接触网的检测及数据处理与分析.ppt

,接触网的检测及数据的处理与分析,2012年11月成都,曾明,主要内容,为什么测？,一、检测的目的及要求,二、检测的内容及评价,测什么？,三、检测的方法,四、检测的方式及装备,怎么测？,一、检测的目的及要求,接触网设计,检测为接触网设计、施工、运营服务,系统仿真,接触网施工,接触网运营维护,施工测量,静态验收,动态验收,验证弓网方案,指导施工调整检验施工质量,反复动静态验收,指导修理、保障安全,验收,一、检测的目的及要求,准确、精确,接触网检测的要求,可重复性,环境的要求,在同等条件下，重复测量应有相同结果，不受随机因素的影响,高速运行、气象、气候等,二、检测的内容及评价,测量与诊断,医疗器械与医疗,被测对象作用,被测对象要求,通过不间断的机械、电气接触向电动列车供电 接触网（道路）受电弓（汽车）,运行可靠性、接触质量、运行寿命,分解成被测参数,实现测量功能,弓网系统的最核心要求,几何相互位置,拉出值导高多支接触线相对位置定位器坡度接触线坡度,运行可靠性,接触质量,运行寿命,动态作用,材料接口,载流量,弓网接触力燃弧定位点抬升,接触网温度,接触线磨耗,二、检测的内容及评价,7,静态检测,二、检测的内容及评价,接触网单方面参数,动态检测,弓网动态相互作用情况下弓网系统参数,几何参数静态值、定位器坡度、接触线磨耗等,几何参数动态、弓网接触力、弓网燃弧、定位点处接触线抬升等,铁路电力牵引供电设计规范,二、检测的内容及评价,检测参数评价依据为弓网系统相关标准和设计文件,铁路电力牵引供电施工规范,接触网各零部件标准,GB/T 21561 机车车辆受电弓特性和试验（TB/T 1456）,TB/T 3271 受电弓与接触网相互作用准则,安规、检规,EN50119 电力牵引架空式接触网,EN50206 受电弓特性与测试,EN50367 弓网动态相互作用技术规范,EN50318 弓网动态相互作用仿真确认,EN50317 弓网动态相互作用的测量要求与确认,TB10758 高铁牵引供电验标,9,弓网检测结果的评价,二、检测的内容及评价,与设计值进行比较,对连续测量的检测结果进行分析,对不同参数检测结果进行对比分析,指导修理,对历次测量的检测结果变化进行分析,动态值,二、检测的内容及评价,接触线空间几何位置参数,静态值,弓网动态接触情况下的接触线在受电弓上的横向位置、受电弓抬升情况下的接触线高度,接触线在不与受电弓接触情况下相对于钢轨平面的空间位置,超限判断、验证设计方案,为维修调整提供依据,接触线坡度变化满足弓网动态性能要求,二、检测的内容及评价,接触线空间几何位置参数,接触线在滑板上的往复运动范围应尽可能大,接触线不能离开弓头的工作范围,检测结果评价标准为设计值及其施工误差要求,二、检测的内容及评价,接触线空间几何位置参数,接触线高度:5300 m预弛度：无 允许误差接触线高度 30 mm支持点之间高度差 20 mm 结构高度 150 mm（区间）100 mm(Tunnel隧道)接触线拉出值允许误差 30 mm,郑西客专,二、检测的内容及评价,接触线空间几何位置参数,郑西客专,在支持点之间测量到的导高差最大允许值为20mm。,二、检测的内容及评价,接触线空间几何位置参数,郑西客专,跨中没有预留弛度。支持点之间的导高差不得大于10mm（以支撑点之间的假定连接线为参考）。吊弦与吊弦之间的导高差最大为10mm。,支持点之间的接触线纵断面,15,影响接触网几何参数的因素,二、检测的内容及评价,16,接触网静态几何参数与弓网动态性能具有因果关系,中心锚结绳安装不当引起弓网接触质量出现变化（左上：中心锚结绳过紧；右上：中心锚结绳过松；左下：接触线高度不连续；右下：接触力出现异常极值；下中：弓网系统产生燃弧）,二、检测的内容及评价,17,武广高铁部分几何参数测量结果,二、检测的内容及评价,18,弓网动态性能计算机仿真（SSS400+型受电弓）,二、检测的内容及评价,19,弓头部件受损,二、检测的内容及评价,20,接触网零部件受损,二、检测的内容及评价,二、检测的内容及评价,定位器坡度,在受电弓通过时，定位器不应妨碍接触线的自由振动接触线抬升到最大时，定位器下沿的轮廓应能保证受电弓顺利通过定位器坡度的评价标准为设计值,二、检测的内容及评价,定位器坡度,F,AER,F,DYN,F,R,F,0,F,R,F,wind,F=F0 FR+FAER FDYN,受电弓设计,接触网、轨道等,弓网接触力F受电弓垂直作用到接触网上的力静态接触力F0 停车时，传动机构使受电弓垂直作用到接触网上的力磨擦力FR 关节间磨擦产生的力，与弓头运行方向相反空气动力FAER 气流对受电弓的作用力动态分力FDYN 由垂直振动引起的惯性力,二、检测的内容及评价,弓网接触力,惯性力FDYN=ma,a,振动加速度,a1,冲击加速度,二、检测的内容及评价,（接触网弹性 接触线波动 受电弓冲击垂直分量）,二、检测的内容及评价,弓网接触力,为评价弓网接触质量，应计算一个控制段内接触力的如下统计值。（控制区段应不短于一个锚段）,接触力平均值Fm标准偏差s接触力最小值Fmin接触力最大值Fmax接触力统计最大值Fm+3S接触力统计最小值Fm-3S,二、检测的内容及评价,弓网接触力,标准偏差越小，弓网接触力离散性越小，弓网系统运行越平稳，最高速度下的标准偏差不大于0.3Fm,EN50119要求的接触力最大值和最小值如下表：,二、检测的内容及评价,弓网接触力,动态接触力的极值（一般认为大于1.8Fm），多出现在接触网不规则的地方，比如,不均匀抬升量接触线安装缺陷接触线的缺陷单一质量块（集中负载）,二、检测的内容及评价,燃弧,电弧是指通过滑板和接触线之间的电流流动，通常伴有强光产生。测量燃弧应记录的数值：,每个电弧的持续时间测试期间的列车运行速度受电弓电流,评价受流质量，应计算燃弧率,持续大于1ms的电弧的持续时间,测量电流超过30%额定电流的时间,二、检测的内容及评价,燃弧,EN50367要求的最大速度下的燃弧率,小于250km/h线路 燃弧率不超过0.1%大于等于250km/h线路 燃弧率不超过0.2%,考虑燃弧的最小持续时间 5ms,局限性,取流情况下才有电弧产生,弓网接触过紧的情况不能反映,二、检测的内容及评价,定位点处的接触线抬升,在接触网支柱上安装固定的测量装置测量受电弓通过时定位点处接触线的抬升，运用于以下情况,动态评估时，确认弓网系统的方案设计是否符合标准要求确定新型车辆或受电弓的最高允许速度商业运营中固定监测受电弓,二、检测的内容及评价,定位点处的接触线抬升,在正常运行条件下及最大跨距时，定位处的抬升应由弓网系统设计人员进行计算机仿真,采用非限定式定位器，抬升量应至少是仿真值的2倍采用限位式定位器，抬升量应至少是仿真值的1.5倍,定位点处接触线的抬升量，不得超过定位器设计的最大抬升量,二、检测的内容及评价,定位点处的接触线抬升,最大抬升量与弓网接触力和接触线的波动等相关，对于某一速度的列车，抬升量任何明显的增加和减少，均表明有干扰或受电弓缺陷。这些缺陷可能由以下原因造成,空气动力的过高或过低，由于风挡调节不当或损坏、受电弓倾斜引起的接触滑板间接磨耗,静态接触压力过高或过低，由于静态接触压力调节不当、因磨损超过极限等原因造成接触滑板质量的有较大变化,接触压力的动态分力过高或过低，由于调节器等受电弓机械部件的欠缺、因磨损超过极限等原因照成滑板质量变化而导致惯性力较大变化,二、检测的内容及评价,接触网弹性,弹性属于接触网的静态参数，具有沿跨距变化的性质接触网的结构形式和各项设计参数确定后，就可以通过反正计算出一跨内接触网弹性曲线，弹性最大值和最小值、弹性不均匀系数弹性和弹性不均匀系数 与接触线截面、张力、跨距、结构高度、预弛度、弹性吊索等有关，也与施工精度有关,二、检测的内容及评价,接触网弹性,弹性实测值与计算值比较，可找出施工精度不够的地方,二、检测的内容及评价,接触线磨耗,接触线磨耗过大会导致接触线抗拉强度下降,接触线磨耗的测量一般测量接触线底面宽度，计算残存高度，磨耗面积,二、检测的内容及评价,接触网温度,弓网系统传输着巨大的牵引电流，在接触网主导电回路中，由于连接件松动、氧化腐蚀等造成接触电阻增大，形成局部发热点，可能烧伤接触网设备或导致线索抗拉强度下降,接触网温度测量应在供电臂上有牵引电流的情况下测量,找出接触网中温度异常点,27,三、检测的方法,接触线几何位置,接触式检测,三、检测的方法,接触线几何位置,接触式检测,角度1 角度2 角度3 6800 角度n,三、检测的方法,接触线几何位置,接触式检测,测量精度不高,只能测量工作支接触线,不受气象条件干扰,增加弓头重量，影响受电弓特性,安全性不够好,激光雷达,三、检测的方法,接触线几何位置,激光扫描法,三、检测的方法,接触线几何位置,激光扫描法,三、检测的方法,接触线几何位置,激光扫描法,33,三、检测的方法,接触线几何位置,激光雷达比较,SICK（施克）,LEUZE（劳易测）,LMS100,LMS200,LMS400,LMS511,ROD4,ROD4-58,50m,品牌,型号,距离范围,角度范围,角度分辨率,270,0.25,0.5,距离分辨率,重复精度,扫描频率,25Hz,50Hz,1mm,20mm,80m,180,0.25-1,18.75-1 Hz,10mm,15mm,3m,70,0.1-1,200 Hz,10mm,15mm,65m,190,0.167-1,25-100 Hz,1mm,7mm,65m,190,0.36,25Hz,5mm,15mm,65m,190,0.36,50Hz,5mm,15mm,其它,221型具有加热防尘,受强光干扰,具有加热防尘功能,具有加热防尘功能,具有加热功能,具有加热功能,三、检测的方法,接触线几何位置,激光扫描法,测量精度较高,能对工作支和非工作支进行检测,不影响受电弓特性,非接触式测量，安全性好,大雪、大雨或大雾天气，不能正常工作,35,三、检测的方法,接触线几何位置,机器视觉方法,激光器,接触线,相机,三、检测的方法,接触线几何位置,机器视觉方法,1280*960130万象素图像,（0,0）,（1279,0）,（0,959）,（1279,959）,三、检测的方法,接触线几何位置,机器视觉方法,三、检测的方法,接触线几何位置,机器视觉方法,在激光线所在线路断面上非工作支接触线底面中心在图像上的像素坐标（318.4,185.0）工作支底面中心坐标（706.0,513.10）,假设已知此位置上的工作支和非工作支精确地拉出值和导高，则可将像素坐标换算成实际空间坐标在实际标定中采用高精度标定设备进行标定,三、检测的方法,接触线几何位置,机器视觉方法,三、检测的方法,接触线几何位置,机器视觉方法 德国,三、检测的方法,接触线几何位置,机器视觉方法 德国,三、检测的方法,接触线几何位置,机器视觉方法 德国,三、检测的方法,接触线几何位置,机器视觉方法 德国,三、检测的方法,接触线几何位置,机器视觉法,测量精度高,能对工作支和非工作支进行检测,不影响受电弓特性,非接触式测量，安全性好,大雪、大雨或大雾天气，不能正常工作,三、检测的方法,车体振动补偿,车载几何参数测量装置测量结果为相对于车体位置,几何参数设计值基准面为两钢轨顶部平面,检测结果能为施工和维修调整提供依据，必须测量检测运行过程中车体相对于钢轨平面的位置，对检测结果进行补偿计算，还原成与钢轨为参考面的静态值,三、检测的方法,车体振动补偿,三、检测的方法,车体振动补偿,三、检测的方法,定位器坡度,三、检测的方法,定位器坡度,三、检测的方法,弓网接触力和振动冲击加速度检测,三、检测的方法,弓网接触力和振动冲击加速度检测,空气动力测量,Faero,Faero,滑板和弓头间力的测量单元,绳索张力测量单元,三、检测的方法,弓网接触力和振动冲击加速度检测,传感器安装,三、检测的方法,弓网接触力和振动冲击加速度检测,三、检测的方法,弓网接触力和振动冲击加速度检测,测量要求,只测量垂直方向上的力，排除其它方向力的干扰，传感器安装尽量接近接触点,测量偏差小于10N，系统总测量误差小于10%,测量系统的安装不能对受电弓性能带来不利影响，对接触力的改变不应超过5%,测量系统应在实验室利用弓网振动试验平台进行精度校准,采样频率大于200Hz或采样间隔小于0.4m,截止频率为20Hz的低通滤波,利用受电弓振动冲击加速度评价接触网缺陷需考虑车体自身加速度的影响,三、检测的方法,弓网接触力和振动冲击加速度检测,检测数据,三、检测的方法,燃弧检测,铜和铜合金，燃弧辐射出的光波长范围为220225nm或者是323329nm,弧光感应传感器,三、检测的方法,燃弧检测,紫外相机,为了避免其他波段光线对燃弧检测造成影响，采用紫外镜头，并添加对330nm波长光进行截止的滤光片,三、检测的方法,接触网温度,红外热成像原理,接触网弹性,三、检测的方法,接触线静态位置检测时，用于测试的受电弓的静抬升力应为58N,检测接触线的静态抬升量（又称准动态）时，测试用受电弓的静抬升力应为100N，但对于设计时速大于230km/h的接触网，其测试用受电弓的静抬升力应为120N,接触网弹性,三、检测的方法,接触网弹性,三、检测的方法,速度和里程,三、检测的方法,定位位置检测,三、检测的方法,线路数据库,线路名 站区名 定位号 跨距 定位标志 公里标 线路1 站1 1 60 区间 0线路1 站1 3 60 线岔 60,接触线磨耗,三、检测的方法,几何参数检测相机,磨耗检测相机,激光器,接触线磨耗,三、检测的方法,接触线振动定点监测,三、检测的方法,定位点的抬升,2010_12_03_11_29，速度447km/h，下行,静止,前弓,后弓,悬挂方式：JTMH120+CTMH150张力组合：20kN+40kN结构高度：1600mm,三、检测的方法,定位点的抬升,三、检测的方法,接触线,滑轮,绝缘线,传感器,德国,检测方式,四、检测的方式及装备,人工手动测量,车载测量,定点监测,动车组、电力机车、检测车、作业车等,人工手动测量,绝缘杆、线坠、道尺、钢卷尺,四、检测的方式及装备,人工手动测量,四、检测的方式及装备,接触网全参数激光测距仪,导高、拉出值轨距、超高侧面限界线岔中心投影线岔抬高和水平锚段关节抬高和间隙定位器坡度结构高度,人工手动测量,四、检测的方式及装备,车载检测设备,四、检测的方式及装备,高速铁路综合检测列（动车组）,接触网/综合检测车（客车、轨道车）,接触网检测作业车,电力机车上接触网检测设备,简易推车上接触网检测设备,高速铁路综合检测列,四、检测的方式及装备,国内,真实反映动车组实际运行工况,注重动态性能检测,使用效率高,高速铁路综合检测列,四、检测的方式及装备,日本,为了对各种设备进行检查、测试，在轨道、电力、信号、通信等方面支援新干线的运行，日本开发了最先进的新干线电气轨道综合检测车。“East i”取代了过去的检测车“Doctor Yellow”，从2002年10月开始正式投入使用。,高速铁路综合检测列,四、检测的方式及装备,日本,1号车,2号车,3号车,4号车,5号车,6号车,架线相互间隔测定装置,架线相互间隔测定装置,检测用受电弓,高速铁路综合检测列,四、检测的方式及装备,日本,动车组临时安装的弓网测试设备,四、检测的方式及装备,接触网检测车,四、检测的方式及装备,全面检测接触网动静态参数,检测受电弓模拟实际运行,运行占用专门的行车点,动力运行或不带动力,与其他检测设备安装在同一辆车上，形成综合检测车,接触网检测车,四、检测的方式及装备,25T客车车体改造，一般配备给铁路局，最高检测运行速度160km/h,可与其它检测车连挂组成检测列运行,接触网检测车,四、检测的方式及装备,.,四、检测的方式及装备,接触网检测车,.,四、检测的方式及装备,接触网检测车,接触网检测车,四、检测的方式及装备,一般配备给供电段，检测设备安装在轨道车上，最高运行速度120km/h,可自带动力运行或连挂在列车尾部,接触网检测车,四、检测的方式及装备,接触网检测作业车,四、检测的方式及装备,一般配备给工区，检测设备安装在作业车上，最高运行速度120km/h,可利用作业点进行检测，利用效率高,应侧重于接触网静态参数的测量,接触网检测作业车,四、检测的方式及装备,安装在电力机车上的检测设备,四、检测的方式及装备,对拉出值、导高、受电弓加速度超限进行记录,使用效率高,安装建议推车上的检测设备,四、检测的方式及装备,准确度高,测量效率比人工手动测量高，且连续测量,接触网定点检测设备,四、检测的方式及装备,接触网线索张力补偿位移定位点处接触线抬升跨中接触线抬升和偏移受电弓状态特殊位置处接触网温度气温、风速风向,监测项目,检测数据通过无线网络传输至数据处理中心汇总，评判,高速供电设备6C系统,四、检测的方式及装备,CPCM高速弓网检测装置,高速供电设备6C系统,四、检测的方式及装备,CCVM接触网安全巡检装置,高速供电设备6C系统讨论稿,四、检测的方式及装备,CCLM车载接触网运行状态监测装置,高速供电设备6C系统,四、检测的方式及装备,CCHM接触网悬挂状态检测监测装置,高速供电设备6C系统,四、检测的方式及装备,CPVM受电弓滑板监测,借助于高铁视频监控系统在接触网关键位置监控接触网和受电弓滑板状态,CCGM接触网地面监测系统,在接触网的特殊断面监测接触网的张力、振动、抬升量、线索温度、补偿位移等参数,