电气化铁道的检测技术.doc

电气化铁道的检测技术我国现有电气化铁路约15896km，而且正以每年约500700km的速度在建设着。预计到2010年将建成20000km的电气化铁路，届时约占全国路网的3035，完成铁路总运量的6570，其中高速或准高速电气化铁路将达到6000km。在电气化铁道出现的事故中，无备用的接触网发生的事故占了很大比例。接触网状况的好坏直接关系到电气化铁道能否安全运营。为了适应电气化铁路工程运营和发展的需要，研制检测接触网性能的测试技术和数据处理系统，对实现全面质量管理、保证安全运营和加速铁路电气化的进程，具有重要的现实意义。接触网参数检测设备可以对反映接触网运行状况的参数进行检测，检测结果能正确反映接触网的运行状态，为接触网的维护、调整提供科学依据。多功能的检测设备可以安装在专用车辆上，成为接触网检测车，简单的检测设备也可以人工携带。随着接触网检测技术的不断进步，接触网检测车也在日新月异地发展，成为接触网参数的主要检测设备。接触网投资大、事故多，设备质量要求高。在当前铁路运输极端繁忙，列车运行速度日益提高的情况下，如何选择性能优良的悬挂结构和与之相匹配的受电弓；如何发现隐患，保证安全运营；如何提高接触网的工程质量，降低造价和加快建设速度，是当前急需解决的问题。实际上，在列车高速运行中，检测接触网自身结构及受流系统的各项机械和电气参数，是借以评价接触悬挂和受电弓的性能以及接触网工程和运营质量的重要手段。要保证受电弓与接触网的良好接触和可靠受流，除了对接触悬挂的设计、施工和运营必须具有一定的要求外，在运营过程中必须进行一系列检测工作。以便及时发现隐患，克服接触悬挂在某些环节中存在的问题，保证接触悬挂处于良好的工作状态。同时，只有借助于对受流的检测，才能评价接触悬挂与受流质量的好坏。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可靠地不间断地供应电能。其供电的特点是：1.电力机车受电弓对接触线滑动接触；2.受电弓为具有一定运行速度的接触触头，在达到一定速度时它将会导致与接触线的脱离形成离线；3.接触悬挂为一个弹性结构，而其弹性性能沿跨距必然具有不同程度的差异性；4.受电弓在正常运行时对接触线会有一定的抬升力，在某些情况下会产生垂直加速度；5.接触网为露天装置，在强风作用下会产生偏移或舞动，在某些情况下会产生刮弓故障。在电气化铁道出现的事故中，无备用的接触网发生的事故占了很大比例。接触网状况的好坏直接关系到电气化铁道能否安全运营。接触网参数检测设备可以对反映接触网运行状况的参数进行检测，检测结果能正确反映接触网的运行状态，为接触网的维护、调整提供科学依据。接触网检测技术发展最早的是前联邦德国，早在1951年就在线路上进行了包括空气动力、受电弓特性和质量、接触悬挂的振动及受流的实验。其后法国对实际线路的受流实验也做了大量工作，取得了改进接触悬挂和受电弓性能实验的良好效果。英国的各种试验是在实验室内的试验线路上进行的，其实验设备的比例虽有缩小，但各种试验装置及设备都是行之有效的。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，安装了检测设备的专用车辆，称为接触网检测（试验车）或巡检车。随着接触网检测技术的不断进步，接触网检测车也在日新月异地发展，成为接触网参数的主要检测设备。简单的检测设备也可以人工携带。日本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lOOkmh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270kmh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160kmh的运行速度下对接触网的动态参数进行检测。德国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。我国自己开发生产接触网检测车始于2O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。例如我国目前的JJC系列接触网检测车。1.JJC-1型接触网检测车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JJC1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一2型接触网检测车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JJC1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1lOkmh。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一2型接触网检测车或同档次车。3.JJC一3型接触网巡检车在JJC一2型接触网检测车的基础上增加动力便演化成为JJC一3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一3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一1型接触网检测车所检测的参数相当，检测速度能达到1lOkmh，对车辆进行改造后可以达到140kmh。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将JJC一3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一4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。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。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。在静止状态下接触线和受电弓具有良好接触。在低速运行条件下，它近似于静止状态，一般能保证接触线对受电弓的正常受流。但是当列车运行速度超过160km/h时，因接触悬挂沿跨距的弹性不均匀以及受电弓的影响，会使受电弓在垂直方向产生具有一定振幅的振动，从而使接触线与受电弓之间的接触压力产生变化。在接触压力趋近于零值或者小于零值时，会导致离线，受流被破坏，这就是受流的不良状态。在我国，接触网运营里程长、车流密度大、车速相对较低，维修接触网的天窗点少且时问短，对接触网检测设备的要求如下。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.向高速发展3.接触与非接触检测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。4.先进传感器的应用为了使接触网检测时使用的受电弓的弓头质量与实际电力机车的弓头质量相当，要求受电弓上安装的传感器尽可能地少，且重量要尽可能地轻，以适应高速检测的要求。如检测拉出值使用的接近传感器、检测定位点位置的红外光电传感器、检测弓网冲击的加速度传感器、检测接触线高度的绝对编码器等。这些传感器体积小、重量轻、反应时问短、可靠性高、寿命长。5.检测结果以多种方式输出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，还可以用曲线方式输出检测结果。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。在评价接触悬挂受流佳能优劣与否时，一般要进行行以下几个方面的静特性和动特性测试：接触线的高度，包括轨面以上接触线的高度变化曲线；在运行中接触悬挂的弹性性能及受电弓的实际运行轨迹；沿跨距内接触线和受电弓间的接触压力；接触悬挂受电弓振动系统的最大振幅；受电弓在高速运行中沿铅垂方向及顺线路方向的振动及冲击值；接触悬挂和受电弓的接触状态，即离线次数及离线燃弧的持续时间；受电弓的静态特性和动态特性（在动态特性中包括抬升力和空气动力的测量）。除此之外，为保证受电弓的均匀瘩耗、安全运行和维护的需要，还应测置出以下若干项目：接触线拉出值及偏移值，包括拉出值的超限值及极限值；在线岔始触区两组接触线的高差；在锚段关节及道岔处接触线的相对位置；在定位点处定位管的侧斜度；接触线的磨耗（包播剩余直径的平均值、磨耗允许的限界值以及特殊区段的偏磨等）；特殊硬点测量（区分绝缘器等）；在流过最大持续电流时接触线的温升；在紧密运行状态下馈电区首未端接触网的电压水平等。在进行以上测试过程中应同时记录测试状态，即测量中的运行速度、测计点的位置（支柱杆位）、测记的区间以及测试的日期、时间、车次和当时的气象条件等。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评价受流质量，测试内容也更加广泛。同时为了获得准确的测试结果，其测试手段和技术也日趋完善和现代化，接触网参数检测设备可以对反映接触网运行状况的参数进行检测，检测结果能正确反映接触网的运行状态，为接触网的维护、调整提供科学依据。接触网检测及数据处理框图接触网检测系统，一般包括以下若干部分。1信号检测系统信号检测系统包括检测接触网技术参数的项目、原理及其实现方法，上图中左侧所列的检测项目，其每种检测项目都是根据其自身的特点，设计、研制或选择与之相适应的传感器或传感元件，以实现定性或定量的测定，即把各种机械量、物理量或开关量转换成与数据传输及计算机接口相匹配的电气信号。接触网检测信号就其内容和功用而言，可分为三种类型：1）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振幅及振动（冲击）、受电弓运行轨迹及离线状态等（见图检测系统中的虚线框内的项目）。其目的是为设计和选择性能优良的受电弓技术参数及接触悬挂类型提供理论和实践数据。2）状态性检测这是对已投入运行的电气化线路检测接触悬挂的工作状态，以便及时发现隐患，消除各种故障，保证安全运行。检测项目有：接触压力、离线状态、导线磨损、网压状态、接触线高度、拉出值、线岔设置情况以及定位管坡度等。其目的是为保证安全运营，给维护管理提供检修依据。3）工程性检测这是在冷滑阶段的检测，在调整阶段借以检查工程质量，发现工程弊病，找出工程隐患，提高施工质量。检测项目有：接触线高度、拉出值、定位管坡度、悬挂硬点、导线接头质量以及线岔始触区两接触线高度等。其目的是为了提高工程质量，为进行悬挂调整和开通试验及交接验收提供依据。上述三种检测，在内容上各有异同点和侧重点，这是基于研究（含设计）、运营及工程部门的不同要求，达到各自相应的检测目的。2信号隔离与传递系统信号隔离与传递系统是检测系统与数据处理系统的传递通道和纽带，图中的电光及光电的转换部分。在进行接触网测试和数据处理的过程中，还有一个需要解决的问题，就是高、低压侧信号隔离与传递的问题。接触网测试设备的测量装置的信号，大部分取自接触网，而接触网又是具有25kv的高电压。为了把从高压侧测量到的信号传递到低压侧，就必须采用可靠的隔离措施，即将高压侧的检出装置和低压侧的测量装置分开。综合各圉的测试情况，目前采用的隔离技术措施有三种方式：1）隔离（绝缘）变压器方式采用隔离变压器将测量值由高压侧经电磁耦合变换到低压侧，其优点是结构简单、易于实现。它的缺点是体积大、安置困难、维修麻烦。现在广泛用于电源信号的变换。2）无线电发送、接收方式无线电发送、接收方式是将高压侧的测量信号经过调频后发送出去。低压侧接收后经过检波再变换复原成原信号。半导体电子器件具有体积小、重量轻、耗电少和耐振动等优点，并且有成熟的使用经验。在我国初期研制的接触网测试装置中曾利用这种方式，但是无线的发送和接收电路是属于弱电线路，容易受干扰，特别是在直接测量25kV高压接触网达到信号时，更是增加了抗干扰的难度。3）光通信方式光通信方式又分为波形传送方式和数字传送方式。波形传送方式传送模拟信号，数字传送方式则传送的信息是数宇化的状态信号。光通信采用的主要部件是光纤（或光缆），其原理示意图如图示。光通信是解决高低压隔离和信息传输非常理想的途径，它具有衰耗小、容量大、频率特性好、寿命长、速度快、可靠性高以及抗干扰能力强等优点。光通信方式还包括一种不用光纤的空气隔离，就是高压侧发射出经调制的数字光束，低压侧接收后再复原成数宇电信号。由于接触网检测具有信息量集中、通信距离短等特点，这种方式具有无损耗、无衰减等优点，故得到广泛采用。由此可见，利用光作为媒介，对于解决接触网的电磁干扰问题，是十分理想的高低压侧信号的隔离与传递措施。3数据采集系统数据采集系统是接触网检测中的重要组成部分。在计算机应用中，无论是检测系统、控制系统、数据处理系统，都要解决如何将信息数据、状态数据、测量数据等采集到微型计算机中去的问题，以便进行变换及处理。数据采集实际上是“计算机输人”，因而可以用微型计算机的输人输出技术解决，例如用中断技术及程序查询方式等。数据采集的对象，数据采集的类型一般包括数字量、开关量及模拟量。1）数字量采集数字量是用一串二进制数据来表示采集量值的大小。一般外设的数据输人、计算机通信及检测系统的数据输入都采用数字量方式。数字量输人可以采用并行或串行方式。并行方式适用于近距离数据采集，串行方式适用于远距离通信。2）开关量采集开关量是用“1”和“0”（用一个信号高电位和低电位）表示的外界信息状态。开关量的采集可以有两种方式，即查询技术和位控技术。计算机读人后判断每一位是否发生状态变化，以作相应处理。3）模拟量采集模拟量实际上是无穷个连续状态的信号量，它必须转换为若干位数字量后再送到微型计算机中。数据采集系统是将数字量、开关量和模拟量综合变换处理的软硬件相结合的系统。它是将被检测的信号快速而有秩序地送人微型计算机。4接口系统接口系统是为解决微型计算机与外部世界（设备）连接并能按要求进行数据传递的技术设备。因此，接口技术包含合理地选择总线型式、接口电路及编制相应的接口程序。在硬件和软件的配置上时常会有很多矛盾，接口系统是综合实际运行需要而设置的技术合理、经济性好、功能强的微机与外设的连接系统。5数据处埋装置由专门的传感设备测试到的量值一般都是模拟量。为了便于识别和使用，特别是对于某些超限数值，必须能够准确、迅速地取出来，并使之数字化。前图为空气动力、弓线接触压力、接触线相互位置、接触线高度、拉出值、接触悬挂硬点、接触线磨耗、线岔状态以及离线等测试项目的数据处理框图。数据处理系统，就是利用微机进行多功能数据变换及处理的系统。根据实际运行速度和处理内容及处理精度要求的不同，分为单机系统、复机系统和多机系统。它是把各种信号进行换算和计算，并和标准量逆行比较，把信号中超限的量值传送给存储设备及输出设备。6数据记录、显示和终端除了专用测试设备以外，还有显示和记录装置。这些装置包括打印机、各类示波器描笔仪、阴极摄像管摄影装置、显示器、录像仪及工业电视装置等。数据记录最直观的形式是打印。数据处理系统的结果可以直接送打印机打印。显示包括数字显示和运行状态显示。数字显示是直接显示计算机经运算的检测结果。运行状态监视是一次性的显示，在不录像的情况下，直接从屏幕上观察受电弓和接触悬挂的运行状态。11.2检测项目及原理接触网的检测，就整个系统的信号而论，可分为检测信号、补偿信号和定位信号几种。检测信号是从被检测对象那里摄取的信号信息，这些信息的获取方法是由被检测对象的性质和特点所决定的。在接触网工程中，主要检测项目的检测方法及检测性能列于表1121中。序号检测项目检测方法检测性能1接触线拉出值用微型光电或电磁接近检测器测量，检测器间距为1020mm检测范围：500mm；分辨率10mm；误差：20mm2接触线高度随着受电弓上、下升降运动，在主轴上安装一个角位移传感器，由其电量输出检测出受电弓的高度变化测量范围：53706500mm；分辨率：5mm；误差：10mm3定位管坡度用安装于受电弓两肩部的光电检测器检测定位管的倾斜角度检测范围：大于1:10或小于1:6时为不合格，测定定位管坡度（定性或定量检出坡度值）4线岔在受电弓两端安装高差为50mm的光电感应器，检测在线岔始触区两接触线之高差测量范围：50150mm；分辨率：50mm5离线状态利用受电弓与接触线的接触与脱开时的电阻变化，来决定弓线分离或接触的程度测量范围：11000ms；9分辨率：lms6悬挂硬点在受电弓中部，在其下侧安装一个二维或两个单维加速度传感器，检测受电弓矗直方向或沿线路方向的振动和冲击值测量范围：0150g；检测受电弓上下和前后的加速度值，分辨率：1g7接触压力在受电弓托架上面，在四个角安装四个接触压力传感器（或四个加速度传感器）检测范围：200N；分辨率：0.5N；误差：1N8接触线磨耗（1）工业电视及CCD检测法（2）用激光照射，反射系统检测（3）用涡流测量接触线中的电流密度来计算其截面测量范围：接触线残存表面宽度；检测精度：2mm9接触网网压用电压互感器、分压设备经变换直接测得接触网网压检测范围：1730kV；分辨率：10V；误差：5V10导线温度用红外测量仪实施控制定点检测检测范围：10100；误差：111支柱位置用多普勒微波雷达装置（或用激光和光电变换元件）检测输出的杆位信息检测范围：09999；无误差12距离采用光电转轴编码器，给出每转的脉冲数，根据距离与脉冲，由软件合成检测距离不受限制；误差：0.113速度用光栅或光电转轴编码器组成的距离传感器（或光栅）安装在车轴上，随车轮转动，每周产生2002000个距离脉冲，并与时钟配合，给出mmms值测量范围：0500kmh；误差：1.0下面就其主要项目的检测原理进行阐述。接触线拉出值（pulloutvalue）的检测在电气化铁路上，为了延长受电弓的使用寿命，使滑板磨耗均匀，接触线在线路的直线区段被布置成之字形，在曲线区段被布置成折线的形式，而且此折线一般与受电弓中心的行迹相割或相切。这种折线在定位点处接触线距受电弓中心线行迹的距离称为拉出值（或称伸出值）。在直线区段上，接触线在定位点处相对于线路中心的偏移距离，称为之字值。为简便起见，统称为接触线拉出值（或称为偏拉）。显然，接触线拉出值如果设置得太小，则达不到均匀滑板磨耗和延长受电弓寿命的目的。如果拉出值设置得太大，在某些情况下，如遇到最大风时，接触线在某些部位就会超出受电弓的有效工作长度，而造成刮弓或钻弓事故。同时，在接触网架设以后，有时也会因为金具零件的松动、气温的变化以及支柱倾斜等，使得接触线拉出值超出设计值（标准值），在某些偶然条件下，就会出现事故。为了避免上述现象的发生，要经常检测接触线拉出值的大小及其变化。接触线拉出值检测的方法是在模拟受电弓滑板上安装电子接近检测器（电磁式、光电式或光纤式）实现的，如图所示。接出值检测原理接近检测器使用中接触线不与其直接接触，而是利用涡流的电磁感应（或光敏感应）原理实现位置检测，其感应原理如下图所示。感应式接近传感装置原理图当在某一个电子接近检测器上方有接触线时，便产生感应电流，同时产生电压输出信号。这种接近检测器的特点是不受导线磨压，不受气象条件、昼夜及线路情况（有无隧道）等条件的限制，动作灵敏可靠。为了确定导线的位置，在模拟弓上每隔1020mm装一个检测器。例如，当接触线在第9号检测器上面时，就会使第9号检测器产生一个信息，并根据编码器产生一个相应位置的代码送人微型计算机，并经变换处理打印一个确定的接触线距受电弓中心90mm或180mm的距离数值。1接触线高度（contactwireheight）的测量接触线高度测量有两个方面的意义。首先是在静止状态下，测量接触线保持的应有高度，其最高位置不能超过6450mm，最低位置应满足能通过国家规定的最大超限货物而保持5370mm。静态测量首先是为工程和维修单位提供参考数据；其次是在运行状态下，即在列车运行中测量受电弓沿接触线的运行轨迹，为研究接触悬挂的质量和受电弓的性能以及受流状态提供分析资料。目前，接触线高度的检测较广泛地采用角位移传感器（机械部件的的旋转传递到角位移传感器的轴上，带动与之相连的扰流片/铁心，改变线圈中的感应电压/电感量，输出与旋转角度成比例的电压/电流信号。当质点做圆周运动时，质点所在半径转过的角度与所用时间t的比值就是角速度的大小。）。角位移传感器的基本原理是应用电应变原理，将角度变化的机械量（旋转角度）线性地转换为与之相对应的电气量（电压或电流），以便输出，作为检测的依据。例如将角位移传感器安装于受电弓的主轴上，或安装于与主轴相连的四连杆上，随着主轴的转动，即可直接获得测量信号。应该指出，若安装于主轴上，传感器是带高压电的，因此它必须经过能进行光电变换高低电压的隔离回路，这种回路必须考虑信号的衰减和复原。如果角位移传感器安装于由主轴带动的绝缘连杆（类似于四连杆机构）上，就非常简单了。但也有缺点，即机械的转动及同步会影响其精度，在具体实现时要考虑这些实际问题。定位管坡度（gradientoflocationtube）的检测定位器是支持和确定接触线相对于线路中心线的横向位置的装置。接触线拉出值就是靠定位器的支持（拉、压）来实现的。为了避免在受电弓通过定位器时因抬起接触线造成受电弓滑板撞击定位器，其连接定位器的定位管是以1:10（或1:6）的坡度来安装的。早期检测定位管安装坡度的方法是在距受电弓中心一定距离的地方（一般为550600mm）安装触针式检测器，以检测定位管在动态状态下的坡度（固有）。触针式检测器实际上是一个带有触针的微型接触器。当某一触针接触到定位管时，微型接触器动作，同时，可以测得从受电弓中心到接触线的距离，进而计算出接触线到相应触针的距离；根据触针长度就可以算出定位管安装的坡度。触针式检测器存在两个问题：其一，在运行中定位管打到触针的位置不同，如打到5mm的位置或10mm的位置，甚至30mm的位置时，其输出结果是相同的，所以，这只是一种定性的检测，无法检测定位管坡度的精确数值。其二，触针不能适应在高速下检测，如触针刚度过高，会被定位管打断；如触针柔性过大，会被定位管打弯，就会失去效用。目前是采用激光技术检测定位管坡度，被采用的激光器是一种可调制检测距离的激光器，它的检测距离可设定为50500mm，在此距离范围，当遇到定位管时，可以确定出激光检测器距定位管的实际距离d值，如图所示。电激光检测定位管坡度示意图1一定位管；2一支持器；3一激兆检测器同时，根据对拉出值的检测，又可以知道该点的拉出值，因而，可以计算出定位管的坡度值，其算式为arctant定位管的坡度角度；d激光检测器测得距定位管的实际距离（mm）；e定位线夹或支持器的高度（mm）；b激光检测器距受电弓中心的安装距离（Inm）；a该定位点被检测出的实际拉出值（mm）。线岔（contactwirescross）检测在道岔处，出现两组甚至两组以上的接触悬挂的交叉。在悬挂交叉过程中，受电弓在通过道岔时，当由一股道向岔尖方向通过时，必须先接触另一组悬挂。在刚接触另一组悬挂时，往往会因为两组悬挂交角太小或其他原因，在一组悬挂被抬高后，另一组悬挂不能相应抬高，而造成钻弓。所以，必须经常检测线岔处受电弓对另一组接触线的始触状态（在始触点处两组接触线是否等高）。检测的目的是防止钻弓。检测方法是在受电弓两端肩部各安装23个检测器。如果为了提高检测精度，可以在受电弓两肩部划分较多的区域，即安装数量较多的检测器。当在受电弓通过始触区时，若第一个检测器出现信号时，说明在极限范围内，当第三个检测器动作时，说明超过标准，必须立即调整。离线（deviationwire）检测离线是指在电力机车运行中，其受电弓与接触线的机械脱开。电力机车上的受电弓和接触悬挂都是具有一定弹性的电气设备及供电装置。由于接触悬挂沿跨距的悬挂弹性不均匀，如接触线的接头线夹、定位线夹、中心锚结线夹以及分段绝缘器等处都会造成硬点发生离线。另外，从受电弓方面看，在机车运行达到一定速度时，受电弓自身就要产生垂直方向的加速度，从而引起接触悬挂的振动，由此使得二者的良好接触遭到破坏，使受电弓在运行状态中不能很好地与接触线接触，造成弓线脱离。离线是一种不正常的运行情况。这种机械性脱离就意味着断电，因而伴随着火花电弧的产生。这种现象除对沿线通信线路产生干扰外，还会加剧受电弓滑板与接触线的磨耗，严重时甚至会中断接触线对电力机车的供电。离线的原因是多方面的，但是起决定性影响的是受电弓和接触悬挂的质量，故离线就成了衡量受流质量、受电弓及接触悬挂质量的重要指标。离线检测装置就是获得这项指标的测量设备。离线是受流质量恶化的重要特征之一。体现这一特征的指标是离线率，可表示为Cs100式中T在测量区间内受电弓通过的时间；Ts在测量时间T内，受电弓滑板从接触线上脱开的时间的总和。所有测量设备方案都是根据被测对象的特征来决定的。但是，每种被测对象一般都同时具有多种特征，到底利用哪种特征，就必须根据特征是否鲜明、获取是否容易、测量是否准确、元件是否具备等诸项因素综合考虑。测量离线时是这样，测量其他项目的时候也是如此。发生离线时有如下特征：机车受电弓在牵引状态下离线时会产生电弧，发生强烈的紫外线光；离线时伴有高频电磁波产生；测量用受电弓（不受流的受电弓）离线时产生火花，火花电流变化陡峭；测量用受电弓离线时，受电弓与接触线间的电阻变大。利用上述四种特征都可检测出离线信号，但分析以上四种特征，选择哪一种作为离线检测的依据好呢？这里有一个条件和准确度的问题。在利用第一种特征作为测量的依据时，就必须把测量设备安装在机车上，而接触网其他参数的测量设备是安装在试验车上的，这就不便于同时集中记录各项参数。若采用第二种特征作为测量的条件时，就必须试制出选择性极高、防干扰能力特强的接收装置，要实现这一点，一是难度较高，二是效果不一定好。利用第三种特征作为测量的依据时，则存在一个严重的问题，就是当机车在惰行（即不受流）时即使不离线也有高频火花产生。利用火花电流变化陡峭的第三种特征制造的装置，不能有效地防止来自机车的干扰，且在接触网无电时又不能测量。因此，这里介绍的我图研制的JLY1型离线检测装置是利用第四种特征，即利用离线时受电弓与接触线间的电阻变大的基本原理，来实现离线的测量。在利用此特征时考虑到人身和设备的安全，采用了高压电容将设备和接触网隔离。下面简要分析一下这种离线检测的基本工作原理。下图是受电弓串联高压电容的基本回路及发生离线时火花产生的物理变化过程。（a）申联原理电路（b）火花产生过程串联电容电路的原理当受电弓与接触线接触时，它们之间的电阻就是接触电阻，这时的接触电阻接近于零，其过程也可用下述方法简略表示：离线瞬间电压不变，电阻变为。随着接触网电压的变化，受电弓与接触网间产生电位差击穿空气间隙，产生火花，此后电阻逐渐下降到一定数值，如图中t0、t1、t2时的u0、u1、u2所示，并通过火花路径向电容器充电（或放电），使两者间的电压接近，达到新的平衡。电容器上瞬间电压保持的时间（t0t1）由受电弓和接触线的离线距离及接触网电压上升（或下降）的速度（额定电压和频率）决定。电容器充（放）电的时间（火花的维持时间）由受电弓和电容器回路中的时间常数决定。上述即为受电弓串接电容CG时，在离线中火花电阻变化的全过程。若能准确可靠地记录这一短暂的过程，就可实现测量离线的目的。下图是离线测量回路，其中图（a）是在受电弓与电容器串联的回路中加人一个信号源us和检测装置J，这就构成了所谓的串联测量回路。当受电弓与接触线接触时，J中流过的电流大，一旦离线时J中流过的电流小。图中CD为接触网对地实际存在的均布电容，其值与接触线、承力索相对地面的距离以及它们之间的相互位置有关。信号源us为测量回路提供电流源is，在考虑电流is流动过程的同时，还必须注意到离线时高频火花电流的流动过程。离线时，因回路电阻变大，信号us的电流变小。照理，检测装置J中测到的信号应该变小，但由于离线产生的高频火花电流十分强烈，它通过CG流人J中，反而使电流变大。要想区分这两种信号，一是增大us信号源的功率，二是检测装置J要采用严格的选频环节，这就为实现检测回路带来了困难。如果把上面的串联电路改为如图（b）所示的并联电路，就可使两种信号在时间上的矛盾统一起来。图（c）为图（b）的等值电路，由此可以知道，当受电弓与接触线接触时，由CG一受电弓一CD构成的支路与检测装置J并联。由于此支路的us的阻抗很小，就旁路了流人J中的电流，使J中的电流很小。在离线时，CG一受电弓一CD支路中的阻抗变大，us产生的电流大部分流入J中，且此时产生的高频火花电流（亦可看成是一个信号源us）也通过CG、J和CD构成的回路，使J中电流增大，明显地区别了“按触”和“离线”两种不同的状态。悬挂硬点（placeofcalenarystiffenss）的检测力、位置、速度或加速度等量值的突然变化，引起系统的瞬态变化过程称为冲击（Shock，MechanicalShock）。在力学领域，冲击是一种过渡现象，属于非周期运动的范畴。所以，又将冲击运动称为非周期运动（AperiodicMotion）。接触悬挂的硬点，是接触悬挂不均质状态的统称。接触悬挂的一个重要指标就是弹性均匀。如果在接触悬挂或接触线上的某些部分，如在跨距两端的定位点处弹性变差或有附加重量时，在列车高速运行的情况下，这些部分都会出现不正常升高（或降低），甚至出现撞弓、碰弓现象，也就是说在这些部位会出现力、位置、速度或加速度的突然变化。形成这种客观现象的本征状态，称为硬点。所以，硬点是一种结构的本征缺欠，并且是相对的。越是高速时，表现越明显。硬点是一种有害的物理现象，它会加快导线和受电弓滑板的异常磨耗和撞击性损害。同时，破坏弓线间的正常接触和受流，常在这些部位造成火花或拉弧。所以，对于高速电气化铁路接触网，其硬点的检测是十分重要的。但是硬点不能代表悬挂状态的全体，只是表征悬挂的一部分缺欠。对受电弓而言，由于各种原因（或称激振源），在运行中，特别是在高速运行中，它会产生三个方向上的振动，即上下（铅垂直方向）、前后（顺线路方向）及左右（横线路方向），上下方向称为振动，前后方向称为冲击，左右方向称为摆动。摆动多数是由于线路方面的激振源引起的，它对弓线接触及受流状态影响不大，所以一般不强调检测。但是，摆动量过大会造成超限，也会出现事故。振动除了有线路方向的原因以外，主要是由接触悬挂的不均质状态引起的，特别是高速运行时，振动量值的大小可以直接反映接触悬挂的质量及受流情况，是要检测的主要参数。冲击除了受接触悬挂的不均质状态影响以外，主要是由于接触悬挂的非正常工作状态引起的，如分段绝缘器及中心锚结的安装达不到技术要求，接触线不平顺，吊弦线夹、电连接线夹倾斜以及定位管坡度偏小等原因造成的。严重的冲击现象不仅破坏正常受流，而且是造成打弓及设备破坏的重要原因，应该说，它是检测的重要参数。还应该指出，对于同样的隐患点、故障点，随着列车运行速度的不同，所产生的后果及造成的危害不同，运行速度越高，产生的冲击量值越大，损害也越大。至于加速度量值g与运行速度v的关系，我国没有进行这方面的试验，没有定论。但从理论分析可知，对于相同的硬点，其加速度量值与速度的增加成平方关系。目前，对于接触线硬点的检测是采用在模拟受电弓上安装加速度传感器（线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，加速度=F/M我们只需要测量F就可以了。怎么测量F？用电磁力去平衡这个力就可以了。就可以得到F对应于电流的关系。只需要用实验去标定这个比例系数就行了。），一般选用二维的，只检测振动和冲击两个参数。根据运行速度不同，在硬点处所呈现的垂直加速度不同，传感器可以检测0200g的加速度值。接触压力（contactforce）的检测受电弓和接触线在工作状态下是一个共生体，只有它们相互接触和作用时才能完成电力机车从接触网获取电能的目标。在受电弓和接触线的接触中，其压力过大，会增加受电弓和接触线的异常磨损，缩短其使用寿命；其压力过小，会使它们之间接触不良，使供电时断时续，甚至引起火花或电弧，以致烧损接触线。在高速接触网的运行过程中，要经常了解接触悬挂的工作状态，以保持良好、安全运行，所以经常检测受电弓和接触线的接触压力是十分必要的。无论是德国、法国或日本，对于这项工作都非常重视。1接触压力的检测方法实现弓线间接触压力的检测，是在受电弓滑条下面，在受电弓托架的上面加装检测装置。考虑到接触线在受电弓滑板上的不确定位置，一般是在其四个角上装设4个检测装置，如图1126所示。在技术要求上，这4个检测装置的结构、性能、灵敏度、误差及线性度都应该是相同的。图中表示的1、2、3、4的数字，就是检测装置的安装位置。在接触线压到滑条上以后，其1、2、3、4这4个检测装置都会动作，并感应出相应的量值。应该说，由于接触线压在滑条上的位置不同，4个检测装置感应出的量值是不同的。还有一个因素应该考虑，就是滑条、滑板及弓头自身的重量，也是必须要考虑的。也就是说，即使在无接触线压在滑板上的时候，检测装置的起始输出值也不为0。如果用P表示接触线加于受电弓滑条上的力，其Pz1与Pz2为力传感器所产生的反力，在不考虑滑条的自身重量时，则PPz1Pz2。被检测到的接触压力的数值进人计算机后，首先对被检测到的4个力信号进行叠加，即P1P2Pz1，P3P4Pz2然后，再将Pz1与Pz2进行合成，即PcPz1Pz2P1、P2、P3、P4分别为被检测到的4个力传感器的接触压力，Pc即为某一时刻的动态接触压力值，它是由P1P2及P3P4分别相加合成的；由Pz1与Pz2相加合成的值，就是通过检测得到的实际接触压力的数值。当然，如果将PlP3相加，P2P4相加，就可以得另一种表达形式P1P3Pz1，P2P4Pz2；再将Pz1Pz2合成，即有PcPz1Pz2则Pc仍为某时刻的动态接触压力数值，这两种合成的最后结果应该是相同的。不过前一种合成值根据杠杆原理还可以粗略地计算出拉出值的大小，即接触线不在受电弓中心而处子任一点时，可以利用力与力臂的关系计算出拉出值。由于是动态状态，在这种过程中都含有一部分冲击量成分，所以拉出值计算得不十分准确。接触压力的评价1）综合状态评价在高速接触网的运行中，接触压力大小不仅可以评价接触网的运行状态质量，而且可评价接触悬挂及受电弓的技术性能质量。我国电气化铁路投人运营的里程尽管已达15000余公里，但运行速度都还很低，弓线间的受流问题反映不明显，对接触压力妁检测及评价还都没有引起足够的重视，也没有详细的技术要求及评价标准，虽然对弓线接触压力也要求控制在一定的范围内，如40200N（正常运行时为7090N），但缺乏管理及监督机制。德国规定，在高速运行时，弓线接触压力有上限值，如Pmax200N；有下限值，如Pmin50N；有平均值Pp和偏差值S。上限值及下限值随着运行速度的不同而不同（参见图7。4。2），它表明在最大运行速度时，最大接触压力值P，192N，最小接触压力值P米48N，同时还规定：接触压力的平均值为Pp120N；标准偏差值为s24N；三倍偏差值为3S72N。在最大运行速度时，接触压力的最大变化范围为P，9，Pp3192N，P，l，主Pp348N对于被检测的接触悬挂，只要是检测到的实际接触压力处于最大值P，与最小值Pm之间，即P，PcP9t，时，为受流性能良好。当然，也有局部受力不均匀，即接触压力曲线起伏不平的状态，但其数值只要是处于这个范围，就为良好状态。2）隐患点查找为了保证良好受流，要求检测车经常查找接触悬挂的隐患点，就是要查找接触压力检测曲线的异常点。所谓异常点，就是压力曲线表现出来的异常形态，如出现过大的峰值，或出现极限谷值，或者不均匀程度特别明显，这些地方一定是隐患点或不良状态点，如下图所示。图中约在480m处有一个异常的突现值，可能意味着悬挂的缺欠或隐患。接触压力曲线的异常突现点上述的这些点，并不是必然的隐患点，因为在高速运行时轨道线路的缺欠，如三角坑、不平顺，同样会引起机车包括受电弓在内的附加振动，这种激振源不在接触悬挂上，而是在轨道线路方面，所以为了准确找出接触悬挂的异常点，必须找出因线路轨道缺欠造成的凸、凹峰值。为了达到这个目标，还需在电力机车车顶部或受电弓的基座上安装一个加速度传感器，它可测出电力机车的沉浮状态，如果该加速度传感器的数值很大，则说明是线路轨道有缺欠或病害，这时，即使接触压力出现异常峰值，也可以判定是由于轨道线路引起的接触压力的异常变化。如果该处加速度传感器的数值很平顺，无异常现象，那么，就可以断定，在出现异常峰