接触网参数检测研究(调研报告)

中南大学
本科生毕业论文（调研报告）
题目接触网参数检测研究
学生姓名**
指导教师王莉
学院信息科学与工程学院
专业班级自动化0903
本科生院制
摘要
铁路速度的发展经历了从蒸汽时代、内燃时代到电气时代的过程,提速离不开电气化铁路。

影响列车运行速度的主要因素除线路曲线半径、无缝钢轨、牵引机车、列车车辆等外,接触网的质量也是影响列车运行速度的重要因素。

接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路，接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。

因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。

如何提高接触网的稳定性、平滑度，减少接触网硬点、火花、碰弓、脱弓，消除接触网事故及行车事故隐患，延长接触网使用寿命，减少接触网维护工作量，降低接触网维护成本,是铁路提速中必须解决的问题。

本文从接触网检测来源及意义，接触网国内外发展状况以及存在的问题等方面揭示了接触网参数检测的重要，简要介绍了有关接触网参数及检测方法的有关内容，最后列写了本次毕业设计的初步方案。

关键词：电气化铁路接触网参数检测方法
目录
摘要 (I)
目录 (II)
一绪论 (1)
1.1 接触网概述 (1)
1.1.1 接触网 (1)
1.1.2 接触网特点 (3)
1.2 接触网检测 (3)
1.2.1 检测的目的 (3)
1.2.2接触网检测系统组成及分类 (5)
二国内外研究现状 (7)
2.1 国内外发展状况 (7)
2.1.1国内接触网检测现状 (7)
2.1.2 国外接触网检测现状 (8)
2.2 接触网检测存在的问题及发展前景 (9)
2.2.1 接触网检测存在的问题 (9)
2.2.2 关于接触网参数检测设备发展趋势 (10)
三参数检测方法 (12)
3.1 接触网检测车检测原理和方法 (12)
3.1.1 接触网检测车检测 (12)
3.2基于DSP和DDC的接触网检测系统 (15)
3.2.1 总体设计 (15)
3.3 一种全新的智能接触网检测系统 (17)
3.3.1 系统概述 (17)
3.3.2 整体光机设计结构 (18)
四结论 (20)
4.1论文设计初步方案 (20)
五参考文献 (22)
一绪论
1.1 接触网概述
1.1.1 接触网
接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供受电弓取流的高压输电线。

接触网是铁路电气化工程的主构架，是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。

其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。

接触网主要包含以下几项内容：1、基础构件，如水泥支柱、钢柱及支撑这些结构物的基础；2、基础安装结构件，这项内容的作用主要是连接接触网导线和基础构件；3、接触网导线，这部分作用就是传输电流给电力机车；4、其他辅助构件，包括回流线、附加悬挂等[1]。

接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件。

接触悬挂通过支持装置架设在支柱上，其功用是将从牵引变电所获得的电能输送给电力机车。

铁路电气化是中国铁路发展的最终目标。

支持装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。

根据接触网所在区间、站场和大型建筑物而有所不同。

支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。

定位装置包括定位管和定位器，其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。

支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。

我国接触网中采用预应力钢筋混凝土支柱和钢柱，基础是对钢支柱而言的，即钢支柱固定在下面的钢筋混凝土制成的基础上，由基础承受支柱传给的全部负荷，并保证支柱的稳定性。

预应力钢筋混凝土支柱与基础制成一个整体，下端直接埋入地下。

支柱装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。

支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。

支柱是接触网中最基本、应用最广泛的支撑设备，用来承受接触悬挂与支持设备的负荷。

接触网支柱，按其使用材质分为预应力钢筋混凝土支柱和钢支柱两大类。

支柱按其在接触网中的作用可分为中间支柱、转换支柱、中心支柱、锚柱、
定位支柱道岔支柱、软横跨支柱、硬横跨支柱及桥梁支柱等几种。

电气化铁路工程又称为“四电工程”，包括“接触网”、“变电”、“信号”、“通信”，其中以接触网作为铁路电气化工程的主构架。

接触网、钢轨与大地、回流线统称为牵引网。

接触网、钢轨与大地、回流线统称为牵引网。

如图1.1所示。

图1.1 铁道干线悬挂式接触网示意图
电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上。

受电弓可分单臂弓和双臂弓两种，均由滑板、上框架、下臂杆（双臂弓用下框架）、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。

菱形受电弓，也称钻石受电弓，以前非常普遍，后由于维护成本较高及容易在故障时拉断接触网而逐渐被淘汰，近年来多采用单臂弓（如图1-2）。

负荷电流通过接触线和受电弓滑板接触面的流畅程度，它与滑板与接触线间的接触压力、过渡电阻、接触面积有关，取决于受电弓和接触网之间的相互作用[2]。

1 滑板
2 支架
3 平衡杆
4 上框架
5 铰链座
6 下臂杆
7 扇形板
8 缓冲阀
9 传动气缸 10 活塞 11降弓弹簧 12 连杆绝缘子 13滑环 14连杆
15 支持绝缘子 16 升弓弹簧 17 底架 18推杆
图1.2 单臂受电弓结构图
弓网接触压力能直观的反映受电弓滑板和接触线间的接触情况，它必须符合正态分布规律，在一定范围内波动。

如果太小，会增加离线率；如果太大，会使
滑板和接触线间产生较大的机械磨耗。

为保证受电弓具有可靠的受流质量，应尽量减小受电弓的归算质量，增加接触悬挂的弹性均匀性。

接触网是一种特殊形式的供电线路，它的任务是保证对电力机车提供可靠的不间断的电能。

在电气化铁道设备故障中，无备用的接触网发生故障所占比例相当大。

接触网的施工质量、接触网零部件的老化等一系列因素都会引起接触网设备质量的变化，接触网状况的好坏直接关系到电气化铁道能否安全运营。

因此，在电气化铁路的运营过程中必须进行一系列的接触网检测工作，以便及时发现隐患并克服存在的问题，保证良好的受流[2,3]。

1.1.2 接触网特点
接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。

因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。

由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，对接触网提出以下要求：
1、在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定性和足够的弹性。

2、接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力并尽量延长设备的使用年限。

3、要求接触网对地绝缘好，安全可靠。

4、设备结构尽量简单，便于施工，有利于运营及维修。

在事故情况下，便于抢修和迅速恢复送电。

5、尽可能地降低成本，特别要注意节约有色金属及钢材。

总的来说，要求接触网无论在任何条件下，都能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行，并在符合上述要求的情况下，尽可能地节省投资、结构合理、维修简便、便于新技术的应用[4]。

1.2 接触网检测
1.2.1 检测的目的
1.目的：
（1）接触网检测是接触网施工调整和运营维护不可缺少的技术基础，它为施工部门的冷滑试验和工程交验提供技术依据；
（2）为设计部门评判，为运营管理部门的维修调整提供必要信息；为接触
网状态检修提供理论基础和技术条件；
（3）为弓网关系评价提供数据，为接触网施工调整和运营维护提供依据；
（4）检测不能代替维修，但可以根据检测结果制定必要的维修措施，避免无效的维修措施[5]。

2.接触网检测的要求
误差要小；检测装置的接入不能影响被测量；检测装置的接入不能影响被测量；测量结果受非被测量的影响要小；测量装置要有好的复现性；应用的测量装置要有适合工作现场条件的能力；检测装置要安全可靠、容易维修和校准。

由于接触网安装于室外线路，其受外部环境干扰的因素也较多，因此我们建议：（1）检测时要尽量避免阳光直射，特别是避免正午进行拍摄（2）若在自动模式下热像图不清晰，可先使用自动模式测量接触网的温度范围，然后手动设置水平及跨度，将温度范围设置在最小，并包含有先前测量的温度范围（各款仪器最小温度范围不同）
（3）若现场有多个接触网连接件，请互相对比其温度，这样可及时发现接触网连接件的发热故障[6,16]。

3 接触网检测设备的发展趋势
(1) 产品多样化
铁路局、供电段、接触网工区、工程施工单位等对接触网检测设备的要求根据它们自身的情况有所不同，铁路局侧重于局管内接触网的宏观状况；供电段及其接触网工区的检测设备则主要是查找接触网的缺陷，预防事故发生；工程施工单位主要在施工后期对接触网进行冷滑检测，对不符合设计标准的地方进行调整，保证施工质量。

不同的检测设备其配置、检测速度、检测参数的数量也不同。

(2) 多种检测方式并存
接触网参数有接触与非接触两种检测方法。

接触检测是利用模拟受电弓上安装传感器对接触网的部分参数如拉出值、接触线高度、弓网冲击(硬点)等进行检测，非接触检测则是利用光学成像原理进行检测，只适合于部分几何参数的检测。

接触检测与非接触检测各有优缺点。

(3) 广泛应用先进技术
高性能传感器、高速数据采集与处理采集系统、先进的摄、录、监视系统、模糊识别技术等先进技术的发明和应用
(4) 以多种方式输出检测结果
为使检测的结果更能反映实际情况，除采用定位点数据输出方式外，还可以用曲线、表格、评估报告、弓网图像实时合成等方式输出检测结果。

(5) 向高速发展
随着我国电气化铁道列车运行速度的不断提高，接触网设计、施工、运行维护部门非常关心高速情况下的弓网关系。

高速情况下的弓网接触压力、弓网冲击、受电弓的高度变化、接触网的弹性及其均匀系数等是反映弓网运行状况的重要参数。

利用这些参数可以对弓网关系进行综合评判，反过来也可以指导设计单位对接触悬挂及受电弓的特性进行改进。

这就要求接触网检测设备的检测速度能满足高速运行的要求。

高速检测设备需要动作时间很短的传感器、传输速度较高的数据通道、运行速度很高的计算机。

(6) 检测设备的方便使用与容易维护
再先进的检测设备，如果操作复杂且故障率高，也不能满足现场的要求。

这就要求检测设备先进的同时，要使用方便且易维护。

(7) 图像与检测结果的合成
将检测结果合成在弓网关系的动态视频画面上，能使数字化的检测结果与动态的弓网关系联系在一起。

接触网的调整与维护最终是由现场的工人完成的，合成了检测结果的弓网视频图像对他们来说更直观、更有说服力[10]。

1.2.2接触网检测系统组成及分类
随着列车速度的提高，对于接触悬挂的要求也越来越高，为了保证运营和正确的评述受流质量，测试的范围也更加广泛。

同时为了获得准确的测试结果，其测试手段和技术也日趋观代化。

由于测试是在一定运行速度下进行的，因此各种设备是安装在车上的。

信号检测系统包括接触网的检测项目、愿望及实现方法。

（1）检测信号按其功能和内容而言可分为三种类型：
功能性检测：这是检测不同接触悬挂类型功能的好坏与优劣，以便选择适合于高速运行的悬挂方式和性能优良的受电弓。

其检测项目有：空气动力、接触压力、受电弓铅垂方向的最大幅度、受电弓运行轨迹及离线状态等。

其目的是选择和设计性能优良的受电弓及接触悬挂类型提供理论和实验数据。

状态性检测：这是对已投入运行的电气化铁路，检测接触悬挂的工作状态，以便及时发现隐患，消除各种病态，保证安全运行。

检测项目有：运行轨迹、离线状态、导线磨损、接触线高度、拉出值及导线偏位等。

其目的是为保证安全运营，维护管理提供检修依据。

工程性检测：这是在冷滑阶段的检测，在调整阶段以借检查工程质量，发现工程弊病，寻觅工程隐患，提高施工标准。

检测项目有：接触线高度、拉出值、导线偏位、定位管斜度、悬挂硬点、导线接头质量以及支柱面限界等。

其目的是为了提高工程质量、进行悬挂调整和开通试验及交接验收提供数据。

以上三种检测，在内容上又各有异同点，这是基于研究（含设计）、运营及
工程部门的不同要求，达到相应的检测目的。

图1.3 检测系统构造框图
（2）根据检测方式分：接触式检测和非接触式检测
非接触式检测：在机械制造行业中，为了使机加工的产品能达到设计精度和质量要求，除了传统的物理计量与检测实现方法，可以运用高性能计算机及软件技术、光学、光学成像、声学与机器动作多种混合技术实现的逻辑计量与检测，我们习惯将这些复杂的计量与检测技术称之为非接触计量与检测技术。

（3）根据运载工具分：静态检测（便携）和动态检测（车载）
动态检测（车载）：接触网动态检测就是以接触网检测车（客车车辆或电力机车）为载体，利用安装于检测车上的检测设备，在列车运行中对接触网设备的几何﹑电器参数和弓网关系进行测量和评判的一种方法。

动态检测与静态检测相比，有许多优点：一是可以根据需要随时检测，周期短，节省大量的人力物力；二是检测在动态下进行，反映了运行中的接触网真实技术状态和参数；三是了运行状态下的弓网关系，为改善弓网关系提供了科学、可靠的依据。

（4）按接触网检测的内容分：几何参数、弓网关系参数和辅助参数
拉出值，导线高度，平行线间距，定位器坡度等属于接触网几何参数，他们是接触网中与运营安全密切相关的接触网自身结构参数；接触压力，硬点等是弓网关系参数，他们是影响弓网关系之间的受流质量的重要因素；其他一些比如速度，定位点，温度，补偿等是接触网检测的辅助参数，对检测结果起到定位参考，辅助分析等作用。

接触网参数检测研究二国内外研究现状
二国内外研究现状
2.1 国内外发展状况
2.1.1国内接触网检测现状
我国自己开发生产接触网检测车始于20世纪80年代，简单的检测设备安装在经过改造的客车车体上，主要测量接触线高度和拉出值等参数。

20世纪90年代，随着电气化铁道的发展及检测技术的提高，接触网检测设备也有了长足的进步。

到目前为止，接触网检测车已成为系列产品，以JJC系列为例分述如下:
1.JJC-1型接触网检测车- 安装在不带动力客车内
由豪华型软卧车体和检测设备两部分组成，不带动力，和客车联挂编组运行，一般加挂于客车的尾部。

该型接触网检测车具有全面的检测功能。

能检测接触线的拉出值、接触线高度、定位器坡度、线岔状态、锚段关节处两导线相对位置、电网电压、悬挂硬点、弓网离线、支柱位置、行车速度和里程、大气温度、弓网接触压力等参数，该车还装配有测量车体侧滚、水平摆动的检测设备，因此能检测出接触网动态、静态两种状态下的技术参数。

该型车具有一套多种供电方式的供电系统和完备的生活设施，在全天侯、不间断地昼夜运行时，能保证乘员有一个良好的工作和生活环境；该型车的运行速度主要取决于车体的构造速度，当车体适合高速运行要求时，便能实现高速检测；该型车制造成本高，设备配置先进，对操作人员的要求较高。

本型车投入使用后，保养、维护方面的花费较大，适合接触网营运里程较多的铁路局级单位使用，用于对本局所属的接触网工作状态进行宏观检测。

目前，国内配置JJC.1型接触网检测车或同档次车的单位有北京、兰州、成都、郑州铁路局、电气化工程局及福州铁路分局。

2.JJC-2型接触网检测车- 安装在不带动力的简易客车内
由车体和检测设备两部分组成，车体为不带动力的轨道车辆，需要牵引车拖动运行，检测的参数与JJC.1型接触网检测车相同。

该型车的主电源为一台30kW 柴油发电机组，车内的生活设施比较简单，一般配置于供电段。

该型车的运行速度一般不超过1l0km/h。

目前，神华集团下属的准煤公司铁路供电段、武汉分局及衡阳供电段等单位配置了JJC-2型接触网检测车或同档次车。

3.JJC-3型接触网巡检车-- 安装在自带动力的轨道车内
在JJC-2型接触网检测车的基础上增加动力便演化成为JJC-3型接触网巡检
车，它是中国国情与中国路情相结合的产物。

JJC-3 型接触网巡检车不受牵引车的限制，既可以单独运行，也可以与客车联挂编组运行，具有机动灵活的特点。

该车既可检测又可检查，在特殊情况下又可作为局、分局、段等各级领导的指挥车，具有一车多用的功能。

该型车检测的参数与JJC-1型接触网检测车所检测的参数相当，检测速度能达到1l0km/h，对车辆进行改造后可以达到140km/h；该型车的主电源为一台30kw 柴油发电机组，车内的生活设施能满足乘员长途检测时的需要；该型车是专为铁路供电段一级单位研制生产的车辆，保养、维护方面的花费较少，一般也不需配置专人负责管理，在国内众多铁路供电段已被广泛应用。

4.JJC-4型接触网巡检作业车- 安装在接触网作业车内
将JJC-3型接触网巡检车的部分检测功能移植到接触网作业车上，组成一种新的车辆，称它为接触网巡检作业车，其配置对象为供电段下属的接触网领工区或工区，也可配置于工程局下属的接触网施工单位或城市架空接触网的轨道交通系统。

接触网巡检作业车除具有接触网作业车的全部功能外，还能对接触网的主要参数，如接触线的几何参数、承力索及吊弦的状态、定位器的坡度、弓网冲击(硬点)情况等进行测量及直接观察。

接触网巡检作业车上装有受电弓，可在接触网带电与不带电等情况下使用。

JJC- 4 型接触网巡检作业车可以把接触网工区人员、车辆往返天窗工作点的时间、机会利用起来，稍带着对接触网进行巡检，为下一次开天窗做准备，巡检、检修两不误，两全其美[7]。

5.安装在电力机车受电弓上的检测设备
将检测部分接触网参数的设备安装在运营的电力机车受电弓上，检测结果反馈给供电部门。

至于人工携带的便携式检测设备，目前主要有测杆、光学测量设备等。

2.1.2 国外接触网检测现状
日本（突出弓网离线、接触线磨耗）是研究接触网检测车较早的国家，在20世纪60年代初就研制开发了测定弹性和受流情况的测试车，不过这些测试车的设备较为简单。

1991年，日本急行电铁公司拥有了集接触网检测、信号检测和无线电检测于一身的新型电气检测车，该车可在l00km/h速度下检测接触线的高度、拉出值、定位器坡度、离线、硬点、支柱号和跨距等参数。

东京都交通局1991年研制的接触网检测车装有磨耗、拉出值、硬点、位置等参数的检测装置。

法国（突出弓网动态弹性）国铁研制的新型接触网检测车可以测试接触网静态几何特性，也可试验受电弓和接触网的动态情况，该车采用Y32EIS型转向架，
可以在270km/h的运行速度下检测接触线高度和拉出值。

匈牙利研制了在高速运行情况下对接触线静态位置和受电弓滑行轨迹进行检测的设备，它采用非接触式图像处理技术，可在160km/h的运行速度下对接触网的动态参数进行检测。

德国（突出弓网接触压力）的接触网检测车只检测高速情况下的弓网接触压力，以便对接触悬挂和受电弓两者之间的关系进行评判。

奥地利（突出非接触检测）生产的接触网检测车采用非接触方式测量接触线的高度和拉出值等参数，采用接触方式测量弓网接触压力等参数。

非接触检测方式和接触检测方式不能同时使用[8]。

2.2 接触网检测存在的问题及发展前景
2.2.1 接触网检测存在的问题
我国的接触网检测技术经过10多年不断发展，已经取得了很大进步，为电气化铁道事业作出了一定的贡献。

接触网检测设备的应用，避免了许多弓网事故的发生，在接触网的调整与维护过程中，提高了劳动生产率，降低了工人的劳动强度。

但还应看到，一些接触网参数的检测技术在我国还是空白，如接触线磨耗的动态测量、非接触检测在高速检测中的应用等。

此外，将多种参数检测装置安装在一个受电弓上也不太合理。

国内外现场目前使用的检测系统大多属于低速接触网检测系统，只能在一定速度范围内对接触网进行检测，检测参数不全面，很难满足用户的需要。

目前，全路各供电段接触网日常测量检修的技术手段较为落后，主要是用吊杆进行接触网参数测量，该技术受天气影响较大，测量精度差，效率低。

虽然新近研制出超声波或激光测量仪，但由于价格昂贵、体积较重、操作时间长、易损坏，在使用上有一定的局限性。

接触网施工的主要基础技术工作包括支柱悬挂装置、吊弦和软横跨等的测量及装配计算。

目前上述工作仅靠经验及人工进行一些简单计算来完成，存在计算精度差、装配误差大、网上调整作业多、返工次数多、施工效率低、施工质量差和占用“天窗”时间长等诸多问题。

虽然国内个别施工单位也开发了一些计算软件，但它需采用昂贵测量仪器进行测量，测量人数多、测量时间长，需要经验丰富的专业人员进行装配。

接触网检测技术能完全满足我国的实际需要还有很长的路要走。