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1、西南交通大学电气工程学院接触网研究室,接触网参数检测技术,主要内容,1. 接触网参数检测的作用及内容,2. 接触网参数检测技术现状,3. 接触网参数检测技术的发展趋势,4. 接触网参数检测装备在客运专线中的应用规划,接触网参数检测的作用及内容,1.1 接触网参数检测的作用(1),无备用的接触网是电气化铁道重要供电设施，在高速情况下，任何的缺陷都可能造成供电设备或机车的严重破坏，并带来巨大损失,1.1 接触网参数检测的作用(2),运用各种技术手段对接触网各个部件的参数进行在线检测，对其工作状况进行评价,检测的方法,接触网检测的定义根据接触网设备可测得的和外部可辨认的特征求出并评价其状态,及时发现
2、接触网的缺陷，为接触网维护提供依据,1.1 接触网参数检测的作用(3),检测的目的,接触网检测不能代替接触网维修，但可以根据检测结果制定必要的维修措施，避免无效的维修措施,为弓网关系评价提供数据,接触网施工部门冷滑试验，为接触网调整提供依据,1.1 接触网参数检测的作用(4),对检测的要求,检测结果要与被测量真值相符，即误差要小,检测装置的接入不能影响被测量,测量装置要具有好的频率响应特性、高的灵敏度、快速响应能力,测量结果受非被测量的影响要小,测量装置要有好的复现性,应用的测量装置要有适合工作现场条件的能力,检测装置要安全可靠、容易维修和校准,1.2 接触网检测的内容(1),几何参数,受电弓
3、动态包络线接触线高度接触线高度变化率拉出值跨中最大偏移值锚段关节处两接触线水平距离、垂直距离线岔处受电弓始触区定位器坡度支柱侧面限界,接触网的几何位置以轨道平面为基准，检测设备为车载设备时，应对车辆的晃动给予补偿 受电弓的接触或风的影响对接触线的位置会有影响,1.2 接触网检测的内容(2),动态参数,弓线接触压力弓头垂直振动加速度弓头水平冲击加速度接触线抬升,接触线的状态以振动、声音、光等形态传递到受电弓上，受电弓成为可贵的诊断手段，可以说是接触网的听诊器,1.2 接触网检测的内容(3),辅助参数,车辆运行速度行走距离定位点气象条件,其它参数,接触线磨耗、探伤,电气参数,离线及离线率接触网电压
4、接触网温度,1.2 接触网检测的内容(4),几何参数,1.2 接触网检测的内容(5),电气参数,1.2 接触网检测的内容(6),动态参数,1.2 接触网检测的内容(7),辅助参数,1.2 接触网检测的内容(8),其它参数,2. 接触网参数检测技术的现状,2.1 德国接触网参数检测技术(1),弓网接触压力测量系统,2.1 德国接触网参数检测技术(2),2.1 德国接触网参数检测技术(3),受电弓上传感器的布置,2.1 德国接触网参数检测技术(4),测力传感器（内含加速度传感器）及其安装,2.1 德国接触网参数检测技术(5),根据测得的力计算测量结果,F1,F2,F4,F3,F1+F2,F3+F4
5、,x,ys,接触线位移,滑板的总质量,弓线接触压力,F1、F2、F3、F4分别为接触线作用到滑板上导致传感器内力的增加,2.1 德国接触网参数检测技术(6),测量空气动力分力对受电弓滑板的影响,Faero,Faero,滑板和弓头间力的测量单元,绳索张力测量单元,2.1 德国接触网参数检测技术(7),接触线高度测量传感器,2.1 德国接触网参数检测技术(8),传感器信号处理设备(安装在受电弓底座上),2.1 德国接触网参数检测技术(9),供电变压器(左)及光学数据传送器,2.1 德国接触网参数检测技术(10),2.1 德国接触网参数检测技术(11),测量结果的评价和评估,弓线接触压力测量结果符合
6、正态分布，引入统计标准：算术平均值Fm标准偏差极值（最大的接触压力值Fmax和最小的接触压力值Fmin）,68.3%的接触压力数值在Fm之间95.5%的接触压力数值在Fm2之间99.7%的接触压力数值在Fm3之间,2.1 德国接触网参数检测技术(12),测量结果的评价和评估,进一步改进受电弓设计，可有利于减少力的标准偏差值、抬升力的空气动力成分、平均接触压力和动态范围。这也相应地改进了受电弓的接触性能。重要的是：速度提高时，Fm-3的值不应接近于0,数值Fm3是动态接触压力范围的有效界限，还可以由接触电阻的上升和开始燃弧确定可接触受的动态接触压力最小值,在同样界限条件下得出的标准偏差用来比较弓
7、网设计性能，通过调整接触网和受电弓的设计参数优化运行性能,2.1 德国接触网参数检测技术(13),测量结果的评价和评估,特殊的接触压力极值很可能发生在限定范围之外，可将它们视为接触网的局部故障,接触压力的极值多发生在接触网不规则的地方，比如： 不均匀的抬升量； 接触线安装缺陷； 接触线的缺陷； 单一质量块（点负荷）,2.1 德国接触网参数检测技术(14),接触线几何参数及磨耗检测设备(CCD与聚光灯),2.1 德国接触网参数检测技术(15),1982年研制,只能夜间使用1996年改进,白天也可以使用2000年采用高分辨率摄像机，能测量接触线磨耗,检测接触线位置和厚度原理图,2.1 德国接触网参
8、数检测技术(16),检测接触线位置和厚度原理图,2.1 德国接触网参数检测技术(17),2.1 德国接触网参数检测技术(18),车体补偿设备,2.1 德国接触网参数检测技术(19),从上到下：接触线距受电弓中心位置、接触线高度、车辆摆动、接触线厚度,2.1 德国接触网参数检测装备(20),2.1 德国接触网参数检测装备(20),接触线,滑轮,绝缘线,传感器,接触线抬升固定测量设备,2.1 德国接触网参数检测装备(21),接触线的最大抬升与支持结构位置上受电弓的接触压力成正比，根据这一结论，可以得知受电弓的运行状况,Fcontact接触压力Fstatic气动的受电弓在速度为零时弓网间的接触力Fa
9、ero由于空气动力的作用增加的接触压力Fdynamic受电弓与接触网的相互作用产生的接触压力,2.1 德国接触网参数检测装备(22),对于列车某一运行速度，在测量的抬升量中任何增加或减少，均表明有干扰或受电弓缺陷。可能的原因为：,空气动力Faero过高或过低，由于： 风挡调节不当或损坏； 诸如受电弓板面倾斜引起的接触滑板间接磨损。静态接触压力Fstatic过高或过低，由于： 静态接触压力调节不当 由滑板引起的接触滑板质量有较大变化，例如：磨损超过允许极限。动态接触压力的动态分力Fdynami过高或过低，由于： 受电弓机械部件的缺欠，比如：调节器有缺欠； 由滑板引起的接触滑板质量有较大变化，例如
10、：磨损超过可接受极限 观察抬升可以成为对受电弓自动诊断的重要手段，可以有效地检测许多缺陷。这种检测不能确认缺陷的真正起因,2.2 韩国接触网参数检测技术(1),2.2 韩国接触网参数检测技术(2),激光扫描系统,2.2 韩国接触网参数检测技术(3),2.2 韩国接触网参数检测技术(4),2.3 意大利接触网参数检测技术(1),2.3 意大利接触网参数检测技术(2),Roger 1000K,2.3 意大利接触网参数检测技术(3),意大利公司的,2.3 意大利接触网参数检测技术(4),2.3 意大利接触网参数检测技术(5),MERMEC Positioning system for KTX tra
11、in in Korea at 320 km/h,Doctor Yellow,为了对各种设备进行检查、测试，在轨道、电力、信号、通信等方面支援新干线的运行，日本开发了最先进的新干线电气轨道综合检测车。“East i”取代了过去的检测车“Doctor Yellow”，从2002年10月开始正式投入使用。,2.4 日本接触网参数检测技术(1),1号车,2号车,3号车,4号车,5号车,6号车,架线相互间隔测定装置,架线相互间隔测定装置,检测用受电弓,检测项目触网线的高度及偏移量接触网线的磨耗对受电弓的打击架线的间隔及高低差架线电压及电流切换段的切换时间,2.4 日本接触网参数检测技术(2),接触网线磨
12、耗偏移量测量装置扫描频率：1500Hz（原来为500Hz）在时速275km/h时，可以约 在5cm间隔测定残存直径,Deviation,Width of sliding surface,Period detection,Reflected light,Interference filter,Rotary mirror,Laser,Lens,Mirror withcenter hole,Light sensing element,Lens,Mirror,Shutter,No.3 mirror,No.2 mirror,No.1 mirror,Period detection,Trolley lin
13、e,2.4 日本接触网参数检测技术(3),架线相互间隔测定装置对高度偏移量位置进行自动检测接触网线覆盖处渡线处绝缘子,contact wires,cameras,device of irradiation,2.4 日本接触网参数检测技术(4),硬点受电弓冲击检测装置加速度计方式从上下、前后方向进行检测起电回路检测装置切换无电压时间切换综合时间电车线电压电流其他接触网线高度测量装置接触网线滑磨面收录画像受电弓集电状态收录画像,集电状态图像,接触网线滑磨面图像,2.4 日本接触网参数检测技术(5),（2002年12月统计）,JR东日本公司的“新干线铁路网”,2.4 日本接触网参数检测技术(6),E
14、ast-i的运行,运行时间天运行一次。在东北上越长野的各条线区，每次运行天。山形秋田新干线区间，每个月运行一次。行走方式A：通过所有车站的本线。B：通过主要车站的停车线。C：通过所有车站的停车线预备线。,2.4 日本接触网参数检测技术(7),2.4 日本接触网参数检测技术(8),East-i业务流程,2.4 日本接触网参数检测技术(9),弓线接触力测量设备,2.4 日本接触网参数检测技术(10),电弧检出传感器及腕臂位置检出传感器（左）摄像机及电弧检出光缆（上）,2.4 日本接触网参数检测技术(11),接触线上抬量及变形检测设备（左）无线接收设备（右）,2.5 中国接触网参数检测技术(1),铁
15、路局级检测车 (沈阳局、北京局、南昌局、广铁集团、郑州局、兰州局、成都局、昆明局、太原局)供电段级检测车工区（领工区）级检测作业车便携式检测设备其他检测设备,2.5.1 铁路局级检测车(1),安装在专用车辆上（不带动力客车车体，或带动力车组）。主要用于铁路局主管部门对管内设备的宏观了解,左上图及上图为沈阳局天驰号综合检测车组外型和检测柜图，运行速度200km/h,2.5.1 铁路局级检测车(2),2.5.1 铁路局级检测车(3),2.5.1 铁路局级检测车(4),2.5.2 供电段级检测车(1),供电段级接触网检测车安装在轨道车辆上，供电段按月（季度）对管内设备进行巡视检测，以了解管内设备状况
16、，制定检修计划。同时还可以根据检测结果对管内工区（领工区）检修工作进行考核评比。上图为怀化供电段接触网检测车外形和检测间布置图（检测装置机柜安装在工作台下）,2.5.2 供电段级检测车(2),检测项目与铁路局级检测车相同,2.5.3 工区（领工区）级检测车(1),工区级检测车一般安装在接触网作业车上，用于日常维修作业过程中进行检测，不占用行车点。图为山海关供电分段检测作业车,工区级维修作业车检测项目相对较少，占用空间小，超作简便,2.5.3 工区（领工区）级检测车(2),带有检测设备的高空作业车,工区级维修作业车检测项目相对较少，占用空间小，超作简便,2.5.4 便携式检测设备(1),用于日常
17、检修和施工过程中进行测量绝缘杆、线坠、道尺、卷尺激光测距检测仪激光扫描仪,2.5.4 便携式检测设备(2),2.5.4 便携式检测装备(3),2.5.5 其它检测设备,安装在机车上，对弓网冲击、拉出值超限、接触线高度进行定量检测,拉出值传感器采用进口全金属接近传感器，体积小，重量轻，可靠性好,2.5.6 主要传感器(1),拉出值传感器采用光纤传感器，大大减少了检测弓头的重量；由于体积小，可以安装更紧密，增加测量分辨率,根据不同型号受电弓，定制称重传感器，用来测量弓网接触压力,2.5.6 主要传感器 (2),高度传感器采用输出格雷码的绝对位置编码器，减少了传输干扰，提高了测量精度,2.5.7 车
18、顶高压设备(1),将高压箱以及隔离变压器、电压互感器等设备安装在车顶，车内无高电压设备，增加了安全性，节省了车内空间，车内设备布置更加简洁,高压箱,隔离变压器,电压互感器,2.5.7 车顶高压设备(2),高压设备均布置在车顶,2.5.8 车内布置,用等离子电视机（液晶电视）、计算机液晶显示屏显示弓网图像和相关检测信息,检测工作台在不检测时可以作为会议桌用，组织召开现场分析会议,摄像机安装在车顶或观察窗内，将弓网动态接触的视频画面传入检测室内,2.5.9 弓网监视系统（1）,中心计算机将主要检测结果合成在弓网动态视频画面上，合成了检测结果的视频信号由大屏幕等离子电视播放电视机有多种用途,2.5.
19、9 弓网监视系统（2）,监视器,在司机驾驶台上能看到合成了主要检测结果的弓网视频画面。司机台上设置受电弓降弓控制开关,2.5.9 弓网监视系统（3）,2.5.9 弓网视频监控(4),弓网视频图像叠加当前检测的主要检测结果后，保存在计算机硬盘内，也可以刻录成DVD光盘,激光测量系统（LMS）,在一定的距离和角度范围内，循环发射激光束，当范围有物体时，激光反射回LMS表面， LMS根据光速及时间测量出物体距LMS距离。LMS扫描一个周期后，依顺序将结果数据通过以太网接口输出,在接触网检测车顶安装LMS，检测车运行时就可将接触网几何形状扫描出来，测量出拉出值、导高、双支导线高差、导线间距、线岔处始触
20、区等参数,2.5.10 激光扫描技术的应用(1),2.5.10 激光扫描技术的应用(2),3. 接触网参数检测技术发展趋势,3.1 新技术在接触网检测中的运用,和早期接触网检测技术相比，接触网检测技术已有较大的技术进步,多处理器技术以太网通信技术新型传感器及信号处理技术,3.1.1 多处理器技术,14,多处理器并行工作，提高了数据处理速度，保证了数据采集的实时性增加了系统可靠性，当某一模块故障时，不会影响系统其它部分正常工作,3.1.2 以太网通信技术,检测系统采用每隔一段距离记录一次检测结果的方式，以便准确记录下各项参数的波形检测系统采用波特率为1Mbps的CAN总线和10M/100M工业以
21、太网，满足了高速运行时数据采集的需要,3.1.3 3D机器视觉传感器(1),IVC-3D 200Height 200 mm ( 395 mm)Width 600 mm (440-810 mm)Height resolution 0.2 mm can be achievedWidth resolution 0.8-8 mm/pixel can be set,IVC-3D 50Height 50 mm ( 84 mm)Width 150 mm (135-180 mm)Height resolution 0.04 mm can be achievedWidth resolution 0.2-2 mm
22、/pixel can be set,3.1.3 3D机器视觉传感器(2),3.1.3 3D机器视觉传感器(3),差异？,3.1.3 3D机器视觉传感器(4),三维,3.1.3 3D机器视觉传感器(5),三维,3.1.3 3D机器视觉传感器(6),3.1.3 3D机器视觉传感器(7),3.1.3 3D机器视觉传感器(8),3.2 SIEMENS未来的接触网参数检测车(1),3.2 SIEMENS未来的接触网参数检测车(2),3.2 SIEMENS未来的接触网参数检测车(3),3.2 SIEMENS未来的接触网参数检测车(4),3.3 适应列车运行速度越来越高的要求,3.4 加强对弓网关系参数的检
23、测,不仅检测接触网线索空间位置参数，弓网接触压力、弓网冲击、受电弓的高度变化、接触网弹性、受电弓动态包络线等反映弓网运行状况的参数成为接触网参数检测的重要部分,要求检测车能高速运行，能模拟电力机车运行时弓网工况要求提高检测装置的数据传输和处理速度，准确记录和分析各项检测参数,随着作业自动化水平的不断提高，电气化铁路的施工、管理、维修部门都需要接触网检测设备，对接触网施工质量、运营质量进行评判，并为日常维护提供依据,3.5 检测装备的多样化,3.6 检测精度能满足需要,高速电气化铁路对导线高度变化、接触网弹性变化等要求非常严格，因此接触网检测设备应能满足相应的精度要求,检测设备的工作性能稳定可靠
24、，尽可能不维护、少维护检测设备尽可能采用标准化产品，方便更换、升级检测设备的操作应符合人体工程学的需要尽可能少的操作培训,3.7 检测装备的免维护、少维护、标准化及人性化设计,3.8 检测装备能为用户培养人才提供平台,装备管理人员对检测技术消化、吸收，理解并掌握接触网理论及弓网关系理论，实现检测装备的发展及再创新,4. 接触网参数检测装备在客运专线中的应用规划,4.1 接触网静态试验,安装在维修车上的光学测量系统，用于静态几何尺寸及弹性检查接触线的高度拉出值接触线坡度 受电弓动态包络线定位器坡度静态弹性,4.2 接触网低速动态试验,安装在维修车上的光学测量系统，用于几何空间位置检查接触线的高度
25、拉出值接触线高度变化率,安装在维修车上的接触压力测量系统，用于弹性不均匀度检查弓网接触压力接触网弹性,4.3 接触网高速动态试验,采用特殊的测量系统测量接触压力和接触线动态几何位置接触线的动态空间位置弓网接触压力定位器抬升,接触压力算术平均值曲线,4.4 接触网高速动态试验专用设备,检测车 优点：测量设施齐全，测量便利，与其它专业无交叉 缺点：牵引动力无法解决，检测速度受车辆运行速度制约,存在双弓问题,动车组 优点：测量结果能充分体现弓网关系的实际情况，节省了专用车辆 缺点：测量设备需安装在动车组上，对安装要求高，如果是永久安装，设备的使用与维护间存在专业交叉，不同线路动车组均需安装,建议：采用便携式测量设备，接触网部门管理，临时安装，用后拆除。（对动车组影响能降至最低）,4.5 接触网参数检测结果的管理,检测结果进入接触网信息管理系统,结束语,衷心感谢各位长期的关心和支持!希望通过共同努力，实现中国接触网参数检测装备现代化！,谢谢大家!,
