城市轨道交通接触网状态检测及健康管理系统研究

城市轨道交通接触网状态检测及健康管理系统研究

刘树强，钟钢，贾朝晖，姜瑞，王继飞，姜铁男 李明鹤

中车长春轨道客车股份有限公司， 吉林省长春市 130000

摘要：目前，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，城市建设在不断加快，接触网供电是城市轨道交通列车的一种重要供电方式，在接触网线供电制式的城轨线路中，良好的接触网悬挂状态和弓网受流性能是保证列车正常运行的基础条件。及时有效地对接触网状态进行检测并及时有效的采取维修措施，是保障列车安全运行的重要途经。本文结合现有的接触网检测技术，构建了一套完整的适用于城市轨道交通的接触网状态检测及基于检测数据的接触网故障预测与健康管理系统，并介绍了系统中各子系统的功能和原理。

关键词：接触网；受电弓；故障预测；健康管理

引言

当前，我国城市轨道交通进入快速发展时期，多个城市已开通或正在建设轨道交通线路，而线路的运行安全成为关键。牵引供电系统是轨道交通安全运行的基础，接触网是牵引供电系统的重要组成部分。接触网将电能由牵引变电所输送至列车位置，以驱动列车运行。接触网的运行状态直接影响城市轨道交通牵引供电系统运行安全和列车的受流质量。除此之外，接触网运行过程中，还应保证牵引功率传输的可靠性，保证系统的运行寿命，减少接触网运行过程对周边环境的影响。如何保障建设和日常运行中接触网运行状态良好成为轨道交通线路运行的关键要求。为此，应在线路建设和运营过程中对接触网开展定期检测。而随着相关传感技术和检测手段的不断发展，接触网的检测技术也在不断革新，检测效果逐渐提升。目前，已经有部分城市轨道交通线路采用新型接触网检测技术，并取得较好的检测效果。

1柔性接触网和刚性接触网相关对比

电力系统是城市轨道交通运行的动力源泉。并且电力系统在其中主要有三种接触形式为列车供电，分别是轨道接触式、接触网、一级跨轨道接触式。就目前我国大多数城市的轨道交通建设电力系统而言，供电接触方式主要是以接触网的形式供电。该种方式根据相关性能可以将其分为刚性接触网和柔性接触网为电力有轨列车供电。这两种供电接触方式在轨道交通行业当中得到了广泛的应用。就电力系统供电接触网而言，柔性接触网下锚方式有种形式，其中棘轮、弹簧补偿一级滑轮的下锚方式最为常用。柔性接触网相较于刚性接触网结构比较烦躁，其中所需要大量零部件。而且在抗拉扯力方面，该种方式的接触线要求的强度也是较高的。如果在运行过程中出现断线现象，将会对城市轨道交通运行造成严重不良的影响。

2城市轨道交通接触网状态检测及健康管理系统研究

2.1全方位检测技术

（1）智能化监测。接触网系统全方位检测采用了智能化监测设备，可以通过监测到受电弓、接触网相互作用性能，对二者关系优劣进行评估，并结合三维图像测量法得到高清录像以及燃弧监控系统，为受电弓、接触网检修提供数据参数。整个智能化系统采用自动通电运行功能，将所检测到数据信息存储到计算机硬盘中，并自动发布异常数据信息，根据用户实际要求定制4G网络传输信息，以文件形式存储到硬盘中。整个系统由受电弓高清录像与接触网动态导高测量、弓网电弧检测、定位系统、数据传输系统构成。（2）安全管理监测系统。在智能化系统基础上，全线车辆配备了受电弓运行安全监测管理系统，整个系统可以分为三类配置，包括高配、中配、低配。其中，高配是指受电弓运行安全监测管理系统；中配是受电弓与弓网运行关系监测系统；低配是弓网摄像监控系统。整个监测管理系统中包括车载设备、地面数据设备构成。车载设备可以采集、分析原始图像数据的核心，内部设置了车内处理单元、车顶采集单元、车底补偿单元（高配）；地面服务器是整个系统的数据核心，主要是对不同车次、线路对数据信息进行分别存储，也可以调出用作信息查询和对比分析。

2.2电化学腐蚀

由于地铁隧道内环境复杂，地铁隧道的施工一般是在地下进行的，地铁也是在地下运行的。地铁隧道顶部容易发生潮湿、污水渗水、漏水等现象，且这种现象较为普遍。当隧道顶部的污染滴落至接触网中，就容易汇流至接触线，造成接触线的腐蚀，在列车运营中，接触线都会通电，因接触线由不同材料组成，在电流的作用下，进而引发电化学腐蚀，进而导致定位线夹紧不足，发生接触线松动或托槽的现象。针对这种问题，可采用物理隔离的办法，将汇流排上方安装保护罩，使接触线与污水进行物理隔离，进而避免了污水与接触线的接触。除此之外，还可采用化学措施，开展化学融合、隔离，接触线应选择抗腐蚀性较强的材料，在接触线表面镀锡，以此降低接触线产生的电化学腐蚀现象。

2.3系统功能架构

弓网检测系统在功能上主要可以分为数据采集层、数据分析层和应用层三个层面。受电弓检测系统通过对检测的信息与设定的等级阈值进行综合比对分析，实现弓网的状态信息反馈及故障预警，并能以图像及数据报表的形式输出，用户能通过系统进行检测结果查询、统计、综合分析、打印、网络共享管理等。（1）数据采集功能。数据采集层综合燃弧检测技术、弓网温度检测技术、受电弓状态检测技术、接触网几何参数检测技术、定位技术等对牵引供电弓网的信息进行数据化采集，作为弓网检测子系统的输入条件。（2）数据处理层功能。通过对弓网检测的数据进行分析，对受电弓实时状态及状态趋势进行判断，处理层应具备自学习功能，保证系统有更高的可靠性，同时，考虑系统为实验室子系统，需具备离线信息输入的功能。（3）应用层功能。系统具备终端设备基本的操作功能，并实现系统报警、数据存储、可视化、统计、打印等功能。同时预留接口，实现与线路工程安全检测系统的信息共享。

3接触网检修模式的发展

当前，对设备检修一般有故障检修、计划检修和状态检修的区别。接触网状态的检修也是如此。一般故障检修是当被检修部分出现故障后，对被检修部分进行紧急维修，使其正常运行。但故障检修的方式通常是在被检修部件已经损坏，系统运行已经受到一定的影响情况下。特别是接触网这类核心设备，若出现故障状态，将对系统运行产生很大影响。故障检修已经无法有效适应关键核心设备的检修。计划检修可预先设定设备检修的内容与间隔时间，定期对设备进行例行检查和维修。相关设备的故障是有一定周期演化过程的，从良好状态逐渐劣化，然后带来设备故障。因此有计划的检修可以有效提前避免故障的发生。从故障预防的角度已经将检修节点提前，可以有效地消除设备的安全隐患，保证设备的运行。但计划检修方式也存在相应的问题，例如有可能出现检修不足或者检修过程的情况，导致检修质量差。

结语

本文主要对比分析了刚性和柔性的接触网技术性能，阐述了刚性接触网和柔性接触网的优缺点。针对刚性接触网常见故障类型，采用螺栓防松的方法防止螺栓松动，进行仿真优化弓网关系，提高施工工艺要求，减少接触线和受电弓的磨损，采用物理隔离和化学隔离等方法减少电化学腐蚀。针对柔性接触网常见故障类型，采用明确设备出厂的验收标准，定期对柔性接触网结构进行检查，及时检修等方法解决空间尺寸问题，采用贯通式刚柔过度方式确保刚柔过渡的平顺，加强对分段绝缘器验收管理。通过不断的优化接触网方案，及早发现接触网存在的安全隐患，能够更好的保障城市轨道交通列车平稳运行。

参考文献

[1]杜芳. 地铁机车建模及直流牵引供电系统故障分析[D].北京交通大学,2010.

[2]张莉明. 城市轨道交通直流供电系统故障定位的研究[D].上海交通大学,2012.

[3]牛景露. 城市轨道交通供电系统中接触网技术性能和常见故障分析[J]. 科技创新与应用,2019(07):143-144.

[4]柴段鲲. 城市轨道交通直流供电系统故障建模与保护仿真系统开发[D].北京交通大学,2017.

[5]张成光. 考虑多种维修模式的城市轨道交通关键设备维护检修技术研究[D].西南交通大学,2018.