摘要：城市轨道交通受电弓、接触网是现阶段国内应用较多的一类受流设备，在特定材质的接触滑板受电的基础上，可以为车辆提供持续稳定的供电电源。基于受电弓和接触网具有不同的设计特点，所以在运行过程中经常出现弓网配合故障，受电弓出现的问题主要表现在滑板的异常磨损、燃弧现象、打弓现象等，接触网出现的问题主要表现在硬点，异常工磨耗、偏磨，导高坡度变化率异常等现象。通过受电弓和接触网在线运营状态的监控，在运营期间不间断采集正线动态数据，掌握弓网配合情况以达到减少弓网事故发生，延长受电弓滑条和接触网线的使用寿命，减少损失，节约成本。
关键词：车载式弓网；实时监测系统；系统现状
一、弓网检测系统现状
受电弓在运行过程中呈动态变化状态，弓网故障发生在运行过程当中，当发生异常故障时不能第一时间发现和及时处理，导致故障严重程度继续向恶化趋势发展，最终发展为更严重的弓网事故，从而影响列车安全运行，给运营安全带来极大影响。设备检修采用传统的操作方式不仅具有极低的操作效率，而且在工作中人员的劳动强度高，不能马上快速获取线路运行情况，满足不了我国现阶段的城市交通发展需要，无法实现高效、安全的运营要求。
要实现检测效率的提高，部分地铁公司已经开始应用了在线检测系统，弓网的运营状况通过非接触式成像技术进行实时的监控，并且对图像进行高质量和高效率的处理。传统的定点监测及非运营设备车辆检测不能够及时、全面、准确、系统的了解供电网的实际运行性质，无法了解弓网的匹配真实性能。
就跨座式单轨的运行状况来看，一种高效的车载式弓网实时检测系统可以极大的满足系统监控的实际要求。这一系统的主要工作采用机器视觉的非接触式监测设备来实现，通过数字图像分析系统对弓网状况进行监测与分析。借助于车载信号以及定位系统实现故障位置的高精度定位，并通过无线传输技术来完成故障的传输并报警。这一系统的设计和运行是独立的，并不会对其他的设备产生干扰和影响。即使在较差的环境和天气条件下，也能够实现对数据和信息的准确获取和实时记录，实现弓网故障的及时发现并妥善解决，保障列车的安全运行。
二、车载式弓网实时监测系统
单轨弓网动态监测系统，是一种车载弓网关系实时自动化、动态综合监测系统。在单轨列车运行时，采用非接触式检测方式，可自动检测受电弓及接触网的主要工作参数，如受电弓的拉弧、离线及工作状态检测，对接触网的拉出值、导高值、磨耗及温度等参数进行检测。系统除了对被检测列车车号、列车位置、受电弓、接触网各种状态检测参数进行分类统计存储外，还将自动记录弓网状态异常时的图像及数据，需紧急处理的故障进行实时告警。主要检测项及技术指标如下表所示：
三、监测系统功能描述
1.燃弧率检测
燃弧率指标是反映弓网配合关系最重要的指标之一。利用专业技术检测手段对弓网配合过程中出现的燃弧现象进行实时动态检测，并记录燃弧发生过程中的实时视频，对超出阈值的故障进行告警。从燃弧告警的图片及实时视频里面，能够精确定位到燃弧故障的具体位置，方便及时处理和更换作业。
2.高清图像识别
利用专业相机传感器对接触网和受电弓的固定螺丝、夹具、支撑杆、绝缘子等关键部件及异物侵入进行实时检测。通过录入运行线路各个关键部件正常状态下的原始图像资料，在列车运行过程中对各个部件进行实时高清拍摄并与正常状态进行比较，检测到异常状态时进行实时告警并将实时图像资料通过无线传输技术传输到监测终端显示界面进行声光告警。并对整个运行图像资料进行保存，便于对整个弓网系统进行人工查看及实时视频回放，视频存储在车辆的存储设备上，系统预留视频下载接口，方便下载图像视频。如图1 所示：
图1 受电弓状态信息
3.系统定位
对于系统的定位，主要借助于三个模块来完成：第一，车辆运行阶段的速度以及车门开启和关闭时的信号模块；第二，在车辆TCMS信号的指引下实现站点位置确定的定位模块；第三，通过识别线路的道岔、锚段、绝缘子。
列车进入站台以后，在列控系统的作用下，系统采用RS485总线将车门开启和关闭的信号传送到车内部用于监控的计算机当中，对车辆的停车位置进行确定，然后利用计算中的计算模块来准确得到车辆所在地点的基站名称以及相应的信号信息，以便于准确的确定列车的停靠站点。
列车在运行的过程中，采用布置在车辆上的定位模块来进行系统的识别，在激光传感器的采集扫描作用下，采取特殊照明设备对采集环境的补偿和优化后，工业相机可以拍摄到接触网的图形，并应用图形的处理工具对供电轨道的定位装置和关键装置进行准确的辨识，同时，监控设备完成对数据位置的确定。车内部的监测计算软件可以实现对系统信息的判断和利用，以及对列车的运行速度进行高效的积分处理，对轨道的定位装置以及锚段关等键装置的运行路程进行计算，实现对列车的准确定位。这种操作方法具有极好的精度，可以将误差控制在一个很小的范围中，一般不大于5米，所以降低了完成弓网故障位置确定排查所需要花费的时间及人力成本。
4.数据无线传输以及终端监控
基于用户的不同需要，弓网的在线监测数据和信息或者异常信息传输到计算机中，完成了合理存储。在地面设置无线终端监控设备，用于对无线网络传输数据和信息的接收，进一步分析和判定报警的方式以及进行及时、高效的人工干预和信息数据的处理。以及地面的DCC可以用于实现列车的实时监控，在弓网出现故障时，通过信息和数据的传输实现故障及位置的实时告警，实现了工作效率的极大提高。
5.接触线几何参数检测
接触网在运行的过程中，如因导高值调节不当，将会形成线路不平顺，成为硬点，严重影响受电弓的运行。拉出值偏大将会导致脱弓，打弓等严重事故，拉出值调节过小又将会使受电弓的碳滑板的利用率低，导致经济成本上升。绝缘子断裂将会引起接触线导高和拉出值变化以及弓网燃弧和局部高温异常，如不及时处理会导致接触网坠落，给列车运行安全带来严重事故发生。接触线磨耗超限时将会出现打弓，烧断接触线。因此对接触网的几何参数的监测非常重要，实时监测接触网的几何参数，发现异常及时处理，才能够保证弓网运行安全。
6.接触线温度检测
当接触线的部件接触不良时，在实际的运行过程中这些部件温度会过高，出现严重的烧蚀。因此，对接触网的关键部位进行温度检测，及时发现温度过高的部件，并进行维修处理，避免严重故障的发生。
图2温度异常点
综上所述，我国现阶段城市地铁轨道中所应用的车载弓网为刚性接触网，与传统的弓网相比较，实现了车辆运行的低电压大电流，所应用的供电电压值为直流1500伏，车辆受流状况不好，极易出现事故，做好系统的实时监控尤为关键，以保证运营车辆以及旅客的安全性。在系统的监控中，要保证具有精度较高的定位功能，车载弓网监测系统可以实现进一步的功能拓展，保证定位的及时性和准确性，满足监控的客观需要。
参考文献：
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[2]郭凤平.受电弓—刚性接触悬挂系统受流特性分析[J]. 铁 道技术监督，2009，37（7）：27-29.
论文作者:刘强平1,张鸿凯1,杨棋1,吴耿才1,范忠林1,漆
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/1
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