弓网动态运行质量诊断与评估系统

■ 张文轩 孙忠国

0 引言

电气化铁路接触网工作环境恶劣、工作方式特殊、无备用设备，列车高速运行时，其工作状态更加复杂，高速铁路对弓网动态受流质量提出了更高要求。在高速铁路接触网动态检测过程中，如何能够高效、准确进行弓网动态运行质量的诊断与评估成为亟需解决的重要问题。接触网动态检测数据包括接触网几何参数、弓网动态作用参数、供电参数等，各参数密切关联，共同反映出接触网状态及弓网受流状态。在弓网动态运行质量诊断与评估过程中，需要根据各检测参数特点及相互关系，确定合适的数据分析方法，对其进行有效分析，以便更准确地通过检测数据反映接触网状态及弓网受流状态。

经德国、法国等国家几十年的深入研究，欧盟铁路已形成一套高速接触网动态检测方案，并能很好地使用接触网动态检测数据进行接触网状态及弓网受流质量评估，指导工程施工和运营维修单位进行接触网状态维护及维修，尤其是能够指导高速铁路接触网进行精调细修，优化接触网的动态运行性能。

中国铁道科学研究院基础设施检测研究所基于铁道部综合检测列车周期性接触网动态检测数据，兼容了动态检测数据分析所必需的接触网检测数据波形信息、接触网基础信息数据等内容，研发了弓网动态运行质量诊断与评估系统（简称系统）。系统以接触网动态检测数据波形分析为基础，提供了检测数据实时显示、历史数据对比分析、超限自动判别标注、基础信息关联、数据分析计算及导出等功能。系统能够快速、有效进行弓网动态运行质量的诊断与评估。与国外同类系统相比，该系统具有数据分析处理实时性高、功能集成度高、分析界面友好等优点。

1 系统介绍

1.1 系统主要功能

系统以接触网动态检测数据波形分析为基础，采用数据缓冲同步、波形动态调整、基础信息关联等技术，为运营维护单位提供了高效、直观的数据分析平台，通过不同时间段的检测数据对比，实现了接触网状态变化过程的全面跟踪。系统主界面见图1。

系统主要功能如下：

图1 弓网动态运行质量诊断与评估系统主界面

（1）检测参数显示分析功能：自由选择检测参数通道内容及数量；自由选择各通道参数的刻度大小及显示颜色；方便进行准确里程定位；各通道波形数据的随意缩放及上下位置调整；各参数通道的上下位置移动及自动位置调整；显示接触网支柱信息、吊弦信息；在锚段关节、线岔等接触网特殊处所，同时显示2支接触线导高、拉出值。

（2）历史数据对比功能：同时打开当前波形数据及2次历史波形数据进行检测参数的波形对比，跟踪接触网状态变化；历史检测数据波形以灰色显示，更好区分当前检测数据及历史检测数据；自由调整历史波形数据及当前波形数据的相对偏移，实现当前检测数据及历史检测数据的相同位置对比；实现历史波形数据的前后翻转，方便在新建高速铁路联调联试中对逆向行车数据及正向行车数据进行对比。

（3）检测数据打印、导出功能：特定处所的波形打印；特定处所的波形保存为图片（图片格式包括png、jpg、bmp等）；打印波形及保存图片中波形检测日期、线路、行别、局别等信息显示；导出部分区段或全部检测区段的波形数据为pdf格式文件；导出部分区段或全部检测区段的波形数据为原始检测文本数据。

（4）检测过程回放功能：可完全重现动态检测过程，实现检测波形回放；可自由设置波形回放速度，满足用户不同需求；在选中历史波形情况下，可进行当前波形数据和历史波形数据的同步回放。

（5）基础信息、超限信息关联显示功能：自动进行接触网动态检测超限判别，并在数据波形上进行超限标注及超限信息关联，超限信息包括超限处所、超限类型、超限等级、超限内容等；波形图中自动关联接触网基础信息，包括基础信息处所、基础信息类型、基础信息内容等，方便了解超限处所接触网基础信息状态；自由添加、修改、删除动态检测超限信息、接触网基础信息等内容；动态检测超限信息、接触网基础信息导出为文本，方便进行信息统计与整理；动态检测缺陷信息、接触网基础信息导入，方便进行信息处理流程跟踪。

1.2 系统主要作用

（1）提供包括接触网几何参数、弓网动态作用参数、供电参数等接触网多通道连续检测数据值，重现动态检测过程。

（2）系统按照各参数不同的超限判别标准，自动进行超限判别，通过超限处所里程及超限附近各检测参数特点，辅助进行超限处所定位。

（3）通过对比、分析不同时间段的接触网各检测参数，跟踪接触网状态变化。

（4）新建高速铁路联调联试中，指导接触网精细化调整；完成联调联试后，保存接触网参数标准值，作为后续检修的依据。

（5）结合动态检测波形数据，显示接触网动态检测超限，跟踪接触网超限现场复查处理流程，帮助进行接触网动态检测超限管理。

（6）结合动态检测波形数据，显示接触网基础信息，帮助进行接触网基础信息管理，并结合接触网基础信息、接触网超限数据和接触网检测各通道波形数据，进行弓网动态运行超限诊断及评价。

（7）结合动态检测波形数据，提供注释信息显示及管理功能，帮助接触网管理单位针对特定处所的波形数据或超限进行注释和批示，提供各级注释及批示信息流程跟踪，有利于提高动态检测超限处理质量及效率。

2 系统应用实例分析

2.1 拉出值超限诊断及评估

图2为武广高速铁路上行检出的拉出值超限情况。经分析计算，超限位于锚段关节转换柱处，动态检测拉出值为650 mm。同时，由于拉出值超限严重，导致高速运行下弓网接触压力变化剧烈，弓网受流性能受到破坏。

经过现场静态测量后，超限处所得到复核及确认，并及时对拉出值进行了调整，铁道部综合检测列车对该处所进行了重点跟踪，对调整前后的检测波形进行了对比，超限点调整后拉出值动态检测值为375 mm，同时关联跨内弓网动态接触压力已恢复至μ±3σ范围内均匀过渡，受流性能明显改善。动态检测的跟踪验证进一步证明了原超限已调整到位，整个闭环处理过程完毕。

2.2 弓网动态接触压力超限诊断及评估

产生弓网动态接触压力超限的原因有多种，只有通过综合数据分析，诊断出弓网动态接触压力超限的原因，才能使弓网压力的检测数据直接用于指导维修。接触网动态检测过程中，通过公式提取弓网压力超限处所，将公里标与其他检测参数同步关联是一种常用的分析方法。图3显示了弓网接触压力超限产生的原因，通过关联诊断可确定弓网压力超限处所存在吊弦，且吊弦调整不到位，导致该处接触线高度偏高，形成倒“V”字形接触线高度图形及较大的坡度变化率，当受电弓高速通过此处时，弓网接触力产生剧烈波动，严重影响弓网动态运行质量，从弓网动态接触压力数值看，形成了一处最大值超限。

图2 武广高速铁路上行拉出值超限诊断与评估

图3 弓网接触压力超限诊断与评估

3 结束语

弓网动态运行质量诊断与评估系统已在12个铁路局（公司）得到了广泛应用，系统的易用性、实时性、高效性得到了一致认可。系统的运用大大提高了检测数据的使用效率，能够有效进行各通道检测数据的关联关系分析及弓网动态运行质量的诊断与分析，对提高现场维修效率和指导现场运行单位更好地进行设备维修有重要意义。同时，利用波形对比功能，可以跟踪接触网状态的变化，总结接触网状态的变化规律，有利于对接触网状态变化进行跟踪及趋势预测。

今后还应在密切跟踪接触网动态检测业务需求基础上，通过对数据分析方法研究成果的运用，切实提高接触网检测数据分析处理水平，提高弓网动态运行质量诊断与评估水平，更好地发挥接触网动态检测的作用。

[1] KieBling，Puschmann，Schmieder. 电气化铁道接触网[M]. 北京：中国电力出版社，2003

[2] 于万聚. 高速电气化铁路接触网[M]. 成都：西南交通大学出版社，2003