车载接触网运行状态检测装置（3C）的应用分析
车载接触网运行状态检测装置（3C）的应用分析
车载接触网运行状态检测装置（3C）是一种集图像处理、模式识别和红外热成像等技术于一体的综合性装置，可以对受电弓及接触网的运行温度进行实时检测，对接触网运行状态下所获得的动态参数进行在线分析和离线数据获取分析，能及时找到弓网中及接触网设备在运行状态下存在的隐患缺陷与故障。
接触网由于受自然和动态运行的影响，时常遇到几何参数、电气参数状态变化及外部环境影响接触网运行安全的情况，所以需要不断升级完善弓网动态检测装置及检测方式，精准检测设备缺陷，从根本上保障接触网运行的安全性与可靠性，为高速铁路接触网运行的可靠性提供保证。对接触网运行中几种常见的弓网缺陷进行分析，继而探究现存于接触网弓网检测工作中的缺点，探讨车载接触网运行状态检测装置（3C）技术及其应用。
1、运行状态下接触网常见弓网缺陷分析
接触网设备属于露天设置，运行时负荷电流变化、车体振动、弓网共振等，使接触网的弓网参数时常发生改变。这些运行特点决定了接触网几何参数、电气参数时刻处在复杂的动态变化之中，接触网运行状态常见弓网缺陷主要为以下几种。
1.1接触网硬点、燃弧：接触硬点是造成受电弓离线的主要原因。由于接触线上硬点的存在，造成弓网之间接触不良，离线瞬间产生高温电弧，电弧会使接触线、受电弓的碳滑板出现电腐蚀，造成接触面积减少，影响接触线、受电弓的正常取流。严重情况下，硬点高温电弧可能烧断接触线或损伤受电弓，最终构成弓网事故。
1.2动态接触线拉出值超标：接触网拉出值是接触网参数中的核心参数，拉出值一旦超标，就有可能导致受电弓脱线而造成刮弓、钻弓故障，其后果非常严重，将直接损坏受电弓、接触网悬挂，导致供电回路无法正常工作，影响列车运行。
1.3弓网故障：主要为打弓、刮弓、钻弓故障。如定位器脱落、吊弦上部脱落、长大异物等均可造成弓网故障。打弓严重使受电弓整体损坏或局部断裂；刮弓严重直接损坏受电弓滑板；钻弓将破坏接触网悬挂、损坏受电弓。弓网故障故波及范围大，接触网损坏程度高，处理起来难度大，影响列车运行时间长。
接触网运行状态下的弓网动态值必须保证在安全的技术标准范围之内，超出限界值将会引起弓网故障。所以，运行中弓网动态参数的技术检测非常重要，它是保证接触网运行安全的重要手段。
2、原始接触网弓网动态检测方式及存在的不足
在接触网运行状态检测装置未投入使用前，弓网运行状态检测常见方式有：接触网冷滑试验、接触网热滑试验、利用激光测量仪进行静态测量。
2.1接触网冷滑试验是接触网全部竣工后，利用接触网检测设备进行试验检测，是对接触网不受电条件下进行的机械、几何参数等动态检测，无法对电气参数进行检测。
2.2接触网热滑试验是接触网在送电开通后，用接触网检测设备在接触网带电情况下进行的机械、几何参数、电气参数等进行动态检测，无法进行常态化的检测，不能有效捕捉到设备参数的状态变化。
2.3运行工区利用DJJ-8接触网激光测量仪对接触网进行静态状态下的接触网参数进行测量，无法满足运行状态下弓网匹配关系的检测。
接触网弓网几何参数、电气参数在运行状态下检测不完善。拉出值的变化、燃弧次数、燃弧时间、燃弧率及接触网主导电回路温度等都无法得到有效监测，所以也就无法保证接触网运行状态下电气回路完好、及时发现接触网几何参数状态变化。接触网弓网运行状态实时检测、实时监控、超限数据、运行状态异常报警等，这些都是接触网弓网检测中存在的不足之处。
3、车载接触网运行状态检测装置（3C）运用
车载接触网运行状态检测装置是安装在运营的动车组上，实现高速铁路弓网状态的动态检测，随动车组运行，全天候在线检测接触网、弓网匹配运行状态，检测结果用于指导接触网维修，从而确保接触网维修和运行的安全可靠性。
3.1 3C检测装置工作原理及功能[1]
3.1.1 工作原理
3C装置通过红外热成像检测实现对接触网、受电弓以及弓网运行关系的红外热成像检测，形成全视场温度监控，对核心区域进行重点监控并智能分析温度变化，从而实现温度异常变化的报警分析；通过采集红外热成像数据、可见光图像数据，在线进行图像识别与处理、动态几何参数计算，对相关超限数据进行自动报警；通过GPS以及惯性导航技术，实现车载系统走行定位，通过EOAS系统通信获取公里标等辅助定位信息；通过无线网络传输技术，将缺陷数据及时传输到地面控制中心，指导接触网维修。
3.1.2 主要功能
安装在运营动车组上，实现对弓网受流相关参数、接触网温度的检测和接触网动态几何参数的检测；通过高清视频，对弓网运行状态进行视频监测；自动完成参数的检测分析，判别接触网运行状态缺陷；缺陷数据实时无线发送，地面自动接收并报警；全面分析检测数据，提供弓网燃弧、接触网温度、接触网动态几何参数分析报告；形成检测数据库，提供历史数据分析报告。
3.2、3C检测装置技术应用
3.2.1 红外热成像检测技术
依据黑体辐射定律，一切温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量，物体红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。红外热成像是利用红外探测器和光学成像物镜，接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应，通过红外热成像技术实现对接触网、受电弓以及弓网运行关系的全天候、全视场红外热成像检测，形成全视场温度监控。对易松动接触不良的导线接头、主导电回路连接点、中心锚结处、分段、分段绝缘器、绝缘子等区域进行重点监控并智能分析温度变化，从而实现温度异常变化的报警分析，示例见图1。
图1：红外热成像显示
3.2.2 模式识别与图像处理技术
采集红外热成像数据、可见光图像数据，提取图像中所包含的某些特征或特殊信息,如接触线温度颜色特征、弓网关系边界特征、几何参数区域特征、燃弧形状特征、外部物体侵入等利用计算机对其进行图像识别与处理，并进行动态几何参数计算，对相关超限数据、异物、鸟巢等缺陷进行自动报警，示例见图2。
图2：异物挂网详情
3.2.3无线传输技术
通过无线网络传输技术，实现缺陷数据及时传输到地面控制中心，可通过实时车顶监控进行数据分析，查找缺陷并结合视频图像实际分析原因，指导接触网维修作业。
4、应用实例
4.1 实例1
图3 报警信息
表1 评价标准
图3所示为3C报警缺陷高清图像详情图。地点：某某线路某某区间上行032支柱；报警类型：拉出值超限；拉出值：-456mm；速度：89km/h；缺陷温度30℃；环境温度19℃；导高值5281mm；报警级别：二级；报警分析：拉出值超限。
根据高清图像结合红外图像、全景可见图像、弓网运行情况、运行环境情况、几何参数异常情况、辅助定位，分析诊断动态接触线拉出值超标（二级缺陷），见表1所示。
4.2 实例2
图4 报警信息
图4所示为红外、高清图像详情图。报警温度263℃、环境温度7℃，导高值5276mm、拉出值33mm、速度51km/h,报警分析：疑似绝缘器燃弧。根据红外、高清图像结合异常高温点弓网接触部位、燃弧形状、时间长短，分析诊断分段绝缘器燃弧（二级缺陷）。
5、潜存于接触网弓网动态检测中的不足
5.1目前，红外热成像技术趋于成熟，但在3C检测运用方面还存在一些不足，比如：1、因为距离和角度问题，红外图像无法呈现全画面的检测温度效果，只针对受电弓周围的一些设备，存在局限性。2、并行铁路处的定位有一定误差，造成定位到另一条并行线路的位置，对缺陷复核分析造成一定困难。
5.2解决方法
5.2.1创新红外摄像机功能，更换广角红外摄像机，调整温度感知距离和参数，达到广角度测温效果，运用于绝缘子设备及主导电回路连接部件的温度监测功能。
5.2.2优化定位技术，使用更为先进的北斗定位系统解决定位偏差问题。
【结语】3C装置有先进的技术平台，对接触网进行在线高速、高精度的检测，准确定位，保证弓网参数达标。通过对铁路供电3C装置的重要性和主要功能参数进行分析与应用的研究，可以有效提高供电系统的稳定性、可靠性和保障铁路运输的安全。进一步研究可以关注新的检测方法和参数，以提高检测的准确性、高效性和全面性。铁路供电6C检测技术的不断发展将为铁路运输的持续发展提供有力的保障。