基于接觸網(wǎng)成像技術(shù)的絕緣子故障檢測方法

韋三

摘要：目前，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展迅速，電力系統(tǒng)的發(fā)展也突飛猛進。剛性接觸網(wǎng)是傳統(tǒng)柔性接觸網(wǎng)的下一代產(chǎn)品，其可靠的性能在當前的隧道運行中有著很重要的作用。在隧道運行過程中由于運行時間過長或是其他一些故障的出現(xiàn)容易造成剛性接觸網(wǎng)的故障，為了更好地保證接觸網(wǎng)在隧道運行中發(fā)揮作用，減少不必要的經(jīng)濟損失，需要對其在運行時可能出現(xiàn)的故障進行分析并作出精準快速的解決方案。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)成像技術(shù);絕緣子;故障檢測方法

引言

自2008年京津城際開通以來，中國高速鐵路進入快速發(fā)展期。2018年底，全國鐵路運營里程達到13.1萬km，規(guī)模居世界第二;其中高鐵2.9萬km，位居世界第一;全國鐵路完成年旅客發(fā)送量33.7億人次。接觸網(wǎng)是高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，是電力機車獲取電能的關(guān)鍵設(shè)備之一。目前全國鐵路電氣化率已達67%，位居世界第一位。接觸網(wǎng)設(shè)備沿鐵路線露天設(shè)置，工作環(huán)境惡劣且無備用，一旦發(fā)生設(shè)備故障將中斷行車，甚至嚴重影響電氣化鐵路運輸安全。因此，在電氣化鐵路的運營過程中，通過各種檢測手段及時發(fā)現(xiàn)各類接觸網(wǎng)設(shè)備隱患是極其重要的一項工作。

1故障指示型防雷防斷線絕緣子的工作原理

故障指示型防雷防斷線絕緣子將絕緣子、避雷器和故障指示器三者的功能有機結(jié)合，獨創(chuàng)性地采用柱式結(jié)構(gòu)及內(nèi)置間隙設(shè)計，在正常電壓下，能夠起到普通絕緣子的作用;當有雷擊過電壓來襲時，若過電壓的幅值危及系統(tǒng)運行安全，絕緣子內(nèi)部的間隙就會瞬間導(dǎo)通，將過電壓通過非線性電阻片泄入大地，從而起到避雷器的作用。此外，一旦出現(xiàn)絕緣子內(nèi)部擊穿、設(shè)備損壞的情況，故障指示元件就會提示故障點。

2絕緣子檢測現(xiàn)狀

在高速鐵路開通以前，接觸網(wǎng)檢測手段相對單一，只能對接觸網(wǎng)幾何參數(shù)進行檢測，針對接觸網(wǎng)零部件“缺、松、脫、斷，以及絕緣部件閃絡(luò)、破損”等問題的檢測技術(shù)較為缺乏。接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)檢測監(jiān)測裝置（以下簡稱“4C裝置”）是對接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件以及其懸掛狀態(tài)進行成像檢測的車載檢測系統(tǒng)，通常安裝在檢測車上，通過車頂高清成像設(shè)備，對接觸網(wǎng)各關(guān)鍵零部件進行成像檢測。絕緣子是接觸網(wǎng)支持裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，其主要作用是保持接觸網(wǎng)接觸懸掛及支持裝置對地的電氣絕緣，由于接觸網(wǎng)設(shè)備露天設(shè)置且無備用的工作特性，如其絕緣性能下降或發(fā)生破損、斷裂，將引起接觸網(wǎng)跳閘或改變接觸網(wǎng)支持裝置的物理穩(wěn)定性，嚴重時甚至可能造成接觸網(wǎng)斷線。因此對絕緣子的性能狀態(tài)進行檢測，是防范接觸網(wǎng)故障的重要手段。絕緣子常見故障有：附著異物、破損缺片、閃絡(luò)放電等，對上述故障，過去主要依賴人工巡視檢查，在4C裝置推廣運用后，主要依靠人工對4C裝置的成像檢測圖片數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否存在故障。該方式雖然在一定程度上降低了勞動強度，但效率依然較低。近年來，隨著機器視覺、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的快速發(fā)展，不少學(xué)者提出了基于機器視覺的接觸網(wǎng)絕緣子故障智能識別方法。如西南交通大學(xué)機械工程學(xué)院提出基于紋理特征和可能性均值聚類的異常檢測方法，檢測接觸網(wǎng)絕緣子臟污程度。本文針對接觸網(wǎng)絕緣子附著異物、破損缺片、閃絡(luò)放電3種典型故障，采用方向梯度直方圖（HistogramofOrientedGradient，HOG）特征對絕緣子進行定位，通過缺陷絕緣子外形特征識別判別絕緣子狀態(tài)，進而完成絕緣子破損等形態(tài)缺陷的檢測。

3高壓絕緣子在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計

3.1對不易判明的故障的處理步驟

有時會發(fā)生故障原因不易判明的情況，這時檢修員要從小范圍開始搜尋。首先在接觸網(wǎng)區(qū)查找范圍內(nèi)進行檢查，對變電所、分區(qū)所、AT所等的上網(wǎng)饋線和裝卸線進行檢查，如果有需要可以擴大查找范圍。有時在發(fā)現(xiàn)損壞時不能對絕緣子閃絡(luò)、擊穿、分段絕緣器擊穿進行明確判斷，這時工作人員要按照一定的查找順序進行排查：①首先要走訪故障測試裝置的技術(shù)人員確定故障大致發(fā)生的地點。②檢查接觸網(wǎng)工作區(qū)域中是否存在閃絡(luò)痕跡和電路燒傷痕跡，查看火花間隙是否有擊穿的狀況。③采用分段試送電的方法進行逐一排查最終確定故障點。

3.2在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

在線檢測系統(tǒng)由電塔;高壓絕緣子;電流傳感器（每個絕緣子連接一個電流傳感器），用于檢測絕緣子的電流將之轉(zhuǎn)為f;GPS模塊，用于數(shù)據(jù)處理中心接受數(shù)據(jù);防雷擊系統(tǒng);軟件UART;電源系統(tǒng)（主要用太陽能電池，蓄電池備用）;GPRS模塊，用于發(fā)送數(shù)據(jù);C8051F010、RS485、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集溫度、濕度、測量風(fēng)速;主要可劃分為電塔、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析4個模塊。電流傳感器裝在電塔的接地線的探頭中，用于采集漏電脈沖或電暈脈沖，由于絕緣子剛發(fā)生故障時，漏電脈沖或電暈脈沖都很小，不僅不能接入電路，而且會被其他電流（如正常的電力載波和泄漏電流）所干擾，所以探頭中要安裝放大漏電脈沖或電暈脈沖信號的放大器，數(shù)據(jù)分析模塊中也要設(shè)置過濾脈沖信號的程序，為了采集到盡量多的漏電脈沖或電暈脈沖信號，放大器的頻率范圍要設(shè)置在20～40MHz，過濾脈沖信號的程序要設(shè)置512K空間，并選擇20MHz的頻率。數(shù)據(jù)傳輸部分，在線檢測系統(tǒng)采用的是GPS與GPRS系統(tǒng)，與其他的有線和無線傳輸系統(tǒng)相比，GPS與GPRS系統(tǒng)成本低廉、工作量小，由于野外信號不穩(wěn)，所以系統(tǒng)采用了在線檢測系統(tǒng)采用了雙系統(tǒng)模式，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信號的覆蓋度和強度自動變換GPRS或SMS模式。

3.3弓網(wǎng)接觸力評估

弓網(wǎng)接觸力是反映受電弓滑板與接觸線之間機械作用關(guān)系的物理量。弓網(wǎng)接觸力過大會加劇滑板與接觸線磨耗，過小則會造成弓網(wǎng)間接觸不良，引起接觸電阻增大、接觸點過熱，甚至造成弓網(wǎng)燃弧。采用靜態(tài)抬升力為100N和新滑板的受電弓對正線全線進行弓網(wǎng)接觸力檢測，統(tǒng)計間隔為8m。分析發(fā)現(xiàn)，弓網(wǎng)接觸力的波動與速度關(guān)系較大，隨著速度的增加弓網(wǎng)接觸力波動不斷加劇。統(tǒng)計表明，全線除部分關(guān)節(jié)因調(diào)整不到位出現(xiàn)弓網(wǎng)接觸力波動較大外，其余區(qū)段未發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)接觸力平均值超限和標準偏差超限。

3.4分段式送電方法的注意事項

所謂分段式送電就是利用隔離開關(guān)將變電所饋線的送電范圍進行分段，依據(jù)放電弧光的情況和開關(guān)的動作情況來進行故障點的判斷。在使用該種方法之前首先要根據(jù)列車編組進行劃分，并且要排查供電臂內(nèi)是否存在易燃易爆物品，如果有要進行處理。在進行工作時要充分與現(xiàn)場工作人員配合，要嚴防操作外人員由于接近操作點而發(fā)生觸電的現(xiàn)象。在測試時還要根據(jù)現(xiàn)場實際情況對故障點的誤差范圍進行估計。具體操作方法如下：①首先將變電所內(nèi)饋線開關(guān)后進行送電，之后檢查送電的情況，如果能夠順利送電則可以排除該部分故障，如果無法送電則需要進一步判斷，一般這種情況說明除電網(wǎng)線路沒有故障，要想恢復(fù)運營可以采用跨區(qū)供電的方法。②將線路上的網(wǎng)隔離進行開關(guān)如果能夠送電說明饋線電纜無故障，如果無法送電則說明觸網(wǎng)本體可能發(fā)生故障。

結(jié)語

針對絕緣子常見的破損缺片、閃絡(luò)放電、附著異物3種故障分別設(shè)計了故障智能識別算法。實踐證明，本文采用的方法檢測準確率較高，具有一定的工程意義，可為接觸網(wǎng)故障智能識別分析方法提供技術(shù)參考。

參考文獻

[1]陸東福.奮勇?lián)斀煌◤妵F路先行歷史使命努力開創(chuàng)新時代中國鐵路改革發(fā)展新局面[R].北京：中國鐵路總公司2019年年度工作報告，2019.

[2]于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].四川成都：西南交通大學(xué)出版社，2003.

[3]盧海燕，游誠曦.接觸網(wǎng)成像檢測系統(tǒng)運用[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2014（3）：37-40.

[4]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2012]136號高速鐵路供電安全檢測監(jiān)測（6C系統(tǒng)）系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范[G].2012.

[5]黨帥濤，柯堅，吳文海，等.基于PCM和紋理特征的鐵路絕緣子污穢程度異常檢測[J].電瓷避雷器，2019（2）：197-201.

[6]潘影麗.基于機器視覺的接觸網(wǎng)絕緣子破損檢測技術(shù)研究[D].甘肅蘭州：蘭州交通大學(xué)，2018.