鐵路接觸網(wǎng)的非接觸檢測(cè)技術(shù)研究

郭銘 周琳

摘 要：隨著新技術(shù)在高鐵領(lǐng)域里的不斷應(yīng)用及完善，高鐵接觸網(wǎng)技術(shù)日新月異，逐步形成了多維度、多領(lǐng)域的綜合監(jiān)測(cè)體系。本文對(duì)鐵路接觸網(wǎng)目前常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了分析，對(duì)各種技術(shù)優(yōu)劣與使用領(lǐng)域進(jìn)行了闡述。

中圖分類號(hào)：U226.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）30-0220-01

引 言

高鐵作為近年來(lái)國(guó)家戰(zhàn)略級(jí)的基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目，受到廣泛的關(guān)注和重視，目前已取得了舉世矚目的進(jìn)展。2006年高速鐵路全面提速，2016年高鐵“五縱五橫”發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)入被提上議程。

高鐵系統(tǒng)由眾多部件組成，其中接觸網(wǎng)是高鐵系統(tǒng)的電源，為列車(chē)提供行進(jìn)的動(dòng)力，其安全性對(duì)整個(gè)高鐵系統(tǒng)具有重要影響，對(duì)高鐵接觸網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)于接觸網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要意義。本文對(duì)接觸網(wǎng)目前常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)手段與方法進(jìn)行了分析，并對(duì)各種技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了歸納和總結(jié)。

1 接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)

接觸網(wǎng)幾何參數(shù)主要有導(dǎo)線高度、線岔以及拉出值等等，這些參數(shù)直接反映車(chē)輛受流性能的好壞，與此同時(shí)，也嚴(yán)重影響列車(chē)運(yùn)行安全與接觸網(wǎng)關(guān)系。對(duì)于鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)的檢測(cè)方面，目前主要檢測(cè)接觸線導(dǎo)線高度、拉出值、高差、定位器坡度、相互位置以及接觸線磨耗等靜態(tài)參數(shù)。

便攜式激光接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測(cè)量?jī)x是目前一種最常見(jiàn)的靜態(tài)參數(shù)測(cè)量手段。這種技術(shù)在使用時(shí)需要選取合適測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量前應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，因此耗時(shí)較長(zhǎng)，難以在較短時(shí)間內(nèi)完成整條長(zhǎng)線路的參數(shù)檢測(cè)。振動(dòng)補(bǔ)償是幾何參數(shù)檢測(cè)內(nèi)容的關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題。車(chē)輛在行進(jìn)過(guò)程中的振動(dòng)會(huì)使得車(chē)輛與軌道中心之間存在著垂直方向以及水平方向的位移，嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果的精確性。此外，列車(chē)前行過(guò)程中車(chē)輪與軌道之間存在滑行或者空轉(zhuǎn)情況，當(dāng)檢測(cè)長(zhǎng)度增加時(shí)，這種效應(yīng)會(huì)使得測(cè)量誤差變得越來(lái)越顯著，嚴(yán)重時(shí)使得檢測(cè)結(jié)果失效。

非接觸式檢測(cè)技術(shù)通過(guò)在被檢車(chē)輛頂部安裝結(jié)構(gòu)光、光源以及攝像機(jī)，以主動(dòng)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)與結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)幾何參數(shù)的動(dòng)態(tài)與實(shí)時(shí)測(cè)量，為鐵道運(yùn)行與維護(hù)提供了重要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，值得注意的是，非接觸式檢測(cè)技術(shù)要求車(chē)輛速度不得高于規(guī)定的最高車(chē)速。

2 定位器坡度檢測(cè)

定位器可實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸線的橫向定位功能，是接觸網(wǎng)供電支撐結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要部件，主要包含定位器、定位管、定位線夾、支持器及相關(guān)連接部件。接觸網(wǎng)的曲線區(qū)段里線路的外軌一般超高，為防止受電弓與定位器發(fā)生碰撞，定位器必須滿足一定程度的傾斜，根據(jù)規(guī)定，其傾斜度應(yīng)處于1：10～1：5范圍內(nèi)。實(shí)際運(yùn)行中的定位器會(huì)承受著接觸線重量、定位器自重、水平內(nèi)側(cè)向力等多種力的綜合影響，當(dāng)定位器坡度不滿足要求時(shí)，會(huì)在定位點(diǎn)產(chǎn)生硬點(diǎn)，對(duì)接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，因此需要檢測(cè)定位器坡度并及時(shí)調(diào)整，保證其在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，這對(duì)于列車(chē)系統(tǒng)的運(yùn)行意義重大。

實(shí)際運(yùn)行中一般采用激光測(cè)量?jī)x或者水平測(cè)量尺去校核定位器坡度，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間的高度差，然后除以兩者之間水平距離即可。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該方法測(cè)量效率較低，精度得不到保障，無(wú)法滿足快速、大范圍檢測(cè)的要求。通過(guò)在車(chē)頂安裝攝像頭拍攝定位器的檢測(cè)方法日益受到關(guān)注，檢測(cè)效率較高且操作簡(jiǎn)單。

3 接觸線磨耗檢測(cè)

接觸網(wǎng)磨耗檢測(cè)是電氣化鐵路維護(hù)的重中之重，其直接關(guān)系到列車(chē)受電弓受流質(zhì)量的好壞。當(dāng)接觸線磨耗增大到一定程度時(shí)，會(huì)引起接觸面截面積減小，電阻劇增，引起發(fā)熱并進(jìn)一步加劇磨耗，最嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起斷線故障，嚴(yán)重危害電氣化鐵路的安全運(yùn)行。

近20年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在接觸線磨耗檢測(cè)方面投入了巨大的精力，先后出現(xiàn)了磁場(chǎng)法、微波反射法、電-光非接觸檢測(cè)等方法，其中光學(xué)檢測(cè)被證明是一種具有工程應(yīng)用價(jià)值的方法，目前國(guó)內(nèi)外主流的磨耗檢測(cè)均是基于光學(xué)檢測(cè)。國(guó)外的MEDES系統(tǒng)、WWS系統(tǒng)、WIRECHECK系統(tǒng)以及ATON等系統(tǒng)通過(guò)光照亮接觸面，用高速攝像機(jī)獲取接觸面的磨損照片，然后經(jīng)過(guò)圖象分析處理技術(shù)來(lái)獲取接觸線的磨耗情況。日本則利用激光照射接觸面，通過(guò)激光持續(xù)時(shí)間來(lái)推導(dǎo)出磨耗面的寬度大小。SURCAT系統(tǒng)通過(guò)平行激光束發(fā)射和接收裝置來(lái)計(jì)算接觸線的殘高來(lái)計(jì)算磨耗情況。

4 接觸網(wǎng)風(fēng)偏檢測(cè)

相對(duì)于幾何參數(shù)檢測(cè)來(lái)說(shuō)，接觸網(wǎng)風(fēng)偏測(cè)量顯得比較困難，已有的研究中，僅有中南大學(xué)提出的一種基于接觸網(wǎng)姿態(tài)檢測(cè)的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。該技術(shù)基于一階亮度矩尋優(yōu)算法，在不同光照條件下，將圖象目標(biāo)呈現(xiàn)出的特征點(diǎn)進(jìn)行精確分割，然后構(gòu)建基于幾何法和面積法的便宜及轉(zhuǎn)矩特征提取算法，分別將靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)的特征點(diǎn)與目標(biāo)進(jìn)行特征匹配，并對(duì)失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)的多分量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

5 接觸線灼傷監(jiān)測(cè)

接觸網(wǎng)與受電弓接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦，此外還有電流產(chǎn)生的焦耳熱，使得接觸部分容易出現(xiàn)灼燒損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷線故障。常規(guī)方法通過(guò)測(cè)量溫度來(lái)反應(yīng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的溫升情況，從側(cè)面反應(yīng)出灼燒嚴(yán)重程度。該方法無(wú)法在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要人工干預(yù)。部分文獻(xiàn)中介紹了利用光纖光柵溫度傳感器來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量接觸點(diǎn)溫升，短時(shí)內(nèi)測(cè)量精度較高，然而這種技術(shù)長(zhǎng)期運(yùn)行中容易對(duì)外界因素敏感，傳感器應(yīng)力變化會(huì)影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性，此外，傳感器安裝較為繁瑣，難以大面積推廣運(yùn)用。

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)也會(huì)不斷進(jìn)步，并為鐵路的多元檢測(cè)提供了多種有效的技術(shù)手段，由此促進(jìn)了我國(guó)高速鐵路的快速、健康及穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]韓志偉，劉志剛，張桂南，等.非接觸式弓網(wǎng)圖像檢測(cè)技術(shù)研究綜述[J].鐵道學(xué)報(bào)，2013，35（6）：40～47.

[2]潘雪濤，張亞鋒，孟 飛，等.電力機(jī)車(chē)接觸導(dǎo)線幾何參數(shù)光電檢測(cè)系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2011（3）：38～41.

[3]張國(guó)山，凌朝清，王欣博，等.接觸線幾何參數(shù)圖像檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33（5）：57～62.

[4]何華武.高速鐵路運(yùn)行安全檢測(cè)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控技術(shù)[J].中國(guó)鐵路，2013（3）：1～7.

收稿日期：2018-9-18