高速接触网检测技术.ppt

1、2020/9/24,第十一章 高速接触网检测技术,列车高速运行中,检测接触网自身结构及受流系统的各项机械和电气参数,是借以评接触悬挂和受电弓的性能以及接触网工程和运营质量的重要手段。,2020/9/24,在评价接触悬挂受流性能优劣与否时，一般要进行以下几个方面的静特性和动特性测试： （1）接触线的高度，包括轨面以上接触线的高度变化曲线； （2）在运行中接触悬挂的弹性性能及受电弓的实际运行轨迹； （3）沿跨距内接触线和受电弓间的接触压力； （4）接触悬挂受电弓振动系统的最大振幅； （5）受电弓在高速运行中沿铅垂方向及顺线路方向的振动及冲击值； （6）接触悬挂和受电弓的接触状态，即离线次数及离线燃

2、弧的持续时间； （7）受电弓的静态特性和动态特性（在动态特性中包括抬升力和空气动力的测量）。,2020/9/24,除此之外，为保证受电弓的均匀磨耗、安全运行和维护的需要，还应测量出以下若干项目： （1）接触线拉出值及偏移值，包括拉出值的超限值及极限值； （2）在线岔始触区两组接触线的高差； （3）在锚段关节及道岔处接触线的相对位置； （4）在定位点处定位管的侧斜度； （5）接触线的磨耗（包括剩余直径的平均值，磨耗允许的限界值以及特殊区段的偏磨等）； （6）特殊硬点测量（区分绝缘器等）； （7）在流过最大持续电流时接触线的温升； （8）在紧密运行状态下馈电区首末端接触网的电压水平等。,2020/

3、9/24,接触网参数检测分为三种类型： 几何参数:拉出值、导线高度、跨距等。 弓网关系参数：接触压力、硬点等。 辅助参数：速度、定位点、温度等。,2020/9/24,11.1 检测系统的组成,信号检测系统 1) 功能性检测: 空气动力,接触压力,受电弓铅垂方向的最大振幅(冲击),受电弓运行轨迹几离线状态等 2) 状态性检测: 接触压力,离线状态,导线磨损,网压状态,接触线高度,拉出值,线岔设置以及定位管坡度. 3) 工程性检测: 接触线高度,拉出值,定位管坡度,悬挂硬点,导线接头质量以及线岔始触区两接触线高度等。,2020/9/24,信号隔离与传递系统 隔离技术三种方式: 1) 隔离变压器方式

4、 2) 三线电发送,接受方式 3) 光通信方式 数据采集系统 1) 数字量采集 2) 开关量采集 3) 模拟量采集 接口系统 数据处理装置 数据处理、显示和终端,11.1 检测系统的组成,2020/9/24,测距仪,脉冲 发生器,远端 控制,远端显示,测试数据接口,测试数据计算 与供电,切换,数据还原器,多机处理系统,b,检测车中的测量设备,Height,FZ3,Fx3,FZ4,Fx4,aZ1,aZ4,aZ3,aZ2,脉冲 发生器,受电弓上的测量设备,2020/9/24,11.2 检测项目及原理,接触线拉出值(Put out Value)的检测 接触线高度(Contract wire heig

5、ht )的测量 定位管坡度的检测(Grudient of location tube ) 接触压力检测 (contract force ) 接触线磨损(Catenary wire wear ) 检测,2020/9/24,动态检测原理框图,检测受电弓传感器,数据采集处理装置,光线传送器,光线接受器,信号处理器,数据处理计算机,数据分析计算机,变压器,电源,2020/9/24,一、接触线拉出值（pull out value）的检测,接触线拉出值检测的方法是在模拟受电弓滑板上安装电子接近检测器（电磁式、光电式或光纤式）实现的。如下图所示。,2020/9/24,一、接触线拉出值（pull out va

6、lue）的检测,接近检测器是使接触导线不与其直接接触，而是利用涡流的电磁感应（或光敏感应）原理实现位置检测，其感应原理如下图所示。,图：感应式接近传感器装置原理图,2020/9/24,二、接触高度（contact wire height）的测量,目前，接触线高度的检测较广泛地采用角位移传感器。角位移传感器的基本原理是应用电应变原理，将角度变化的机械量（旋转角度）线性地转换为与之相对应的电气量（电压或电流），以便输出，作为检测的依据。 例如，将角位移传感器安装于受电弓的主轴上，或安装于与主轴相连的四连杆上，随着主轴的转动，即可直接获得测量信号。应该指出，若安装于主轴上，传感器是带高压电的，因此它

7、必须经过能进行光电变换高低电压的隔离回路，这种回路必须考虑信号的衰减和复原。如果角位移传感器安装于由主轴带动的绝缘连杆（类似于四连杆结构）上，就非常简单了。但也有缺点，即机械的转动及同步会影响其精度，在具体实现时要考虑这些实际问题。,2020/9/24,三、定位管坡度（gradient of location tube）的检测,为了避免在受电弓通过定位器时因抬起接触线造成受电弓滑板撞击定位器，其连接定位器的定位管是以1/10（或1/6）的坡度来安装的。 检测定位管安装坡度的方法是在距受电弓中心一定距离的地方（一般为550600mm）安装触针式检测器，以检测定位管的动态状态下的坡度（固有）。,2

8、020/9/24,三、定位管坡度（gradient of location tube）的检测,触针式检测器存在两个问题：其一，在运行中定位管打到触针的位置不同，如打到5mm的位置或10mm的位置，甚至30mm的位置时，其输出结果是相同的，所以，这只是一种定性的检测，无法检测定位管坡度的精确数值。其二，触针不能适应在高速下检测，如触针刚度过高，会被定位管打断；如触针柔性过大，会被定位管打弯，就会失去效用。,2020/9/24,三、定位管坡度（gradient of location tube）的检测,采用激光技术检测定位管坡度,同时，根据对拉出值的检测，又可以知道该点的拉出值，因而，可以计算出定

9、位管的坡度值，其算式为：,2020/9/24,四、线岔（contact wire cross）检测,在道岔处，出现两组甚至两组以上的接触悬挂的交叉。在悬挂交叉过程中，受电弓在通过道岔时，当由一股道在向岔尖方向通过时，必须先接触另一组悬挂。在刚接触另一组悬挂时，往往会因为两组悬挂交角太小或其它原因，在一组悬挂被抬高后，另一组悬挂不能相应抬高，而造成钻弓。,2020/9/24,四、线岔（contact wire cross）检测,所以，必须经常检测线岔处受电弓对另一组接触线的始触状态（在始触点处两组接触线是否等高）。检测目的是防止钻弓。检测方法是在受电弓两端肩部各安设23个检测器。如果为了提高检测

10、精度，可以在受电弓两肩部划分较多的区域，即安装数量较多的检测器。当在受电弓通过始触区时，若第一个检测器出现信号时，说明在极限范围内，当三个检测器动作时，说明超过标准，必须立即调整。,2020/9/24,五、离线（deviation wire）检测,发生离线时有如下特征： （1）机车受电弓在牵引状态下离线时会产生电弧，发出强烈的紫外线光； （2）离线时伴有高频电磁波产生； （3）测量用受电弓（不取流的受电弓）离线时产生火花，火花电流变化陡峭。 （4）测量用受电弓离线时，受电弓与接触线间的电阻变大。 固然利用上述四种特征都检测出离线信号，但分析以上四种特征，选择哪一种作为离线的依据好呢？这里有一个

11、条件和准确度的问题。,2020/9/24,五、离线（deviation wire）检测,发生离线时有如下特征： （1）机车受电弓在牵引状态下离线时会产生电弧，发出强烈的紫外线光； （2）离线时伴有高频电磁波产生； （3）测量用受电弓（不取流的受电弓）离线时产生火花，火花电流变化陡峭。 （4）测量用受电弓离线时，受电弓与接触线间的电阻变大。 固然利用上述四种特征都检测出离线信号，但分析以上四种特征，选择哪一种作为离线的依据好呢？这里有一个条件和准确度的问题。,2020/9/24,五、离线（deviation wire）检测,在利用第一种特征作为测量的依据时，就必须把测量设备装在机车上，而接触网其

12、他参数的测量设备是装在试验车上的，这就不便于同时集中记录各项参数。若利用第二种特征作为测量的条件时，就必须试制选择性极高，防干扰能力特强的接收装置，一是难度较高，二是效果不一定好。利用第三种特征作为测量的依据时，则存在一个严重的问题，就是当机车在惰行（即不取流）中离线时也有高频火花产生。利用火花电流变化陡峭的第三种特征制造的装置，不能有效地防止来自机车的干扰，且在接触网无电时又不能测量。因此，这里介绍的我国研制的JLY-1型离线检测装置是利用第四种特征，即利用离线时受电弓与接触导线间电阻变大的基本原理，来实现离线的测量。,2020/9/24,五、离线（deviation wire）检测,从图C

13、的等值电路可以知道，当受电弓与接触线接触时，由CG受电弓CD构成的支路与检测装置J并联。由于此支路的US的阻抗很小，就旁路了流入J中的电流，使J中的电流很小。在离线时，CG受电弓CD支路中的阻抗变大，US产生的电流大部分流入J中。且此时产生的高频火花电流（亦可看成一个信号源US/）也通过CG、J和CD构成的回路，使J中电流增大，明显地区别了“接触”和“离线”两种不同的状态。,2020/9/24,六、悬挂硬点（place of calenary stiffenss）的检测,接触悬挂的硬点，是接触悬挂不均质状态的统称。接触悬挂的一个重要指标就是弹性均匀。如果在接触悬挂或接触线上的某些部分，如在跨距

14、两端的定位点处弹性变差或有附加重量时，在列车高速运行情况下，这些部位都会出现不正常升高（或降低），甚至出现撞弓、碰弓现象，也就是说在这些部位会出现力、位置、速度或加速度的突然变化。形成这种客观现象的本征状态，称为硬点。,2020/9/24,六、悬挂硬点（place of calenary stiffenss）的检测,硬点是一种结构的本征缺欠，并且是相对的。越是高速时，表现越明显。硬点是一种有害的物理现象，它会加快导线和受电弓滑板的异常磨耗和撞击性损害。同时，破坏弓线间的正常接触和受流，常在这些部位造成火花或拉弧。所以，对于高速电气化铁道接触网，其硬点的检测是十分重要的。,2020/9/24,六

15、、悬挂硬点（place of calenary stiffenss）的检测,摆动 多数是由于线路方面的激振源引起的，它对弓线接触及受流状态影响不大，所以一般不强调检测。但是，摆动量过大会造成超限，也会出现事故。 振动 除了有线路方向的原因以外，主要是由接触悬挂的不均质状态引起的，特别是高速运行时，振动量值的大小可以直接反映接触悬挂的质量及受流情况，是要检测的主要参数。 冲击 除了受接触悬挂的不均质状态影响以外，主要是由于接触悬挂的非正常工作状态引起的，如分段绝缘器及中心锚结的安装达不到技术要求，接触线不平顺，吊弦线夹、电连接线夹倾斜以及定位管坡度偏小等原因造成的。严重的冲击现象不仅破坏正常受流

16、，而且是造成打弓及设备破坏的重要原因，应该说，它是检测的重要参数。,2020/9/24,六、悬挂硬点（place of calenary stiffenss）的检测,对于同样的隐患点、故障点，随着列车运行速度的不同，所造成的后果及造成的危害不同，运行速度越高，产生的冲击量值越大，损害也越大。至于加速度量值g与运行速度v的关系，我国没有进行这方面的试验，没有定论。但从理论分析可知，对于相同的硬点。其加速度量值与速度的增加成平方关系。 目前对于接触线硬点的检测是采用在模拟受电弓上安装加速度传感器，一般选用二维的，只检测振动和冲击两个参数。根据运行速度不同，在硬点处所呈现的垂直加速不同，传感器可以检

17、测0200g的加速度值。,2020/9/24,七、接触压力（contact force）的检测,受电弓和接触线在工作状态下是一个共生体，只有它们相互接触和作用时才能完成电力机车从接触网获取电能的目标。在受电弓和接触线的接触中，其压力过大，会增加受电弓和接触线的异常磨损，缩短其使用寿命；其压力过小，会使它们之间接触不良，使供电时断时续，甚至引起火花或电弧，以致烧损接触线。 在高速接触网的运行过程中，要经常了解接触悬挂的工作状态，以保持良好、安全运行，所以经常检测受电弓和接触线的接触压力是十分必要的。无论是德国、法国或日本，对于这项工作都非常重视。,2020/9/24,七、接触压力（contact

18、 force）的检测,受电弓和接触线在工作状态下是一个共生体，只有它们相互接触和作用时才能完成电力机车从接触网获取电能的目标。在受电弓和接触线的接触中，其压力过大，会增加受电弓和接触线的异常磨损，缩短其使用寿命；其压力过小，会使它们之间接触不良，使供电时断时续，甚至引起火花或电弧，以致烧损接触线。 在高速接触网的运行过程中，要经常了解接触悬挂的工作状态，以保持良好、安全运行，所以经常检测受电弓和接触线的接触压力是十分必要的。无论是德国、法国或日本，对于这项工作都非常重视。,2020/9/24,七、接触压力（contact force）的检测,1、接触压力的检测方法 实现弓线间接触压力的检测，是

19、在受电弓滑条下面，在受电弓托架的上面加装检测装置。考虑到接触线在受电弓滑板上的不确定位置，一般是在其四个角上装设4个检测装置，如下图所示,2020/9/24,七、接触压力（contact force）的检测,图中表示的1、2、3、4的数字，就是检测装置的安装位置。在接触线压到滑条上以后，其1、2、3、4这4个检测装置都会动作，并感应出相应的量值。应该说，由于接触线压在滑条上的位置不同，4个检测装置感应出的量值是不同的。还有一个因素应该考虑，就是滑条、滑板及弓头自身的重量，也是必须要考虑的。也就是说，即使在无接触线压在滑板上的时候，检测装置的起始输出值也不为0。,在技术要求上，这4个检测装置的结

20、构、性能、灵敏度、误差及线性度都应该是相同的。,2020/9/24,七、接触压力（contact force）的检测,2、接触压力的检测原理 弓线接触压力的检测原理 如下图所示。,2020/9/24,七、接触压力（contact force）的检测,3、接触压力检测数据的处理,2020/9/24,七、接触压力（contact force）的检测,4、接触压力的评价 （1）综合状态评价 在高速接触网的运行中，接触压力大小不仅可以评价接触网的运行状态质量，而且可评价接触悬挂及受电弓的技术性能质量。,2020/9/24,七、接触压力（contact force）的检测,4、接触压力的评价 （2）隐患

21、点查找 为了保证良好受流，要求检测车经常查找接触悬挂的隐患点，就是要查找接触压力检测曲线的异常点。所谓异常点，就是压力曲线表现出来的异常形态，如出现过大的峰值，或出现极限谷值，或者不均匀程度特别明显，这些地方一定是隐患点或不良状态点，如下图所示。,2020/9/24,八、接触线磨耗（catenary wire wear）测定装置,2020/9/24,2020/9/24,2020/9/24,11.3 定位信息检测,目前世界各国所采用的定位信息有两种形式： 其一是公里标信息，每一公里或每100m给出一个信息，一般比较准确，但如果遇有长短链，就必须进行调整； 其二是支柱号码信息，对于电气化铁路，线路

22、两侧都设有接触网支柱，若给出某区间或某站区的支柱号码，那么这种定位信号就十分准确，而且方便、实用。,2020/9/24,11.3 定位信息检测,电气化铁路接触网支柱是有编号的，一般上行编号为递增，下行编号为递减。因此为了能够准确知道技术参数点在什么位置，就必须知道支柱号。支柱可以给检测数据提供准确的坐标位置信息，一般称为定位信号。定位信号除了支柱编号（简称杆号）以外，还有速度信号、里程信号，这此都是为提供坐标点和相对坐标参考点，或者为确定支柱编号提供依据的。,2020/9/24,11.3 定位信息检测,一、杆位（number of support）信号检测装置 检测杆位信号的方法总体上可分为三

23、种：数学处理法、存储法和光电感应法,（一）光电感应支柱指示器,光电感应支柱指示器是以光电感应器作为受感元件，将光电感应器装在试验车顶上或受电弓的两侧，受光面向上。试验车运行在接触网跨距中间时，光电感应器一直受光，当试验车经过支柱时，腕臂的阴影遮挡光电感应器，此时光电感应器通过电路的变换，最后以电压脉冲的形式给出信息信号。,2020/9/24,11.3 定位信息检测,（二）雷达杆位检测装置,在车顶上，受电弓的两侧各安装两个多普勒雷达探测器，两个雷达相背而装，目的是在两个方向都能灵敏地接收到信号，两个雷达组成“或门”电路。每一个雷达安装有两个探头，一个是发射装置，一个是接收装置。,2020/9/2

24、4,11.3 定位信息检测,（二）雷达杆位检测装置,在检测车开始运行以后，雷达发射装置发出探测微波，在微波遇到腕臂及定位装置时，就产生返回信息并被雷达接收装置接收，再经过相应转换电路进行变换，变成脉冲信息，中心计算机根据雷达传送过来的微波信息，再和计算机存储的跨距信息相比较，在误差处于规定范围内时，判定为杆位。,2020/9/24,11.3 定位信息检测,（二）雷达杆位检测装置,若接收到的信息经判定，不存在这样的跨距信息，就判定为是线路上的其他拉线或结构物形成的错误信息，为无效信息。在进行这些判断的同时，计算机仍不停地在检测运行速度和累计行程，准备在接收到下一次微波信息时，作为新一个跨距值的计

25、算值。雷达装置的优点是可以准确无误地检测到杆位，因雷达装置发出的微波一族喇叭状的射线，而不是一条射线，所以在遇到其他装置或杆件时（如下承桥的桁架结构等），也会给出类同的信息，甚至产生多杆现象。,2020/9/24,11.3 定位信息检测,（三）数学回归法,数学回归处理法是一种软、硬件相结合的方法。就是根据接触线拉出值的检出数据，用线性回归的方法找测量值与运行距离的关系，然后再去找回归直线的拐点，那么拐点所在的位置就是支柱所在的位置。,2020/9/24,11.3 定位信息检测,二、速度（speed）信号,接触网检测车一般是附挂在客车列车的尾部，为了知道检测状态，必须知道检测车的运行速度。因为检

26、测数据与检测车运行的速度有关，目前测定列车运行速度的方法是测定某车轴的转速。知道转速，再知道车轮直径，就可以换算出列车运行的速度。目前采用的转速传感器有四种：转角数字式传感器、光栅式传感器、磁栅式传感器及光电旋转编码器。,2020/9/24,11.4 接触网检测车的振动位移量补偿,接触网检测车在运行检测过程中会产生各种形式的振动，这种振动使车体将产生相对于线路中心线的水平位移和相对于轨面的垂直位移。为了精确地检测接触线定位点处的拉出值及悬挂点处的接触线高度值，就必须剔除由于列车振动而产生的铅垂方向及水平方向的位移量，这就称为补偿。,2020/9/24,11.4 接触网检测车的振动位移量补偿,1

27、、列车振动形式,一、车辆振动的形式及振动偏移,（1）沉浮振动。 （2）横摆振动。 （3）伸缩振动。 （4）摇头振动。 （5）仰伏振动。 （6）侧滚振动。,2020/9/24,11.5 接触网参数的非接触式检测,优点在于没有和受电弓及接触线接触，不会引起接触线的升高和振动，比较接近接触网静态状态。 进行接触线几何参数的检测。 非接触式检测，目前主要是指用摄像机采集图像后，用计算机进行分析、识别、推理和判断，排除不需要的客观景象，留取接触线的实际位置，然后通过数字化处理后，输出诸如接触线拉出值、高度以及相应的坐标位置杆位值等参数。,2020/9/24,11.5 接触网参数的非接触式检测,一、图像字

28、幕快速智能合成系统 二、接触网检测的图像模糊处理,2020/9/24,接触网受流性能地面测量装置,接触网受电弓系统受流性能测试是高速列车综合试验的一个重要部分，也是研究弓网受流技术的一个必不可少的手段。 本测量系统总体方案设计分为两部分：硬件总体设计和软件总体设计。 软件设计主要是完成数据采集、处理计算和结果输出等功能的软件。 硬件设计分为：传感器的选用，信号调理电路，电磁兼容原理，信号传输装置，数据采集装置。其工作原理图如下所示：,2020/9/24,高压侧 信号传输装置 数据采集处理设备,接触网受流性能地面测量装置,2020/9/24,WIRE CHECK-A2 激光测量系统,TECNOGAMMA开发的接触线几何及磨耗测量系统由一套安装在车辆顶部的检测箱和一套检测钢轨位置的补偿装置组成。 在车辆内部安装有系统的控制单元，用来进行数据处理以及操作界面。 Wire check-A2系统能够检测接触线的磨耗以及拉出值和导高，可以同时检测四条接触线。接触线检测系统及补偿装置均采用了光学三角原理。 接触线的几何位置，就是相对于滚动平面的垂直距离和相对于轨道中心线的水平位置，都是通过采集系统获得的数据并与