接触网检测技术概论

铁科院机辆所韩通新接触网检测技术概论提纲第1章接触网概述第2章接触网检测技术的发展第3章接触网检测的分类第4章接触网检测的内容第5章影响接触网检测的关键因素第6章接触网检测的几项关键技术或条件第7章接触网检测技术和原理第8章接触网检测数据分析方法第9章接触网检测设备介绍第10章6C检测系统介绍第1章接触网概述1.1接触网的功能1.2接触网－受电弓系统受流特点1.3弓网受流系统的基本条件1.4接触网的基本组成牵引供电系统通过接触网和受电弓向运行的电力机车和动车组传递电能，接触网沿铁路架设，是向电力机车和动车组供电的装置；受电弓是安装在电力机车和动车组上从接触网上获取电能的装置。1.1接触网的功能•为列车输送电能•为列车受电弓提供滑行通道5机械运动：受电弓滑板沿接触线高速滑动摩擦过程受电弓上下振动受电弓横向摆动接触网振动，并形成行波沿导线向前传播电气状态变化：机车/动车组牵引大电流通过接触线和受电弓滑板接触面,电流发生剧烈变化发生弓网离线火花，对周围环境产生电磁干扰。1.2接触网－受电弓系统受流特点61.3弓网受流系统的基本条件保证功率传输的可靠性受流系统的运行安全性良好的受流质量保证受流系统的使用寿命减少对周围环境的影响71.4接触网的基本组成•架空接触网系统：承力索、接触线、回流线、防雷线、馈电线和加强线•基础、支持结构以及夹持、支撑、调整和绝缘接触线和其它带电体的部件•安装在线路接触网支持装置上的开关机构、监视和保护设备8第2章接触网检测技术的发展2.1国外主要国家接触网检测的重点2.2我国接触网检测技术的发展2.3接触网检测技术的发展趋势接触网检测技术随着电气化铁路的发展而产生，德国、日本、法国等世界铁路发达国家研制接触网检测装置起步较早，用于接触网检测和弓网受流性能评估。德国在二十世纪四十年代初研制了接触网参数的单项测量装置，二十世纪五十年代又研制了整车检测装置，在线路上进行包括受电弓空气动力学特性、接触网悬挂振动及受流性能等动态作用参数试验。2.1国外主要国家接触网检测的重点10法国、日本在这方面也做了大量的研究和试验，开发出一系列根据不同要求而设计的弓网动态作用参数检测车。二十世纪九十年代初，日本开发了集接触网检测、信号检测和无线电检测于一身的新型电气检测车。该车检测接触网的高度、拉出值、定位器坡度、离线、硬点、支柱号、跨距等参数。2007年4月3日，TGV，法国东部线，574.8km/h11德国接触网检测车主要检测高速情况下的弓网动态接触压力，以便对接触悬挂和受电弓两者之间的关系进行评判。各国弓网动态作用检测技术及对评判指标的选择各有侧重，如德国的检测车突出检测弓网间的接触压力，法国突出检测接触悬挂的动态弹性和弓网燃弧，日本则突出检测弓网离线、接触线磨耗。12我国接触网检测技术的发展也是随着电气化铁道的发展而发展的，经历以下阶段初期：研制接触网检测车，侧重于检测接触网拉出值、高度等参数。上世纪九十年代：研制自带动力的接触网检测车。2000年：车载弓网检测装置和综合检测车高铁时代：综合检测列车最近：6C系统13第3章接触网检测的分类3.1按检测方式分类3.2按动静态检测分类3.3按检测接触网的部位分类3.4按检测时期分类143.1按检测方式分类:（1）接触式检测：通过受电弓和传感器直接与接触网相接触的测量。如：1C中的测量参数大部分为接触式测量，硬点、弓网接触力、火花等。（2）非接触式检测：通过图像采集或其他光学设备对接触网进行的测量，这种测量方式不与接触网直接接触。如：4C测量、2C测量等。153.2按动静态检测分类:（1）静态检测：接触网在不受受电弓激励的状态下进行的测量。主要测量接触网的静态参数。（2）动态检测：在接触网和受电弓耦合运行状态下进行的接触网测量。此种方式主要检测接触网的动态参数和弓网受流参数。163.3按接触网检测位置分类:（1）接触悬挂：检测接触悬挂的参数和状态，此类参数直接与弓网运行安全相关。（2）腕臂结构：检测接触网腕臂结构的零部件和状态。（3）附加导线：（4）其他：173.4按检测时期分类:（1）施工验收检测：在接触网施工和施工验收、客运专线的联调联试阶段进行检测，用于接触网状态和参数调整及施工质量控制。（2）运营检测：在电气化线路运行时进行接触网参数检测，为接触网的维修提供技术依据，保证接触网处于良好的运行状态。18第4章接触网检测的内容4.1接触悬挂4.2腕臂结构4.3附加导线4.4外部环境194.1接触悬挂检测内容（1）接触网的几何参数接触线拉出值、接触线高度、接触线相互位置（锚段关节、线岔）、定位器坡度.（2）接触线平顺性参数接触线硬点、一跨内高度差、接触线坡度；这些参数反映了接触线的平顺性，包括短波不平顺和长波不平顺。20（3）弓网受流性能弓网接触力：一跨内最大接触力、最小接触力、平均接触力、标准差。离线（火花）性能：最大离线时间、离线率、离线次数。硬点（垂向加速度）：一跨内加速度最大值。接触线动态高度：一跨内最大高度、最低高度、一跨内接触线高差。（4）接触网的静弹性测量。（5）接触线抬升量（跨中、定位点、线岔和锚段关节处）21（6）接触悬挂零部件状态：吊弦线夹、定位线夹、吊弦、弹性吊索等（7）张力补偿器224.2腕臂结构的检测内容（1）腕臂结构中零部件的状态（2）定位拉线的状态（3）平腕臂、斜腕臂、定位管、防风支撑等杆件的位置和状态。（4）腕臂绝缘子的状态（5）隧道立柱和硬横跨立柱234.3附加导线的检测内容（1）AF线的状态（2）PW线的状态（3）回流线的状态。244.4外部环境检测内容（1）鸟窝（2）异物25第5章影响接触网检测的关键因素5.1高压和高空5.2电磁干扰5.3机械振动5.4高速运动检测265.1高空位置接触网的部件和线索均处于距轨面5米以上的高空位置，电压等级为25kV以上等级，人员不能直接接触，接触网的测量必须采用间接的测量方式。275.2电磁干扰（1）单相供电系统本身存在的电场和磁场不平衡。（2）弓网间的燃弧引起的电磁干扰问题尤为严重。（3）电力机车频繁操作开关引起的操作过电压（4）电磁谐振现象。285.3机械振动（1）接触网线索和零部件的振动，造成状态不稳定或测量误差增大。（2）车载接触网检测设备的振动，包括受电弓的振动和车体的振动，这些振动常常造成传感器损坏，仪器插板接触不良，从而造成检测故障。295.4高速运动检测车载检测设备，如1C、2C、3C等，为等速运行检测，（1）检测设备（传感器）适合高速运行条件（2）电磁兼容问题（3）定标定位问题30第6章接触网检测的几项关键技术或条件5.1电磁兼容问题5.2高压侧检测电源问题5.3测量信号的高低压侧传输问题5.4定标定位问题315.1测量装置及数据处理设备的电磁兼容问题所有测量传感器及测量装置都在强磁场和强电场下工作的，所以，所选测量传感器必须具有很强的抗干扰能力；信号处理电路必须作特殊设计，充分考虑电路的抗干扰能力；测量装置及信号传输线要有很好的屏蔽性能；数据处理系统的硬件和软件设计要作抗干扰处理，防止测量中计算机系统的死机问题。325.2高压侧的检测用电源问题测量中，25kV侧的传感器和信号变换装置需要电源，解决这一问题的方法是：（1)在高压侧安装蓄电池，采用换能器为蓄电池充电。动车组或电力机车车载弓网检测设备。(2)使用绝缘变压器，变比为220V/220V，将低压侧的电能送至高压侧。单节无动力接触网检测车采用。（3）太阳能板加蓄电池方案，用于接触网地面检测装置，如6C装置，测量振动、温度等装置。335.3测量信号的高低压隔离和传输问题接触网检测中，许多传感器是安装在受电弓上，属于25kv的高压侧，要将测量信号传送至检测车的低压侧，必须解决测量装置的高低压隔离问题和信号的传输问题。目前普遍采用光纤传输方式345.4检测数据的定标和定位问题接触网检测参数是以支柱号和公里标为横坐标来定位的，在测量中，必须时刻检查机车经过的支柱是否与计算机内存储的支柱号相对应，不一致时应立即修改，否则，所测数据是无效的。里程标定位方法：测速传感器累计加里程校核方法里程标校核方法：LKJ、GPS、电子射频标签支柱号定位方法：定位信号、预存支柱顺序号、支柱号自动识别、人工校对。35第7章接触网检测技术和原理介绍7.1接触线拉出值和高度检测7.2接触线高度接触式测量7.3弓网接触力测量7.4硬点测量7.5离线火花检测7.6接触导线抬升量的地面测试36接触网检测项目定义37接触网检测系统主要包括：（1）接触网几何参数前置处理部分、（2）弓网动态作用参数前置处理部分（3）供电参数前置处理部分、（4）视频处理部分、（5）火花信号处理部分、（6）检测数据采集处理部分、（7）检测数据波形显示部分、（8）检测数据集处理与处理部分，38[6]数据采集处理单元[8][7]火花传感器及处理单元火花数据处理计算机信号：全车同步定位系统公里标、速度[10]数据预处理计算机[11]数据波形显示计算机[12]数据集成处理计算机[9]弓网动态作用参数前置处理计算机[4]车顶加速度高电压地电位防护铠装光缆车顶双层屏蔽电源线[1]传感器：力、加速度传感器连接线接触压力传感器受电弓[3]激光位移传感器供电隔离变压器测量信号[2]传感器：加速度（硬点）导高数据处理计算机[4]电流传感器[5]车顶加速度传感器车载接触网检测系统架构39接触网检测系统电气系统示例图力F1、F2力F3、F4硬点a1支柱1支柱2信号放大、V/F、整形、E/O信号放大、V/F、整形、E/O信号整形、E/O信号O/E、整形、F/V、放大信号O/E、整形、F/V、放大信号O/E、整形高度信号整形火花探测速度信号受电弓运行图像数据采集处理系统显示打印存储40接触线拉出值和高度检测•拉出值:定位点处接触线距受电弓滑板中心的距离。直线区段：±250～300mm曲线区段：根据曲线半径、跨距和最大风速适当加大，保证跨中接触线及定位点在最大风速下均不超过距受电弓中心300mm。•接触线高度:接触线距轨面的高度。41便携式测量装置（1）测杆（2）接触网激光测量仪＋轨道尺42接触线拉出值和高度非接触检测之一线阵摄像机图像处理法线阵摄像机三角形测量法非接触测量方式43非接触式测量原理：利用线阵摄像机三角形测量技术实现。使用四台线阵摄像机，对接触线进行扑捉成像，根据接触线在各个摄像机的成像位置，计算出接触线的横向和竖向位置。线阵摄像机与普通摄像机的区别是它在一条线上成像。44线阵摄像机检测方法的特点：1）测量系统可同时测量拉出值、高度、接触线相互位置等参数；2）测量数值为接触线的静态参数；3）测量精度较高，分辨率达1－2mm；4）测量装置的环境适应性较差；5）数据分析量大，测量速度低。45接触线拉出值和高度非接触检测之二弓网图像处理法弓网图像分析测量法46拉出值接触式检测法采用受电弓弓头上安装方式，采用红外漫反射型光电开关此类光电开关结构紧凑，体积小、密封性能好，尤其是抗电磁干扰能力强。47拉出值接触式检测法`48拉出值接触式检测法工作原理:由光电开关发出来的调制红外光束，遇到被检测物体后，反射回来经开关同步接收，由电子开关电路驱动回路，检测到物体有或无。每一个光电开关对应滑板上一个固定距离，当接触线遮挡开关时，此开关输出信号，由此可知接触线距滑板中心的距离。本检测装置在受电弓的弓头上不同位置安装多个此类光电开关，接触线经过各个开关时，即被检知，从而测出拉出值。特点：抗干扰能力强，环境适应性好。由于要在受电弓的弓头上安装多个传感器，增加了弓头的重量，不适合高速受电弓使用。493.2接触线高度接触式测量角位移测量法采用角位移传感器，安装在受电弓下部框架与主轴相联，采用标定归算法通过角位移计算接触线的高度。特点：安装复杂，精度低。50激光测距法采用激光测距传感器，安装在受电弓下部，激光光束通过受电弓滑板处的反射板，反射后计算出接触线的动态高度。特点：精度高，使用简便。激光器受太阳光干扰几率大。3.2接触线高度接触式测量513.3弓网接触力测量传感器安装位置测力传感器安装示例