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【摘 要】3C 装置采用红外热成像、模式识别、图像处理等技术，实时检测受电弓及接触网运行的温度分布，在線分析接触网运行状态下的动态参数，综合准确定位及时发现弓网缺陷及故障隐患，并通过无线通信技术进行远程监测和缺陷报警。因此，3C 装置的应用是对接触网运行状态检测工作的有益探究。
【关键词】3C设备;弓网缺陷;状态监测;
1.前言
接触网由于受自然和检测因素的影响，运行状态中几何参数、电气参数常常出现偏离原始设计参数的情况，而当前应用的检测装置、检测方式又无法满足运行状态下的接触网弓网检测，所以必须有完善的弓网动态检测装置和检测方式，才能为高速铁路接触网运行的可靠性提供保证。
2.接触网运行常见弓网缺陷
接触网露天设置无备用，运行时牵引（负荷）电流变化大、车体振动剧烈，使接触网的弓网参数时常发生改变。接触网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，所以接触网运行状态常见弓网缺陷主要为两类：几何参数超标和电气参数超值。接触网硬点（电气参数）：接触硬点是造成机车受电弓离线的主要原因。由于导线上硬点的存在，造成弓网之间接触不良，电阻增大，离线瞬间产生高温电弧，电弧燃烧使接触线、受电弓的接触面出现电腐蚀，造成接触面积减少，影响接触线、受电弓的正常取流。当硬点高温电弧严重时可能烧断
接触线或损伤受电弓，导致主供回路断开，构成弓网事故。动态接触线拉出值超标（几何参数）：接触网拉出值是接触网众多参数中的关键性参数，它既是接触网悬挂核心参数，也是受电弓工作面接触参数，该值一旦超标，就有可能导致电力机车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。线岔弓网故障（几何参数、电气参数）：主要为打弓、刮弓、钻弓故障。打弓严重使受电弓整体损坏或连接、固定部位断开;刮弓严重直接损坏受电弓滑板;钻弓将破坏整个接触网悬挂、损坏受电弓。更严重的是线岔处发生弓网故障，多数属于大型的弓网事故，其事故波及范围大，接触网损坏程度高，处理起来难度大，影响列车运行时间长。
3.现行接触网弓网检测存在的不足
接触网运行状态下的弓网动态值必须在安全技术标准范围之内，超限界值将会引起弓网事故。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。
3.1当前接触网弓网检测设备
接触网冷滑动态检测：这是接触网全部竣工后，利用接触网检测车进行试验检测，是对接触网不受电条件下进行的机械、几何参数等动态综合检测。接触网热滑动态检测：即接触网在送电开通后，以不同运行速度，用接触网检测车在接触网带电情况下进行的机械、几何参数、电气参数等动态综合检测。高速弓网综合检测装置（C1）：安装在高速综合检测列车上，对运营高速铁路和提速干线原则上每 15 天一个周期进行的综合性实速动态综合检测（包括几何参数、电气参数）。此外，接触网检测车、DJJ-8 接触网激光检测仪等是供电段、工区周期性对接触网动态、静态状态下不受电的综合检测。
3.2当前接触网弓网动态检测存在不足
接触网弓网几何参数在运行状态下检测不完善。拉出值、始触区（线岔）等属于接触网几何参数，他们是接触网运行中与受电弓安全取流密切相关的结构性参数，必须完善参数检测的有效性。由于当前检测方式和手段的制约，导致测距点选择的不一致，引起数据误差、数据之别。接触线动态拉出值（之值）、始触区（线岔）范围，都应以运行状态下受电弓中心为检测测距点才更为有效、更为科学。动态拉出值超标、线岔处弓网故障都与检测方式不足有关。接触网弓网电气（过热、过载）参数在运行状态下检测不完善。燃弧次数、燃弧时间、燃弧率及接触网接点温度、线索温度等都属于接触网电气参数，他们是判断接触网电气回路是否完好、是否过载的依据。由于当前检测方式和检测装置无法检测接触网运行状态弓网电气（过热、过载）参数，所以也就无法保证接触网运行状态下电气回路完好。另外，接触网弓网运行状态实时检测、实时监控、超限数据发布、运行状态异常报警及走行定位等，这些都是当前接触网弓网检测中存在的不足之处。
4.车载接触网运行状态检测装置（3C）技术及应用
车载接触网运行状态检测装置（以下简称 3C 装置）安装在运营的电力机车（或者动车组）上，通过各路相机对弓网数据的自动识别，利用人工智能分析缺陷类型和级别，4G信号实时传输，实现了机车（或者动车）弓网状态运行即检测的全天候实时数据的动态检测，检测结果用于指导接触网状态维修，从而确保接触网维修品质和运行的安全可靠性。
4.1 3C 检测装置工作原理及功能
4.1.1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全视场红外热成像检测，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，实现车型系统走行定位;通过无线传输技术，将缺陷数据及时传输到地面控制中心，结合数据分析，指导接触网维修。
4.1.2软件功能
根据车辆运行状态，具备自动开始、终止检测功能;实时采集红外、局部、全景及定位信息等数据;
4.1.2.1红外热成像检测技术
红外热成像检测技术依据黑体辐射定律，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，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、锚段关节处，曲线区段、站场、区间衔接处以及中心锚结处，特别对道岔、分段、分相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。 4.1.2.2.模式识别与图像处理技术
模式识别与图像处理技术是利用采集的红外热成像数据、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、线索，关系结构等，在线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，对相关超限数据进行自动报警。
4.2.车载接触网运行状态检测装置（3C）技术优点及应用
4.2.1技术优点（突出优点展现）
4.2.1.1可以实现在线实时检测
3C数据接收与分析终端产品实时获取3C检测设备检测到的疑似缺陷和设备检测状态数据，对报警进行声光提示，通过地图方式对数据进行形象的展示，并直观呈现管辖范围内线路状态和缺陷处理状态，及时掌握3C装置检测位置。
4.2.1.2 可以远程视频回放功能
3C数据接收与分析终端产品能与车载设备连接，提供回放设备各路检测视频数据功能，实现发生故障时及时查看故障发生前后视频数据功能，提高故障排除效率。
4.2.1.3可以对缺陷报警数据管理
3C数据接收与分析终端提供缺陷数据综合管理功能，支持组织机构、线路、区站、公里标范围、时间范围等方式的组合查询功能，提供组织加设备的菜单树快捷查询功能，支持单条缺陷信息的详细分析和查看，提供对定位基础信息重新定位的编辑功能，提供对选择查询多条数据和单条数据导出报告功能。
4.3实际应用（典型缺陷的发现及报警）
4.3.1发现硬点、线夹打弓类隐性缺陷
硬点、硬弯及线夹打弓为接触网日常巡视肉眼所不能发现的隐性缺陷，3C设备可以清楚发现并报警，结合检修处理，提高了受电弓的取流质量及减少打弓故障的发生。
4.3.2动态下拉出值的超限缺陷
列车在运行当中的弓网关系比在静态测量数据分析复杂的多，存在变量因素较多，往往静态测量下的数据未超标准，但在动态情况下，3C设备监测发现数据超限并报警，就有效的杜绝人为分析出现的漏洞，有效的防止了因拉出值超标造成的故障。
4.3.3绝缘器动态燃弧缺陷
静态下绝缘器的状态与动态下绝缘器的状态有很大的区别，燃弧更是静态下所不能发现的，3C设备的应用，此类缺陷的报警准确率报警几乎为100%，通过检修及调整，减少了此类现象的发生，杜绝了因燃弧造成分段绝缘器烧伤及击穿的供电故障。
5结束语
电气化铁道技术的应用给人们带了便利的同时也带来了诸多问题，接触网供电故障就是其中主要一项，出现供电故障在所难免，但可以利用各种监测及检测技术，做到有效预防。这篇关于3C设备新科技在接触网检修作业中的应用及影响的介绍及论述，旨在通过研究新设备、新技术，指导接触网的日常的检修及维护，杜绝接触网供电故障，提高接触网的供电可靠性。
参考文献：
[1]刘雪丽.接触网停电检修作业地线防误操作安全管理系统的研发[D].西安理工大学，2019.
[2]栾维壮.地铁接触网检修作业及隧道冲洗综合车的研发[J].科技创新与生产力，2017（07）：112-115.
[3]陶凯.基于PCI总线的接触网检修挂接地线信息收集卡的研制[D].西安理工大学，2017.
[4]张甜.接触网检修作业防误挂接地線监测装置的研制[D].西安理工大学，2017.
[5]李炜.电气化铁路防误送电的开关设计研究[D].北京交通大学，2017.
[6]赵力，李永哲，任涛龙.适用于接触网集中修模式的接触网检修作业车研制[J].机车电传动，2016（01）：49-52.
[7]刘金明，刘堂红，苏新超.强侧风条件下接触网检修作业车气动性能研究[J].铁道科学与工程学报，2015，12（04）：905-910.
[8]周萌.利用生产调度信息系统精益管理电气化铁路接触网的检修维护[D].兰州大学，2010.
（作者单位：神华新准铁路有限责任公司）
【关键词】3C设备;弓网缺陷;状态监测;
1.前言
接触网由于受自然和检测因素的影响，运行状态中几何参数、电气参数常常出现偏离原始设计参数的情况，而当前应用的检测装置、检测方式又无法满足运行状态下的接触网弓网检测，所以必须有完善的弓网动态检测装置和检测方式，才能为高速铁路接触网运行的可靠性提供保证。
2.接触网运行常见弓网缺陷
接触网露天设置无备用，运行时牵引（负荷）电流变化大、车体振动剧烈，使接触网的弓网参数时常发生改变。接触网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，所以接触网运行状态常见弓网缺陷主要为两类：几何参数超标和电气参数超值。接触网硬点（电气参数）：接触硬点是造成机车受电弓离线的主要原因。由于导线上硬点的存在，造成弓网之间接触不良，电阻增大，离线瞬间产生高温电弧，电弧燃烧使接触线、受电弓的接触面出现电腐蚀，造成接触面积减少，影响接触线、受电弓的正常取流。当硬点高温电弧严重时可能烧断
接触线或损伤受电弓，导致主供回路断开，构成弓网事故。动态接触线拉出值超标（几何参数）：接触网拉出值是接触网众多参数中的关键性参数，它既是接触网悬挂核心参数，也是受电弓工作面接触参数，该值一旦超标，就有可能导致电力机车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。线岔弓网故障（几何参数、电气参数）：主要为打弓、刮弓、钻弓故障。打弓严重使受电弓整体损坏或连接、固定部位断开;刮弓严重直接损坏受电弓滑板;钻弓将破坏整个接触网悬挂、损坏受电弓。更严重的是线岔处发生弓网故障，多数属于大型的弓网事故，其事故波及范围大，接触网损坏程度高，处理起来难度大，影响列车运行时间长。
3.现行接触网弓网检测存在的不足
接触网运行状态下的弓网动态值必须在安全技术标准范围之内，超限界值将会引起弓网事故。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。
3.1当前接触网弓网检测设备
接触网冷滑动态检测：这是接触网全部竣工后，利用接触网检测车进行试验检测，是对接触网不受电条件下进行的机械、几何参数等动态综合检测。接触网热滑动态检测：即接触网在送电开通后，以不同运行速度，用接触网检测车在接触网带电情况下进行的机械、几何参数、电气参数等动态综合检测。高速弓网综合检测装置（C1）：安装在高速综合检测列车上，对运营高速铁路和提速干线原则上每 15 天一个周期进行的综合性实速动态综合检测（包括几何参数、电气参数）。此外，接触网检测车、DJJ-8 接触网激光检测仪等是供电段、工区周期性对接触网动态、静态状态下不受电的综合检测。
3.2当前接触网弓网动态检测存在不足
接触网弓网几何参数在运行状态下检测不完善。拉出值、始触区（线岔）等属于接触网几何参数，他们是接触网运行中与受电弓安全取流密切相关的结构性参数，必须完善参数检测的有效性。由于当前检测方式和手段的制约，导致测距点选择的不一致，引起数据误差、数据之别。接触线动态拉出值（之值）、始触区（线岔）范围，都应以运行状态下受电弓中心为检测测距点才更为有效、更为科学。动态拉出值超标、线岔处弓网故障都与检测方式不足有关。接触网弓网电气（过热、过载）参数在运行状态下检测不完善。燃弧次数、燃弧时间、燃弧率及接触网接点温度、线索温度等都属于接触网电气参数，他们是判断接触网电气回路是否完好、是否过载的依据。由于当前检测方式和检测装置无法检测接触网运行状态弓网电气（过热、过载）参数，所以也就无法保证接触网运行状态下电气回路完好。另外，接触网弓网运行状态实时检测、实时监控、超限数据发布、运行状态异常报警及走行定位等，这些都是当前接触网弓网检测中存在的不足之处。
4.车载接触网运行状态检测装置（3C）技术及应用
车载接触网运行状态检测装置（以下简称 3C 装置）安装在运营的电力机车（或者动车组）上，通过各路相机对弓网数据的自动识别，利用人工智能分析缺陷类型和级别，4G信号实时传输，实现了机车（或者动车）弓网状态运行即检测的全天候实时数据的动态检测，检测结果用于指导接触网状态维修，从而确保接触网维修品质和运行的安全可靠性。
4.1 3C 检测装置工作原理及功能
4.1.1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全视场红外热成像检测，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，实现车型系统走行定位;通过无线传输技术，将缺陷数据及时传输到地面控制中心，结合数据分析，指导接触网维修。
4.1.2软件功能
根据车辆运行状态，具备自动开始、终止检测功能;实时采集红外、局部、全景及定位信息等数据;
4.1.2.1红外热成像检测技术
红外热成像检测技术依据黑体辐射定律，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，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、锚段关节处，曲线区段、站场、区间衔接处以及中心锚结处，特别对道岔、分段、分相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。 4.1.2.2.模式识别与图像处理技术
模式识别与图像处理技术是利用采集的红外热成像数据、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、线索，关系结构等，在线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，对相关超限数据进行自动报警。
4.2.车载接触网运行状态检测装置（3C）技术优点及应用
4.2.1技术优点（突出优点展现）
4.2.1.1可以实现在线实时检测
3C数据接收与分析终端产品实时获取3C检测设备检测到的疑似缺陷和设备检测状态数据，对报警进行声光提示，通过地图方式对数据进行形象的展示，并直观呈现管辖范围内线路状态和缺陷处理状态，及时掌握3C装置检测位置。
4.2.1.2 可以远程视频回放功能
3C数据接收与分析终端产品能与车载设备连接，提供回放设备各路检测视频数据功能，实现发生故障时及时查看故障发生前后视频数据功能，提高故障排除效率。
4.2.1.3可以对缺陷报警数据管理
3C数据接收与分析终端提供缺陷数据综合管理功能，支持组织机构、线路、区站、公里标范围、时间范围等方式的组合查询功能，提供组织加设备的菜单树快捷查询功能，支持单条缺陷信息的详细分析和查看，提供对定位基础信息重新定位的编辑功能，提供对选择查询多条数据和单条数据导出报告功能。
4.3实际应用（典型缺陷的发现及报警）
4.3.1发现硬点、线夹打弓类隐性缺陷
硬点、硬弯及线夹打弓为接触网日常巡视肉眼所不能发现的隐性缺陷，3C设备可以清楚发现并报警，结合检修处理，提高了受电弓的取流质量及减少打弓故障的发生。
4.3.2动态下拉出值的超限缺陷
列车在运行当中的弓网关系比在静态测量数据分析复杂的多，存在变量因素较多，往往静态测量下的数据未超标准，但在动态情况下，3C设备监测发现数据超限并报警，就有效的杜绝人为分析出现的漏洞，有效的防止了因拉出值超标造成的故障。
4.3.3绝缘器动态燃弧缺陷
静态下绝缘器的状态与动态下绝缘器的状态有很大的区别，燃弧更是静态下所不能发现的，3C设备的应用，此类缺陷的报警准确率报警几乎为100%，通过检修及调整，减少了此类现象的发生，杜绝了因燃弧造成分段绝缘器烧伤及击穿的供电故障。
5结束语
电气化铁道技术的应用给人们带了便利的同时也带来了诸多问题，接触网供电故障就是其中主要一项，出现供电故障在所难免，但可以利用各种监测及检测技术，做到有效预防。这篇关于3C设备新科技在接触网检修作业中的应用及影响的介绍及论述，旨在通过研究新设备、新技术，指导接触网的日常的检修及维护，杜绝接触网供电故障，提高接触网的供电可靠性。
参考文献：
[1]刘雪丽.接触网停电检修作业地线防误操作安全管理系统的研发[D].西安理工大学，2019.
[2]栾维壮.地铁接触网检修作业及隧道冲洗综合车的研发[J].科技创新与生产力，2017（07）：112-115.
[3]陶凯.基于PCI总线的接触网检修挂接地线信息收集卡的研制[D].西安理工大学，2017.
[4]张甜.接触网检修作业防误挂接地線监测装置的研制[D].西安理工大学，2017.
[5]李炜.电气化铁路防误送电的开关设计研究[D].北京交通大学，2017.
[6]赵力，李永哲，任涛龙.适用于接触网集中修模式的接触网检修作业车研制[J].机车电传动，2016（01）：49-52.
[7]刘金明，刘堂红，苏新超.强侧风条件下接触网检修作业车气动性能研究[J].铁道科学与工程学报，2015，12（04）：905-910.
[8]周萌.利用生产调度信息系统精益管理电气化铁路接触网的检修维护[D].兰州大学，2010.
（作者单位：神华新准铁路有限责任公司）