电气化铁路接触网巡检系统
电气化铁路接触网巡检系统
摘要：在电气化铁路中，接触网是主要设备之一，为提高接触网运营管理效率，实现接触网设备、检修、巡检等信息化管理，综合利用软件工程、数据库等技术，研究和实现接触网巡检信息管理系统，实现包括人员管理、设备巡检、规范化缺陷描述、记录数据管理、检索、报表生成等全部工作的自动化、信息化、数字化管理，提高工作效率和质量，降低运营成本，缩短故障处理时间，避免事故的发生，有效监督巡检员的工作，通过记录巡检时间，保证巡检员的工作“准时到位”。此外还简化了接触网运行检修过程中各类数据采集录入产生的重复性工作，避免了人工进行数据汇总可能造成的错误，节约远程数据上报带来的时间浪费和经济开支，缩短了数据上报的周期，并能够对整体设备及单项设备进行自动统计分析，一方面准确地反映高速接触网的运行状态，给出质量的综合评价，为接触网的调整和维修提供科学依据，提高接触网运行监测的质量和效率；另一方面也能为高速接触网的受流分析与弓网系统的优化设计提供实验数据和参考。
关键词: 接触网 巡检系统
引 言
接触网是电气化铁道的重要组成部分，其状态直接关系到铁路区间能否正常运营。为了确保电力机车牵引列车安全行驶，就应严格保护接触网的技术状态。本文探讨了以接触网工为单兵主体，结合工区、领工区以及站段调度室(技术室)组成的巡检系统。
1 国内外研究状况 1．1国外研究状况
国外的电气化维修部门一直在寻求一种可以摆脱检测车和传统工具作业的接触网巡视检测方式，也就是能够使接触网工人在单兵作业的情况下就能完成对区间接触网状态的巡视检测工作。目前爱尔兰的Suparule公司设计的Railway Overhead Measurement(ROM)，通过超声波测距的原理，能够对接触网的拉出值以及导线高度等参数进行测量，不过由于超声波测量的精度不高，所以测量数据的误差都比较高，例如：拉出值的误差为10mm，导线高度的误差也有5mm。另外一种测量方式是利用激光束的定位与测距，德国西门子公司AE的传输系统电气化部门和喜利德公司联合开发了接触网高度和拉出值激光测量系统(PD22Laser Height and Stagger System)，系统采用了激光定位和测距后，把测量误差减少到拉出值测量误差为5ram，导线高度测量误差为2ram。以上两种系统在英国等欧洲国家已经开始推广使用，但是这两种系统对接触网的参数测量依然有限，仅仅局限于拉出值和导线高度的测量，对于其它参数还只能依靠传统的测量方法。同时对测量数据的处理ROM只能简单存储200条记录，而PD22Laser Heightand Stagger System还需要传统记录，这些同样限制了接触网工人的工作效率。
1．2 国内研究状况
在国内，山东省科学院激光所利用激光定位和测距的原理，开发出“DJJ多功能激光接触网检测仪”，该仪器采用可见红光半导体激光器作为光源，利用激光测距技术对接触网的导高、拉出值、定位器坡度，红线、锚段关节、线岔、轨距、外轨超高等十余项参数进行非接触快速测量。不过该仪器同样也只能对部分接触网参数进行测量，而且数据处理依然靠传统的记录。
从总体上来讲，国内外目前研究开发的接触网单兵巡视检测系统还处于对接触网测量仪器的开发和改进上，利用超声波以及激光等技术替换部分传统测量工具。但由于测量的数据不完全，测量的数据一般还集中在接触网的几何参数上，还有部分数据依然需要检测车或者多个接触网工利用传统检测工具或者方式进行，而且采集的数据处理不能及时地进行传送，这些都成为了单兵巡视检测效率提高的瓶颈问题。
2 研究的意义
目前接触网状态巡视检测工作依靠大型的检测设备(接触网检测车)或者是接触网工的巡检工作组。而使用接触网检测车或者接触网工上网检测都会因为占用区间或者停电作业，而影响列车的正常行驶。而且对于大多数数据检测还是接触式检测，检测本身也对被检测的构件造成影响。为了实现在不影响正常铁路运营的情况下对接触网状态进行无损非接触检测，提出了接触网状态单兵巡检系统，系统的最小构成单位为每个作业小组中的接触网工每个处于系统中的接触网工，可以通过系统提供的检测工具对接触网进行全参数检测，检测的数据可以通过网络直接从现场传输到工区以及上级调度室或者技术部门，进行数据的后期处理以及分析。当发生检测参数超限，或者出现事故隐患时，上级部门在接收到检测数据的同时可以从预设专家系统中对现场的接触网工提出解决方案，作业小组就能在现场实现及时消缺。
接触网状态单兵巡检系统的提出是建立在设计出针对接触网进行全参数无损非接触带电检测工具，以及信息交互网络的基础上的，把分布在各个工区的每个接触网工组成了一个有机整体，一个接触网工就能测量出以前需要检测车或者其它大型设备参与才能测量出的接触网参数，实现了数据的实时交换。目前各铁路供电段的信息化建设是从上而下，主要是把以前的纸笔办公转换为无纸办公，而低层各工区的巡检方式依然没有发生质的改变。接触网状态单兵巡检系统从下而上地实现了铁路供电段的信息化，用低层的巡视检测数据构建了信息化平台，使段机关中的调度室可以清楚地知道几百公里以外正在野外现场进行巡视检测作业的接触网工情况，以及各种接触网状态参数。
3 研究的内容
3．1无损检测的实现方法
分析接触网设备的物理特性、安装结构，研究在野外对接触网设备进行无损检测的方法。探索激光测距、射线探伤以及红#I-N温等无损检测手段在接触网状态检测中的应用，设计出对接触网状态无损检测的完整解决方案。
3．2带电检测的实现方法
研究检测工具在接触网带电情况下进行检测作业的方案。分析各种检测工具的电气性能，保证检测工具在强电磁场环境下的正常工作。探索出安全可靠的检测手段，保证检测人员在带电作业情况下的安全。研究短距离的无线数据传输方案，包括红外线、蓝牙以及射频技术，使检测人员与带电设备实现电气隔断，达到最好的绝缘效果。
3．3数据采集终端的设计
研究野外作业情况下数据采集方案。设计出轻巧、便携、稳定性高的数据采集终端，突破传统的手工记录方式，完成数据测量到数据采集的自动化工作流程。分析目前各嵌入式系统，从软件和硬件上寻求实现数据采集终端的解决方案。
3．4无线数据采集的设计
分析野外作业时接触网状态检测数据无线传输的条件，研究远距离的无线传输技术，探索各种不同的无线传输技术在接触网巡视检测中的可行性，设计出一套完整的基于无线网络的数据传输方案。
4 系统的设计方案和实现 4．1系统的设计方案 针对接触网状态巡视检测的特点，从接触网设备无损检测方法的设计与信息网络建设两方面着手建立方案。在接触网设备的无损检测方法设计中，主要从所需要检测的参数类型考虑选择测量方法，其中设备的几何参数通过激光测距以及位移传感器的非接触测量实现，对于接触网设备的温度参数采用红外测温的方式，远距离测量设备温度，同时保证了测量人员远离了带电的高压设备。信息网络建设方面，以每个接触网工为最小构成单位，建立以工区、领工区以及技术部门为主要构成部分的分布式网络。
4．2系统的实现
建立一套完整的接触网状态巡视检测系统，以接触网工为单兵主体，配合先进的测量工具和数据传输系统，同时与丁区、领工区以及技术室等构成一套完整的信息实时交互的分布式网络。接触网工在单兵作业的情况下能对接触网状态进行全参数测量，包括接触网设备位置的几何参数、温度参数、电压电流参数以及设备的图片以及视频资料，取代传统的测量方式。巡视检测的数据能实时地向系统中的另外组成部分进行交互传输，处于系统中的工区、领工以及技术部门等可以实时地获取系统中任意正在作业的接触网工所采集的数据，并可以根据具体情况，对正在现场作的接触网工做出技术指导以及工作安排。
5 结论
接触网状态单兵巡检系统打破了传统的接触网巡视检测的作业方式，传统的作业方式以多人组成接触网作业组为单位，每次巡视检测后，所有数据必须先回到工区后汇总，然后再通过接触网作业组一工区一领工区一调度室(技术室)的流程，把数据逐步上传。在本项目中，把接触网工、工区、领工区以及调度室(技术室)等部门组成了一个分布式系统，把巡视检测单位设计为个人，在系统中一个接触网工就能完成传统多人的接触网作业小组才能完成的巡视检测任务，极大提高了巡视检测效率，也降低了作业成本。
