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地铁接触网检测技术及发展应用分析
作者：赖文烨
来源：《现代城市轨道交通》2018年第08期
摘 要：通过介绍接触网检测参数概况，从技术层面分析目前我国接触网检测采用的一些方式方法，对比不同方式方法间的优缺点和适用范围，展望地铁接触网检测趋势，提出新形势下接触网检测的新要求，为形成系统的接触网检测、维修、评价体系提供一种新思路。 关键词：地铁；接触网；检测技术；网轨检测车 中图分类号：U231.8 0 引言
接触网通过在列车行驶路线周边架设特殊的输电线路为机车提供电能供应[1]，是城市轨道交通正常运营的重要条件和保证，其性能更是直接决定了机车弓网受流质量[2]。为保障牵引供电系统有序运行，保障乘客人身财产安全，在提升优化接触网设备的同时，增加对接触网状态检测，并制定科学合理的检修维护流程至关重要[3]。目前我国城市轨道交通发展受到诸多因素的影响，每个城市在接触网系统的选取上也有所不同，需要更为全面、系统、科学的接触网参数检测与分析，为现场检修工作提供真实有力的客观依据[4]。 1 接触网检测参数概况
接触网承载着机车运行需要的电能，接触网性能以及弓网耦合性能是决定机车接受电能质量的关键[5]。优化接触网检修内容，需要对接触网状态检测内容进行科学设定，包括检测接触网结构元器件、弓网耦合过程，涉及多项机械、电气指标。通过科学分析评判，为牵引供电系统运营质量提供可靠指标参数[6]。接触网多项動静特性检测通常包括接触线距离轨面的高度及其变化曲线、受电弓运行轨迹、接触压力变动情况、接触网弹性性能、最大振幅、离线频次、燃弧持续时间、振动冲击数值等。
由于机车运行过程中，机车行驶速度、客运容量、弓网状态实时发生改变，因此，需要增加对接触网状态参数的检测，包括接触线的偏移量和拉出值、高度差值、水平差值、斜率、磨耗指标、硬点检测、温度变化、电压降低值等参数。 2 接触网检测技术
近年来，应用较为广泛的接触网检测技术包括静态检测、接触式检测、非接触式检测及地铁网轨检测车动态测量[7]。 2.1 静态检测
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静态检测是指通过测量接触悬挂各个部位的静态尺寸，判断接触网实际参数与设计标准之间的差距。通常在线路停运时，由检修人员携带特定检测装置对接触网的接触线高度、抬升值、之字值等静态数据进行测量收集。静态测量能够在机车运行之初确保接触网的技术参数要求，从源头杜绝事故风险，是日常运维工作的一项常规任务，也是降低事故发生概率的有效手段。
机车运行导致接触网与受电弓的性能随之发生改变，从而限制了静态检测的应用范围，但是静态测量的检测数据能够真实反映接触网的几何尺寸等数据，为接触网进行动态测量提供参考。
2.2 接触式检测
接触式检测方式工作原理如图 1 所示。在受电弓的4 个测角分别安装结构、性能、灵敏度、误差和线性度相同或者接近的检测装置。受电弓与接触网接触完成受流的过程中，作用在距离受电弓中点 a 位置，使受电弓与接触线受到彼此压力的相互作用，产生相应的形变，对应得到弓网接触力 f1 和 f2，4 个检测装置通过检测形变量计算出拉出值 L 。
接触式检测方式设计原理简单，可以实现全天候检测，但对检测设备及安装过程要求较高，同时对后期维护提出更高要求，从而影响测量精度与应用范围。 2.3 非接触式检测
非接触式检测方式依托现代科技技术，特别是计算机与传感技术的发展，从最开始的非接触式激光雷达扫描测量法，慢慢发展为超声波检测，又到现在的非接触式图像测量法，其应用前景十分乐观。
2.3.1 非接触式激光雷达扫描测量法
非接触式激光雷达扫描法利用激光反射原理（图2），首先在机车顶部安装雷达激光发射装置，发出连续、稳定的激光雷达射线，保证检测运行的全过程。激光雷达射线沿着直线传播，在传播过程中遇到障碍物（即接触线）时，由于反射原理，反射回来的激光雷达射线被安装在机车顶部的装置接收后，经计算机处理为相应的数字信息，将此信息与激光雷达射线的运行速度、信号间隔等信息进行计算，得出导高和拉出值等参数信息。
非接触式激光雷达扫描法速度快、穿透能力强，延伸了测量距离；计算机将信息进行计算处理，结果精确、速度快。但是在机车运行过程中，周围分布着不断变化的电磁环境，激光雷达射线在传输过程中受到干扰，使测量精度下降。 2.3.2 超声波检测法
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超声波检测与非接触式激光雷达检测原理类似，不同之处在于检测介质由激光雷达转变为超声波。超声波避免了周围电磁环境的影响，并且可以实现在固体介质中的传导，对于检测接触线之间的缝隙、线夹松动等问题可以得到较好利用；同时可以实现对绝缘损坏的检测，对于微小变化能够分辨，提前发现设备运行中存在的隐患，减小机车运行中存在的风险。 超声波检测目前成本较高，单一使用测量范围较小，需与其他检测装置配合，这不仅增加了超声波检测的使用成本，也造成了设备后期维护的不便，导致超声波检测目前尚未得到广泛应用[8]。
2.3.3 非接触式图像测量法
基于图像处理与计算机技术的非接触式图像测量法近年来得到越来越多的应用。该技术通过在机车顶部安装高速数字摄像机对检测对象进行图像信息收集，利用拍摄光线条得到接触线的位置，将信号传输到计算机，通过计算机处理，得到接触线的高度和偏移参数。利用线性结构光三维视觉原理，可以得到形象直观、直接准确的数据参数及设备状态。
非接触式图像测量法与红外线技术结合，可实现全天候全过程对接触线的检测，其摄像检测效果如图 3 所示。在应用成本上，非接触式图像测量法通过对图像信息收集、图像处理与分析计算得到多项检测数据，可以替代传统检修装置，减少检测装备数量，降低检测成本，简化后期运维难度。同时，采集与计算过程相对独立，提高了计算速度与精度。近年来，计算机技术的突飞猛进，使该检测方式应用范围不断扩大。 2.4 地铁网轨检测车动态测量
由于地铁的运行与行驶状态实时变化，因此需要加强动态测量数据的采集。网轨检测车一般采用非接触式光学采集原理，利用线阵摄像机三角形测量技术来实现。通过检测受电弓滑板和接触线之间的动态接触力及其分布情况，精确测量、定量分析接触网和受电弓的运行状况，保障系统安全可靠运行。
网轨检测车经常在接触网带电情况下对各项检测参数进行测量[9]，保证列车在正常行驶时对接触网的动态检测测量，同时满足精度要求。随着技术的不断进步，检测车成为柔性接触网动态检测的重要方式，对列车正常取流和事故预防起着举足轻重的作用。 3 接触网检测技术的发展应用
接触网检测技术为适应新的应用环境，在技术层面上不断取得进步，在实际应用中也出现不同的类别。为满足接触网技术的应用发展，需要不断提升接触网检测技术。 3.1 针对接触网几何参数检测