1、浅谈接触网动态检测技术在重载铁路的应用摘要：朔黄铁路为双线电气化铁路，承载着我国西煤东运的重要责任，重载铁路大运量、大密度的运输，留给设备检修的时间十分有限。采用传统的“周期修”模式，必然导致设备失修。首创综合检测列车，提高检测效率，接触网检测采用德国 DB 公司检测技术和设备，将接触检测和非接触检测有机结合。 关键词：接触网动态检测 接触式检测 非接触式检测 原理 应用 中图分类号：F530 文献标识码： A 一、前言 朔黄线西起山西省神池县，东至河北省黄骅市，是我国西煤东运第二大通道，全长 592KM，随着 3.5 亿吨扩能改造完成，2013 年完成运量2.36 亿吨。2014 年计划运量
2、 3.06 亿吨。每天将大量开行万吨和 2 万吨重载列车，形成了大运量、大轴重、高密度的重载铁路运输模式。 接触网和电力机车的弓网动态作用关系是能否运行高速、重载电力机车的关键。接触网和电力机车受电弓的弓网关系不能简单地通过接触线静态高度、拉出值等几何尺寸指标评估,要利用接触网检测车模拟受电弓的实际运行,通过接触网动态检测评价接触网和电力机车的弓网关系。 二、接触网动态检测的意义 接触网工作环境恶劣，并且一直处于大张力、频繁震动的工作状态，并且还要与受电弓滑动接触，并且没有备用，一旦发生故障，必定造成运输中断甚至重大的安全事故，所以研究接触网动态检测技术，对提高牵引供电系统的安全性和可靠性，满
3、足重载铁路的运营和发展，具有重要的实际意义。 三、 接触网动态检测系统 接触网动态检测集检测项目全、数据准确、效率高于一体。 1 .检测项目全 就世界范围来看，接触网检测系统主要由两种检测方式，一为接触式检测，二为非接触式检测。奥地利和意大利的接触网检测设备主攻接触式检测，主要强调接触网几何参数的检测。日本和法国等国家则主要强调弓网动力学参数的测试，主要研究方向为非接触式检测。而朔黄铁路公司综合检测车里面的接触网检测系统采用的是德国 DB 公司的接触网检测设备，它集接触式检测和非接触式检测于一体，通过采集车辆运行时受电弓/接触网相对作用力、接触网位置、接触网结构等信息，从而评估接触网系统质量、
4、结构、动态特性等，并对接触网系统内的缺陷、伤损进行定位，从而指导设备管理单位进行维修。 2.数据准确 在朔黄铁路公司检测车上的接触网动态检测系统将以上两种高端检测技术的完美结合，完全检测接触网各类设备参数。接触线与受电弓直接接触。获得准确的动力学参数，对弓网接触状况做出最直接的判断。摄像机和辅助照明系统运用三角定位原理，以摄像机的角度定位接触线的几何位置，完成接触网几何参数的检测，在通过图像处理，精确显示各项测量参数。 3.效率高 随着公司的快速发展和运量持续增长，重载铁路大运量、大密度的运输，留给设备检修的时间十分有限。采用传统的“周期修”模式，必然导致设备失修。为利用好宝贵的天窗资源，必须
5、实行“状态修” 。而实施状态修，就必须全面掌握设备状态。为全面、及时、准确的掌握设备状态和设备质量变化的客观规律，公司创新研发了世界首列全专业重载铁路综合检测车，并集合各专业最尖端的检测技术于一身。朔黄重载铁路“动态检测、静态监控、综合分析、状态检修”的运营检修模式要真正落地，综合检测是其中重要一环，是状态检修的前提和基础，同时也是状态检修效果的最好评价手段。 人工检测一公里设备需要一两个小时，而动态检测一两个小时能检测一百多公里，而且检测数据通过计算机处理筛选出超限值，大大减轻了测量员的劳动强度，提高了工作效率。 四、目前检测状况 4.1 检测项目 朔黄铁路公司综合检测车接触网检测系统主要由
6、弓网动态性能参数检测、接触网几何结构检测、接触网运行状态视频监控，数据采集及后处理等系统构成。 主要检测项目包括：弓网接触力、导高、硬点及冲击、拉出值、接触线坡度、接触线磨耗、接触线间水平距离、接触线间垂直距离、网侧电压、跨中偏移、支柱点信息等。 （1）接触线动态拉出值 S：在定位点和曲线区段跨中的接触线相对于受电弓中心线的水平距离，单位为毫米（mm） ； （2）接触线动态高度 Hd：升弓的前提下接触线相对于轨道平面的垂直距离，单位为毫米（mm） ； Hd = Hc + H 式中： Hc 车体高度的测量值，单位为毫米（mm） ； H 升弓的前提下接触线距车顶的垂直距离，单位为毫米（mm） ；（
7、3）两相邻定位点的高差 HAsub：相邻两定位点间最大导高和最小导高的差值，单位为毫米（mm） ； HAsub = HAmax HAmin 式中： HAmax 相邻两定位点间最大导高，单位为毫米（mm） ； HAmin 相邻两定位点间最小导高，单位为毫米（mm） ； （4）弓网动态接触力 F：接触网和受电弓之间的相互作用力，单位为牛顿（N） ； F =（Fz1 + Fz2 + Fz3 + Fz4）+ mS/2*（az1 + az2 + az3 + az4） 式中： mS 附带传感器的弓头的归算质量，单位为千克（kg） ； Fz1、Fz2 、Fz3 、Fz4 弓头 1、2、3、4 号支撑所受到的
8、垂向作用力，单位为牛顿（N） ； az1 、az2 、az3 、az4 弓头 1、2、3、4 号支撑所受到的垂向加速度，单位为米/秒 2（m/s2） ； （5）硬点（垂向加速度）：受电弓弓头和接触网之间相互作用产生的垂直方向上的加速度值，单位为米/秒 2（m/s2） （6）持续时间 t：列车在某一区段检测过程所经历的时间长度，单位为秒（s） ； （7）里程 L：本车的接触网检测系统所用里程为接收的综合系统发布的里程信息。当接收出现故障时也可以自己采集。 列车在某一区段检测过程所经过的距离长度，单位为米（m） L = nd 其中， 式中： d 每个脉冲对应的列车运行距离，单位为米/每脉冲（m/P
9、） ； n 编码器输出总脉冲数，单位为脉冲数（P） ； N 编码器每转输出固定脉冲数，单位为脉冲数/转（P/转） ； D 车轮的直径，单位为米（m） ； （8）速度 V：本车的接触网检测系统所用速度为接收的综合系统发布的速度信息。当接收出现故障时也可以自己采集。 列车在单位时间经过的检测区段的距离长度，单位为米/秒（m/s） V = L/t （9）接触网运行状态视频监控： 通过车顶安装的视频监控摄像机，拍摄受电弓和接触线之间的相互作用和位置状态，监控受电弓运行环境，为联调联试提供参考。 4.2 检测原理 接触检测系统原理示意图见图 3-1 所示。受电弓弓头的两个滑板四个支撑点上各安装了一个压力
10、传感器和一个作为压力补偿的垂向加速度传感器（见图中 1） ，用来运行时实时测量受电弓和接触线之间的作用力；受电弓弓头上安装了两个加速度传感器，可以测量硬点（垂向加速度） ；受电弓下臂杆上安装了一个直线位移传感器，随着受电弓的升高和降低，传感器的内杆相应拉出和缩回，同时改变了其内部滑动电阻值，通过检测电阻的分压电压即可算出受电弓在其基准平面的变化。 图 3-1 受电弓接触测量原理示意图 非接触检测系统测量基于三角测量的原理，并且使用安装在基线上的四个高分辨率行扫描摄像机进行。摄像机安装在抗扭光学轨道上，这种轨道可安装在各种车辆上。调节摄像机，使其视角与包含接触网的平面直角相切，并且包含整个测量区
11、域（图 3-2） 。接触线与四个摄像机站的角度可通过分析摄像机信号而计算。如果这些角度和测量系统基线长度均已知，标准三角法关系可用于计算（Y,Z）坐标框架内的接触线位置（参见图 3-2） 。 为获得接触网相对于钢轨上表面 的绝对位置，测量（Y,Z）框架内的位置数据必须转化为基于钢轨（Y,Z）框架内的坐标（参见图 3-2） 。进行这种坐标变换时，必须考虑车体的滚动。采用设计适宜的传感器记录滚动，并将数据传输给分析装置。 图 3-2：非接触检测接触线的测量原理 4.3 硬件概述 综合检测车接触网检测系统是在受电弓上安装相应传感器来检测相关参数，测点布置见图 3-3 所示。非接触检测见 3-4 所示
12、 图 3-3 受电弓接触测量测点布置图 图 3-4 非接触检测系统设备布置图 综合检测车接触网检测系统对接触网状态进行检测，最高运行速度400km/h。主要仪器设备如下所示： 表 3-1 主要仪器设备表 仪器名称 仪器量程 仪器或传感器精度 数量 通道 测试内容 高度电位计 5000 mm 7000 mm 10mm 1 5 动态导高 压力传感器 1 0-300N 5N 1 6 接触压力 1 压力传感器 2 1 7 接触压力 2 压力传感器 3 1 8 接触压力 3 压力传感器 4 1 9 接触压力 4 垂向加速度传感器 1 +/-100m/s2 1m/s2 1 10 垂向加速度 1 垂向加速度
13、传感器 2 1 11 垂向加速度 2 垂向加速度传感器 3 1 12 垂向加速度 3 垂向加速度传感器 4 1 13 垂向加速度 4 加速度传感器 +/-1000m/s2 10m/s2 2 14 硬点 垂直位移补偿单元 500mm 1mm 1 车体一侧垂直位移 垂直位移补偿单元 500mm 1mm 1 车体一侧垂直位移 水平位移补偿单元 500mm 1mm 1 车体水平位移 视频监控摄像机 1 弓网运行状态视频监控 非接触测量摄像机 3 采集接触线几何位置及磨耗 电压互感器 0-35kv 10v 1 接触网对地电位值 4.4 检测数据分析 检测数据分析分为两部分，一是在线分析，二为地面分析。在线分析主要是抓取危及行车安全的超限大值，确保行车安全。地面分析则将检测值与设计值进行对比，从而指导设备管理单位进行维修。 五、结束语 本文介绍了朔黄铁路公司综合检测车接触网检测系统检测技术，接触网动态检测的应用，为该公司接触网的安全运行提供了坚实保证，也大大推动了重载铁路综合检测的发展。
