍数。

结合以上分析，对于由温度变化引起的干扰以及由振动引起的干扰，可以采用一项差值处理方法，而对于冲击、压力等项目检测随机干扰，宜采取统计方法进行自适应处理。[3]

总地而言，对于小于采样频率的噪声，可以通过移相差值法来得到和有用信号相位相对应的噪声，然后从带有噪声的有用信号中减去插值噪声，可以达到系统去噪的目的。而对于随机噪声，可以通过引入两路观察样本，将参考信号观察样本作为滤波器输入，将含噪声的有用信号样本作为期望信号，然后由输出信号和期望信号的差值，基于最小均方准则，计算出自适应滤波器的权系数最佳值。[4]

3 接触网拉出值检测方法

3.1 理论概述

接触网拉出值是铁路供电系统设计、施工以及维护中非常重要的参考技术。拉出值过小就无法均匀地磨耗滑板，从而容易使滑条形成裂缝，甚至是钻弓。而拉出值过大，在车速变化时，接触网接触线就容易超出受电弓有效工作宽度，形成钻弓或者刮弓事故。

接触网拉出值的检测所使用的传统方法如图4所示，在受电弓滑条下安装数个接近传感器，从而形成一个检测阵列，阵列和接触线水平投影相交，接触网的偏移值为交点至滑板中心的距离，在定位点处，此偏移值也就是拉出值。

图4 传统的拉出值检测传感器安装图

这一方法对于低速接触网线路比较适用，但是对于高速接触网线路还存在分辨率低、成本高、受电弓离线增大等缺陷。[5]故此，为了降低拉出值误差，本文基于信号频谱分析、数字滤波处理以及神经网络等原理，提出新的计算方法。

3.2 测试数据频谱分析及数字滤波处理

仅仅使用接触压力传感器计算出拉出值，拉出值曲线如图5所示。然后进行功率密度频谱分析，结果表明主要能量都集中在50Hz内，而曲线抖动的小波浪，则对应高频部分。为了使这一问题得到解决，本文设计了新的数字滤波器，得出拉出值曲线如图6所示。

图5 经典力学模型得出的原始拉出值曲线图

图6 滤波后的拉出值曲线图

在计算机的周期采样中，两个相邻采样点的拉出值相差并不大，但是如果设置一个阀值，两相邻点变化绝对值小于这一值时给予保留，大于改值予以清除。因此，采用低通滤波器进行计算，无错误滤除发生。

3.3 基于神经网络模型的拉出值计算

（1）BP神经网络模型结构

如图7所示，本文采用的BP网络为一种单向传播的多层钱箱网络。该网络不仅包含输出输入节点，还包含多层隐层节点，在同层节点中无任何耦合。

图7 BP网络结构示意图

从网络系统结构上而言，表现出了一个从输入至输出高度的非线性映射关系，也就是：F：Rm→Rm，f（x）=Y。通过相关计算，可以得出映射f，在最小二乘意义下，f为g的最佳逼近。[6]

（2）BP算法的实现

BP算法用计算机实现的流程为：

①设置压力计算节点，引入拉出值计算公式；

②进行初始化，设定阈值初值；

③提供期望输出与输入向量；

④计算实际输出值；

⑤掉证权值，并按误差反向传播方向，从输出接点返回至隐层，进行权值修正；

⑥返回至第3步进行重复计算，直到误差满足相关要求为止。

4 结束语

本文主要对高速铁路接触网检测关键技术的不足以及相关的传统技术进行了分析，然后结合理论提出了新的技术方法。总地而言，高速铁路接触网检测是一项复杂的、系统地、科学的、专业的内容，但是，接触网检测方面依然存在许多需要不断改进与完善的地方。因此，本文不够详尽之处也是日后需要不断努力的方向，以期为铁路发展提供更加积极的作用。

[1]陈唐龙.高速铁路接触网检测若干关键技术研究[D].西南交通大学，2006，08（12）：77～79.

[2]谢将剑.基于棘轮补偿器参数检测的接触网在线监测技术的研究[D].北京交通大学，2013，05（23）：12～14.

[3]陈燕华.接触网关键部件的视频图像检测与识别技术研究[D].西南交通大学，2013，07（18）：171～172.

[4]徐建芳.基于三维模型的接触网检测技术研究[D].西南交通大学，2014，05（23）：66～67.

[5]姚俊杰.接触网悬挂检测识别技术研究[D].西南交通大学，2014，08（14）：141.

[6]陈建明.高速铁路接触网技术研究及应用[D].中南大学，2004，03（11）：88～89.

U225

A

1004-7344（2016）06-0076-02

2016-2-10

胡磊（1984-），男，助理工程师，大专，主要从事电气化专业技术工作。