高速铁路接触网红外热成像检测应用探讨

訾 勇 中国铁路上海局集团有限公司安全监察室

截止2019年底中国高铁运营里程已达3.5万公里，高速铁路接触网设备大量增加，接触网设备故障给铁路运输造成的影响越来越大，牵引供电可靠性在铁路运输中的重要性日益凸显，随着设备运行年限的增长，运行负荷的增大，通过日常检测及时发现并处置接触网设备缺陷愈发重要。高速铁路接触网作为高速铁路动车组电力能源供给的电源，其本质上仍是电路的一部分

1 高速铁路接触网主导电回路及特点

接触网主导电回路为牵引变电所馈出至动车组受电弓的供电回路，主要包括供电线、接触悬挂两大部分。其易发故障主要为供电线接续点、电连接线夹、隔离开关设备线夹及触头、吸上线接续点、电缆头等接续部位因接触网不良导致的过热烧损故障。其中因电联接线夹与接触悬挂的承力索、接触线连接，一旦出现过热故障，很可能造成承力索、接触线断线事故发现，造成严重后果。

大负荷，大电流，大波动。一组CRH380动车组运行最大电流在850 A左右，接触网供电电流随司机操纵及供电臂车流密度波动较大；动车组运行时段有负荷，无动车组运行时段无负荷，特别是夜间天窗时段长达数小时无负荷电流。这个特点也造成了夜间接触网维修人员可以上线作业时段无法进行红外热成像检测，DL/T 664-2016《带电设备红外诊断应用规范》中规定的检测时负荷电流不低于30%额定电流难以把握。

接触网主导电回路器材、部件有铜、铝、不锈钢、合金等多种材质，且因所处环境不同、运行状态差异，各部位氧化、污染程度不同。复杂的设备特点使红外热成像检测时热像仪辐射率设置难以掌握。

高速铁路接触网大部分区段设置在桥梁上，距离地面较高，检测人员在动车组运行时段难以接近检测，红外热成像精确检测不易实现。

2 红外热成像技术在接触网检测中的应用情况

随着高速铁路的发展，红外热成像检测技术在接触网检测中使用也日益广泛，目前主要应用中主要有：人工使用手持式红外热像仪对接触网主导电回路各节点进行每年一次的定期人工测温，使用车载接触网运行状态检测装置（3C）对接触网温度进行实时或周期性监测。笔者调研发现，在实际应用中因管理、环境、设备实际等情况，测温准确性、数据分析、缺陷诊断仍存在诸多问题。

2.1 铁路现有规章制定存在缺失

随着高速铁路的发展，红外热成像检测技术在接触网检测中使用虽日益广泛，但应用研究不够深入，使规章的制定上只能参考电力行业规范，由于接触网的运行状况、环境、管理要求等与电力设备存在很大差异，致使DL/T 664-2016《带电设备红外诊断应用规范》部分条款在高速铁路接触网红外检测中并不适用。如“检测电流致热型设备一般在不低于30%额定负荷下检测”在实际应用中因接触网短时负荷，波动频繁的特点导致难以落实。

现行铁路规章中对红外热成像检测仅在TGGD124-2015高速铁路接触网运行维修规则(铁总运〔2015〕362号）第五十九条中对检测周期、检测内容，附件8《电流致热型设备缺陷诊断判据》缺陷判断依据进行了规定，对环境温度测量方法、温差参照对象选择、红外热像仪参数设置、检测位置选择等没有明确要求。

检测报告数据要求不完整。从现场报告看，检测数据仅记录了环境温度、检测温度、天气情况、检测时间、红外热像图等基本信息，没有对仪器型号、检测距离、风速、可见光照片信息，使数据失去了复测比较、历史数据对比的价值。

2.2 漏检漏测问题多发

接触网主导电回路部分节点在线路防护栅栏外或桥下检测时受物体遮挡，在天窗时段无动车组运行，接触网无负荷等因素影响无法进行人工检测，漏检漏测的情况较多，造成了节点过热烧损故障时有发生。

2.3 检测数据失真情况普遍

现场应有中，检测人员一般由接触网工担任，其对接触网设备性能、运行情况比较熟悉，但从调研情况看，大部分检测人员对红外热像检测设备性能、规范要求、使用注意事项等掌握不全面，一般使用红外热像仪默认设置根据安排的时间现场检测，造成了检测数据误差较大。

3 高速铁路接触网应用探索及建议

（1）修订完善有关规章，细化明确检测、数据记录、数据分析等要求。红外热成像技术在高速铁路接触网检测应用已比较普遍，各设备管理单位在使用中也不同程度的发现了一些问题，积累了大量数据、使用经验。同时，高速铁路的迅猛发展也需要更加完备、可行的检测手段来保障运行安全。建议有关部门广泛调研，集思广益，起草编制专项红外检测、诊断应用规章，以利于现场执行和管理规范。

（2）红外热成像检测应用方面：

①完善以人工周期测量为主，车载接触网运行状态检测装置（3C）实时检测为辅的接触网红外热成像检测体系。针对在高速铁路防护栅栏红外、桥下等无法人工现场测量的接触网设备，在现场安装在线型红外热像仪，解决漏检漏测问题；同时，各设备管理单位按周期选择合适时段运行的动车组车载接触网运行状态检测装置（3C）历史数据进行分析、记录，形成专门的分析报告，补强人工检测频次低，不能及时发现设备缺陷的问题。

②根据高速铁路接触网特点，建议各单位应根据检测点分布确定固定地点作为红外检测点，以保证每次红外检测距离、角度一致；检测时机宜选择夏秋季日落后，此时接触网设备已带负荷运行10 h左右，能真实反映设备运行状态，天空无强光照射，背景相对较纯净，有利于精确红外检测；检测设备材质虽多种多样，但以铜材质为主，建议辐射率统一按氧化黄铜辐射率0.6设置。

③鉴于现场检测人员技能水平参差不齐，环境复杂，设备多样，精确检测难以实施，高速铁路接触网红外检测诊断依据应以温差、相对温差为主，以热点温度为辅，以相对温差判断法、同类比较判断法为主，辅助采用表面温度判断法、综合分析判断法。对于疑似缺陷设备可以采用在线型红外热像仪通过连续检测实施分析判断复测，以确定设备缺陷。

④构建高速铁路接触网红外检测数据分析系统。现场检测的大量数据除用于当次分析外，可录入数据分析系统，通过大数据的分析发现接触网运行电气方面与运行时长、季节、气候等相关因素的关系，总结运行规律，更好地指导接触网运行管理。

（3）建立一支相对固定的检测队伍。各设备管理单位在完善规章、作业指导书的基础上组织全面培训、实际操作演练，培养一支熟悉红外热像检测、熟悉接触网设备的检测人员并相对固定，以保证检测工作质量。

4 结束语

红外热像检测、诊断技术在高速铁路接触网检测中已广泛应用，检测发现了大量的设备缺陷，取得了良好的效果，但在应用中还需要不断总结经验，完善规章规范和管理制度，培养建立一支技术力量过硬的检测队伍，通过红外检测、诊断及时发现接触网电气方面的缺陷，为故障、事故的防控提供便捷有力的手段，为高速铁路运输安全提供保障。