一、技術(shù)背景與意義

在電氣化鐵路系統(tǒng)當(dāng)中最容易產(chǎn)生故障的部分之一就是接觸網(wǎng)。接觸網(wǎng)產(chǎn)生故障的因素較復(fù)雜且多變，對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行搶修時(shí)，搶修難度很大。如果不能夠?qū)Ξa(chǎn)生故障的原因做到全面了解的話，搶修工作就會(huì)變得盲目而無(wú)從下手。能夠迅速對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行有效修復(fù)，在一定程度上縮短搶修時(shí)間，對(duì)于電氣化鐵路交通的正常運(yùn)行具有重要意義。隨著電力機(jī)車運(yùn)行量的不斷增加，接觸網(wǎng)發(fā)生故障的概率有一定程度的升高。就供電運(yùn)行單位而言，能夠?qū)佑|網(wǎng)故障有效預(yù)防，是現(xiàn)階段工作的核心。

二、接觸網(wǎng)故障原因分析

1）電氣化鐵路運(yùn)輸量和電力機(jī)車數(shù)量增加

由于電氣化鐵路運(yùn)輸量和電力機(jī)車數(shù)量增加，往往不能夠在第一時(shí)間內(nèi)對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)和檢修，接觸網(wǎng)產(chǎn)生故障的原因，在一定程度上是由于接觸網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間的磨損而不能夠得到有效修復(fù)所致。

2）電流影響

接觸網(wǎng)作為電氣化鐵路系統(tǒng)中的電力裝置之一，運(yùn)行結(jié)果和電流有著直接的關(guān)系。從理論上講，電流的大小對(duì)吸流變壓器的次邊和原邊是一樣的，但方向相反，然而在具體運(yùn)行過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)電流先經(jīng)過(guò)大地和鋼軌，接著再返回到牽引變電所的現(xiàn)象。如此一來(lái)，就會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)帶來(lái)負(fù)面作用，導(dǎo)致接觸網(wǎng)出現(xiàn)故障。

3）氣候因素

對(duì)接觸網(wǎng)造成影響的所有原因中，氣候所占比例最小，但是個(gè)別較為特殊氣象條件下，也會(huì)導(dǎo)致接觸網(wǎng)故障。如凍雨、雷雨以及大風(fēng)天氣。這些不確定的自然因素都會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)造成相應(yīng)影響。

4）外部環(huán)境因素

接觸網(wǎng)本身容易受到外界影響的因素很多，主要以承力索與供電線路和導(dǎo)線的因素影響較多。導(dǎo)電物體的接觸，使接觸網(wǎng)的線路在一定程度上產(chǎn)生了損壞，致使接觸網(wǎng)產(chǎn)生相應(yīng)故障，此類故障的產(chǎn)生主要是外部環(huán)境方面的因素所致，比如常見(jiàn)的地震以及山體坍塌等。

5）零件損壞

組成接觸網(wǎng)的零件數(shù)量較多，構(gòu)成相關(guān)電路的零部件主要有吸流變壓器、饋電線、電連接器、隔離開(kāi)關(guān)等。這些零件當(dāng)中，只要有一個(gè)產(chǎn)生了問(wèn)題便會(huì)在一定程度上對(duì)整個(gè)接觸網(wǎng)造成嚴(yán)重的不良影響，甚至?xí)?dǎo)致故障發(fā)生。要想從根本上保證接觸網(wǎng)正常運(yùn)行，務(wù)必要保證接觸網(wǎng)當(dāng)中的每個(gè)零部件的完整性。

6）電力機(jī)車故障

對(duì)于接觸網(wǎng)，電力機(jī)車自身能否正常運(yùn)行，也會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)造成相應(yīng)影響，假如電力機(jī)車不能夠平衡運(yùn)行，或?qū)嶋H運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生了相應(yīng)的刮弓情況，在接觸線路上產(chǎn)生電弧，就會(huì)出現(xiàn)燒蝕接觸線的情況，如此一來(lái)就會(huì)大大增加對(duì)于接觸網(wǎng)的破壞程度。

三、現(xiàn)有測(cè)距技術(shù)分析

目前的鐵路接觸網(wǎng)故障定位方法主要有電抗法、AT中性點(diǎn)電流比法與橫聯(lián)線電流比法，經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)以上方法均存在以下問(wèn)題：

（1）復(fù)雜線路無(wú)法定位。鐵路接觸網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)形式多樣、跨越區(qū)段長(zhǎng)、樞紐地區(qū)線路復(fù)雜，供電單元眾多，現(xiàn)有的故障定位裝置無(wú)法定位，導(dǎo)致樞紐地區(qū)故障查找耗時(shí)長(zhǎng)，效率低。

（2）故障原因無(wú)法辨識(shí)?，F(xiàn)有的故障定位方法大多通過(guò)電流、阻抗角及經(jīng)驗(yàn)判斷故障原因，對(duì)于試送、強(qiáng)送、搶修指導(dǎo)意義不強(qiáng)，易造成故障升級(jí)或故障恢復(fù)延時(shí)。

（3）隱性故障無(wú)法監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)有的接觸網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)對(duì)絕緣類缺陷、未達(dá)到保護(hù)動(dòng)作閾值的隱性故障無(wú)法有效監(jiān)測(cè)，不能及時(shí)消除缺陷，導(dǎo)致線路帶病運(yùn)行。

因此亟需提出新型的解決方案，實(shí)現(xiàn)定位精度高、不受線路結(jié)構(gòu)等影響，實(shí)現(xiàn)故障精確定位與故障原因辨識(shí)功能。

四、接觸網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)擬分為三個(gè)層次，分別是監(jiān)測(cè)終端層、數(shù)據(jù)服務(wù)器層、維護(hù)工作站層，監(jiān)測(cè)單元通過(guò)GPRS與數(shù)據(jù)服務(wù)器層通信，數(shù)據(jù)服務(wù)器與維護(hù)工作站通過(guò)光纖或者局域網(wǎng)通信；監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)采集故障信息并上傳，數(shù)據(jù)服務(wù)器主要進(jìn)行數(shù)據(jù)診斷分析，維護(hù)工作站主要對(duì)監(jiān)測(cè)終端的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程操作。

五、性能指標(biāo)

工頻電流測(cè)量范圍：1A~5000 A

工頻電壓測(cè)量范圍：0.1 kV ~ 30 kV

工頻信號(hào)采樣頻率：12.8 kHz

工頻電壓采樣時(shí)長(zhǎng)：≥1000 us

行波信號(hào)測(cè)量范圍：0.1A~1000A

行波采樣頻率：4MHz

行波電流采樣時(shí)長(zhǎng)：≥1000 us；

GPS時(shí)鐘： ≤100 ns

供電方式： 感應(yīng)取電+太陽(yáng)能

區(qū)間定位準(zhǔn)確率：≥99%

行波定位誤差：≤100米