车载弓网运行状态检测装置的研究

摘 要：我国电气化铁路因弓网事故造成的停电、停运等事故占到了总数的75%以上，随着铁路高速化的发展，对安全性要求的提高，防止弓网事故的发生变得更为重要。为防止弓网事故的发生，需要一套高效、准确、实时的弓网检测系统检测弓网的状态。

关键词：弓网安全监测；视频检测技术；车载；故障分析

中图分类号：F530.3 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-01-0180-01

一、技术背景及研究目标

电气化铁路是由电力机车牵引列车所行走的铁路，能源由电力牵引供电系统提供。和使用内燃、蒸汽机车牵引的铁路相比，具有技术经济上的优越性。它能大幅度提高运输能力，节约能源，降低运输成本，有利于保护环境，并能增加安全可靠程度。高速电气化铁路（high speed electric railway）是行车速度在200km/h～350 km/h的电气化铁路。由于其本身具有的载客量高、输送能力大、速度快、安全性好、正点率高、舒适方便、能源消耗低、环境影响轻、经济效益好等显著优点，受到了世界各国的广泛重视。高速铁路的接触网的悬挂方式也与普通铁路不同，来保证高速动车组的接触稳定和耐久性。车载弓网运行状态检测装置的研究目标，是实现无需人为干预，在全天候（昼、夜、风、雨、雪、雾）的条件下自动完成参数检测和在车上转存。能对弓网运行状态进行高清视频录像和实时观看，录像资料中能叠加里程标数据。能定量测量弓网的实时温度，捕捉异常温度值。主要弓网受流参数，包括：弓网离线火花、硬点等。

二、研究内容及实现方法

沿着铁路线的两旁，架设着一排支柱，上面悬挂着金属线，即为接触网，它也可以被看作是电气化铁路的动脉。电力机车利用车顶的受电弓从接触网获得电能，牵引列车运行。电力机车在滑动取流的过程中受到滑动、摩擦、热、电和化学等多种因素的影响。我国电气化铁路因弓网事故造成的停电、停运等事故占到了总数的75%以上，随着铁路高速化的发展，对安全性要求的提高，防止弓网事故的发生变得更为重要。

为防止弓网事故的发生，需要一套高效、准确、实时的弓网检测系统检测弓网的状态。对各类弓网故障及各种检测技术进行分析对比，总结提出了这种新的弓网检测办法。该装置主要由车载设备部分和地面数据分析部分组成。采用非接触式的检测方法，实时提供弓网运行状态高清视频信息，自动检测弓网温度等物理参数，实现电气化铁路弓网状态的动态检测功能，为弓网的动态复核和日常维护提供科学依据。车载装置部分由5个部分组成，包括车顶数据采集设备、车内显示设备、控制设备、电源、和连接传输线路。该方案中，两节车厢的摄像机及夜间补光灯和热成像仪都位于车厢顶部，两端司机室各部署一台液晶显示器。在火车B节车厢中部署一台监控主机，通过B节车厢蓄电池供110V电源，通过传输线缆连接车厢各设备，两节车厢间利用重连线相接。最终通过监控主机将数据输出到两司机室的液晶显示器上显示。根据已确定的安装位置进行安装，安装时要注意线路的接法，每个设备在安装之前一定要先搞清楚线路接法。摄像机、热成像仪、夜间补光灯 在满足监视目标现场范围要求的条件下，摄像机、热成像仪、夜间补光灯及其配套装置，如镜头、防护罩、支架等，安装应牢固，必要时须用钢丝套索固定；在强电磁干扰环境下，摄像头安装应与地绝缘隔离。线缆外露部分用软管保护，开孔处应用泡沫胶填充。液晶显示器安装在司机室，由于需要利用面板按键操作，所以液晶显示器应安装在司机可视范围内，并且方便操作的位置；液晶显示器利用6颗螺丝固定。监控主机 采用车载110V电源供电，由主机提供液晶显示器、热成像仪、摄像头的12V电源。系统结构如图1所示。

图1

三、技术特点及指标

采用成熟、先进技术，保证系统在一定的时期内保持稳定，不会因技术的淘汰而无法继续推广使用。电力机车的电磁环境恶劣，该设备是为保证行车安全而研制的，因此系统的可靠性及稳定性必须作为首要考虑的原则，所用设备根据电力机车环境定制，做到高可靠性、高安全性、达到工业级标准，以保证系统运行的稳定性。系统选用了嵌入式操作系统，体积小、稳定性高，不易被病毒侵害，且安装简便、灵活、快捷，使用方便，免维护，工作稳定可靠，保证了系统运行的稳定性。采用固态硬盘可以在车载环境中避免行车颠簸、车身震动等情况给设备带来的强烈外部冲击，这些冲击会使硬盘的磁头发生振动，并与盘片发生拍击，产生致命的微小碎屑，最终导致硬盘的损坏。采用了航空插头作为视频信号、音频信号、摄像机电源的接口，在车载振动环境中不易脱落，大大的保障了车载环境下系统的稳定。

主要技术指标：1）检测范围：受电弓工作状态，车顶图像，包括接触网状态，能有效检测机车受电弓滑板条丢失、受电弓倾斜、受电弓无法升起等故障。2）采用高速CCD相机，支持1080P/30帧，采用高清无压缩HD-SDI传输。3）采用高清工业镜头、偏振镜等消除图像曝光过度或不足等现象。4）主机支持2-4路1080P高清视频监控，录像存储、检索。5）支持图像缩放：在解码显示时，可以对受电弓滑板等进行全屏放大显示，司机可以在小图像和全屏图像之间进行切换。6）TAX数据存储：把公里标数据叠加在录像视频上，并按一定的索引格式存储，便于今后的检索。7）专用的车顶摄像机护罩：专用的车顶摄像机护罩，把LED补光、摄像机集成在护罩内，便于今后的安装维护。8）抗恶劣环境：支持IP66以上防护设计、抗电磁干扰和防震设计。9）良好的扩展性：预留外部数据和告警信息输入。

四、结束语

该装置研制成功后，能够广泛应用在电力机车上。在机车运行过程中，无需人为干预，全天候自动完成参数检测和数据的采集，在接触网发生故障时，能够帮助随车机械师进行事故原因分析，有效缩短事故分析处理的时间，为铁路安全运输秩序提供了保障。通过分析积累的采集数据，能够找出接触网故障发生的一定规律，起到预警作用，为接触网的维护和调整提供科学依据，做到节约成本、降低支出，推广应用前景非常广阔。

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