摘 要：通过介绍接触网检测参数概况，从技术层面分析目前我国接触网检测采用的一些方式方法，对比不同方式方法间的优缺点和适用范围，展望地铁接触网检测趋势，提出新形势下接触网检测的新要求，为形成系统的接触网检测、维修、评价体系提供一种新思路。

关键词：地铁；接触网；检测技术；网轨检测车

中图分类号：U231.8

0 引言

接触网通过在列车行驶路线周边架设特殊的输电线路为机车提供电能供应[1]，是城市轨道交通正常运营的重要条件和保证，其性能更是直接决定了机车弓网受流质量[2]。为保障牵引供电系统有序运行，保障乘客人身财产安全，在提升优化接触网设备的同时，增加对接触网状态检测，并制定科学合理的检修维护流程至关重要[3]。目前我国城市轨道交通发展受到诸多因素的影响，每个城市在接触网系统的选取上也有所不同，需要更为全面、系统、科学的接触网参数检测与分析，为现场检修工作提供真实有力的客观依据[4]。

1 接触网检测参数概况

接触网承载着机车运行需要的电能，接触网性能以及弓网耦合性能是决定机车接受电能质量的关键[5]。优化接触网检修内容，需要对接触网状态检测内容进行科学设定，包括检测接触网结构元器件、弓网耦合过程，涉及多项机械、电气指标。通过科学分析评判，为牵引供电系统运营质量提供可靠指标参数[6]。接触网多项動静特性检测通常包括接触线距离轨面的高度及其变化曲线、受电弓运行轨迹、接触压力变动情况、接触网弹性性能、最大振幅、离线频次、燃弧持续时间、振动冲击数值等。

由于机车运行过程中，机车行驶速度、客运容量、弓网状态实时发生改变，因此，需要增加对接触网状态参数的检测，包括接触线的偏移量和拉出值、高度差值、水平差值、斜率、磨耗指标、硬点检测、温度变化、电压降低值等参数。

2 接触网检测技术

近年来，应用较为广泛的接触网检测技术包括静态检测、接触式检测、非接触式检测及地铁网轨检测车动态测量[7]。

2.1 静态检测

静态检测是指通过测量接触悬挂各个部位的静态尺寸，判断接触网实际参数与设计标准之间的差距。通常在线路停运时，由检修人员携带特定检测装置对接触网的接触线高度、抬升值、之字值等静态数据进行测量收集。静态测量能够在机车运行之初确保接触网的技术参数要求，从源头杜绝事故风险，是日常运维工作的一项常规任务，也是降低事故发生概率的有效手段。

机车运行导致接触网与受电弓的性能随之发生改变，从而限制了静态检测的应用范围，但是静态测量的检测数据能够真实反映接触网的几何尺寸等数据，为接触网进行动态测量提供参考。

2.2 接触式检测

接触式检测方式工作原理如图 1 所示。在受电弓的4 个测角分别安装结构、性能、灵敏度、误差和线性度相同或者接近的检测装置。受电弓与接触网接触完成受流的过程中，作用在距离受电弓中点 a 位置，使受电弓与接触线受到彼此压力的相互作用，产生相应的形变，对应得到弓网接触力 f1 和 f2，4 个检测装置通过检测形变量计算出拉出值 L 。

接触式检测方式设计原理简单，可以实现全天候检测，但对检测设备及安装过程要求较高，同时对后期维护提出更高要求，从而影响测量精度与应用范围。

2.3 非接触式检测

非接触式检测方式依托现代科技技术，特别是计算机与传感技术的发展，从最开始的非接触式激光雷达扫描测量法，慢慢发展为超声波检测，又到现在的非接触式图像测量法，其应用前景十分乐观。

2.3.1 非接触式激光雷达扫描测量法

非接触式激光雷达扫描法利用激光反射原理（图2），首先在机车顶部安装雷达激光发射装置，发出连续、稳定的激光雷达射线，保证检测运行的全过程。激光雷达射线沿着直线传播，在传播过程中遇到障碍物（即接触线）时，由于反射原理，反射回来的激光雷达射线被安装在机车顶部的装置接收后，经计算机处理为相应的数字信息，将此信息与激光雷达射线的运行速度、信号间隔等信息进行计算，得出导高和拉出值等参数信息。

非接触式激光雷达扫描法速度快、穿透能力强，延伸了测量距离；计算机将信息进行计算处理，结果精确、速度快。但是在机车运行过程中，周围分布着不断变化的电磁环境，激光雷达射线在传输过程中受到干扰，使测量精度下降。

2.3.2 超声波检测法

超声波检测与非接触式激光雷达检测原理类似，不同之处在于检测介质由激光雷达转变为超声波。超声波避免了周围电磁环境的影响，并且可以实现在固体介质中的传导，对于检测接触线之间的缝隙、线夹松动等问题可以得到较好利用；同时可以实现对绝缘损坏的检测，对于微小变化能够分辨，提前发现设备运行中存在的隐患，减小机车运行中存在的风险。

超声波检测目前成本较高，单一使用测量范围较小，需与其他检测装置配合，这不仅增加了超声波检测的使用成本，也造成了设备后期维护的不便，导致超声波检测目前尚未得到广泛应用[8]。

2.3.3 非接触式图像测量法

基于图像处理与计算机技术的非接触式图像测量法近年来得到越来越多的应用。该技术通过在机车顶部安装高速数字摄像机对检测对象进行图像信息收集，利用拍摄光线条得到接触线的位置，将信号传输到计算机，通过计算机处理，得到接触线的高度和偏移参数。利用线性结构光三维视觉原理，可以得到形象直观、直接准确的数据参数及设备状态。

非接触式图像测量法与红外线技术结合，可实现全天候全过程对接触线的检测，其摄像检测效果如图 3 所示。在应用成本上，非接触式图像测量法通过对图像信息收集、图像处理与分析计算得到多项检测数据，可以替代传统检修装置，减少检测装备数量，降低检测成本，简化后期运维难度。同时，采集与计算过程相对独立，提高了计算速度与精度。近年来，计算机技术的突飞猛进，使该检测方式应用范围不断扩大。

2.4 地铁网轨检测车动态测量

由于地铁的运行与行驶状态实时变化，因此需要加强动态测量数据的采集。网轨检测车一般采用非接触式光学采集原理，利用线阵摄像机三角形测量技术来实现。通过检测受电弓滑板和接触线之间的动态接触力及其分布情况，精确测量、定量分析接触网和受电弓的运行状况，保障系统安全可靠运行。

网轨检测车经常在接触网带电情况下对各项检测参数进行测量[9]，保证列车在正常行驶时对接触网的动态检测测量，同时满足精度要求。随着技术的不断进步，检测车成为柔性接触网动态检测的重要方式，对列车正常取流和事故预防起着举足轻重的作用。

3 接触网检测技术的发展应用

接触网检测技术为适应新的应用环境，在技术层面上不断取得进步，在实际应用中也出现不同的类别。为满足接触网技术的应用发展，需要不断提升接触网检测技术。

3.1 针对接触网几何参数检测

接触网几何参数通常是指接触网导线高度拉出值以及锚段关节两线间距等。我国最早的地铁接触网几何参数检测采用物理接触的计算方式，通过受电弓上输出的开关信号，带入计算公式，计算拉出值。测量接触线动态导高时，在受电弓上安装反射板，利用电客车顶部的测距激光传感器，测量受电弓与电客车顶部的距离，计算出接触网几何参数。

我国广州地铁 1 号线采用接触式检测方式（图4），该检测方式存在原理上的缺陷：①物理接触使得接近开关的可靠性较差，容易损坏，精度不高；②实际运行中，导高检测受到较大的噪声干扰，影响了测量精度，因此有一定的局限性。

为克服上述检测方法存在的问题，我国苏州地铁、西安地铁及上海地铁的接触网检测采用激光雷达扫描法。该方式利用二维平面测量手段，解决了锚段关节及线岔等关键区域的几何参数测量问题，但由于技术水平有限，测量精度未达到要求，并未实现广泛应用。

广州地铁 2 号线刚性接触网测量使用基于计算机视觉的接触网检测方式，经过试验，检测精度得到明显提高，但受技术水平的约束，检测范围受限，因此在地铁柔性接触网检测中应用较少。

基于线阵相机的计算机视觉检测方式克服了接触网几何参数检测密度小的缺陷，应用于德国、意大利以及我国上海地铁等接触网的检测中。如图 5 所示，该方法采用 2 台线阵相机，每台相机分别获取接触网位置状态，并以灰度值形态呈现；借助图像识別、分析、处理等技术，将相机获取的灰度值还原为目标成像所对应的位置坐标；通过三角测量法，计算接触网几何参数，实现接触网几何参数的高精度检测。线阵相机的扫描频率可达上千帧，并且不受测量范围的限制。重庆地铁检修方式在此基础上利用计算机视觉原理，识别走行轨的特征，实时判断车体的振动状态，进行车体振动补偿，消除机车在行驶过程中振动造成的影响。将接触网几何参数归算到走行轨中心，大大降低了由于车体振动所造成的接触网几何参数的随机性，通过实践表明，此方法效果明显，应用前景良好。

3.2 针对弓网相互作用动态参数检测

弓网受流质量是弓网运行状态与性能优劣的客观反映，检测弓网相互作用动态参数、探究弓网动态受流性能是弓网检测的重要内容。在弓网动态受流性能检测中，接触网检测车得到了广泛应用。接触网检测车可以较好地模拟客车实际运行效果，检测实际运行状态下的弓网接触压力、弓网燃弧特性，通过对动态参数进行科学分析，可以得到较为准确的弓网受流质量参数，但是检测过程中检测车型号、行驶速度、运行方式较为单一，检测结果只能较为准确地反映弓网受流质量的部分特性，存在片面性。该检测技术在德国、日本等国家应用较多，我国由于受到诸多因素的影响，国内地铁检测中并未配备专门电客车形式的综合检测车。近年来，日本以及广州地铁 3 号线运营电客车通过非接触的检测方式检测弓网燃弧状态，从而评价弓网受流质量，从根本上反映弓网的动态关系，为更好地评价弓网受流质量提供更为客观的参数。

地铁接触网检测需要将接触网几何参数检测和弓网相互作用动态参数检测有机融合，将科学运行状态、运行信息与检测车检测数据结合，打造接触网检测车与电客车的一体化联合检测平台，提升弓网相互作用动态参数检测的系统性与准确性，提高接触网维修的质量和精准度，确保弓网系统的安全服役性能，为检修工作提供强有力的支撑。

4 接触网检测方式新要求

当前，城市轨道交通进入高速发展阶段，接触网技术在设计标准与技术工艺上趋于成熟。接触网检测为更好地适应复杂多变的运行条件，兼顾接触网静态特性与动态参数的检测，提出接触网检测技术的新要求：

（1）不断实现检测装置的优化、检测技术的更新、检测方式的提升，使检测结果更加全面、准确，更加符合需求；

（2）将传统检测技术与实际运行信息进行转变、融合，建立一套融合检测数据与运行信息相互支撑的，包含接触网几何参数和弓网相互作用动态参数的检测检修体系；

（3）统筹电客车与接触网检测车运行数据，实现资源有效利用，形成一种全面、精确、系统、科学、高效的新检修方式。

5 结束语

通过对接触网检测技术进行阐述，分析不同检测方式的特点，并依据接触网检测新要求，阐述转变接触网检测方式的必要性和可行性，为接触网的检测检修提供一种新思路，为接触网的安全稳定运行提供有力支撑。

参考文献

[1] 蔡成标，翟婉明. 高速铁路受电弓-接触网系统动态性能仿真研究[J]. 铁道学报，1997，19（5）：38-43.

[2] 郭金平，姜汉登，杨学军，等. 电气化铁路接触网的防风改造[J]. 中国铁路，2001（9）：38-39.

[3] 刘怡，张卫华，黄标. 高速铁路接触网动力学响应实验及仿真[J]. 中国铁道科学，2005，26（2）：106-109.

[4] 马果垒，张卫华，梅桂明. 高速受电弓整体结构特性分析[J]. 机械强度，2010，32（1）：158-164.

[5] 張卫华，梅桂明，陈良麒 . 接触线弛度及表面不平顺对接触受流的影响分析[J]. 铁道学报，2000，22（6）：50-54.

[6] 于万聚. 高速接触网-受电弓系统动态受流特性研究[J]. 西铁科技，1996（2）：26-27.

[7] 王东. 受电弓试验研究及弓网空间混合模拟试验台设计[D]. 四川成都：西南交通大学，2008.

[8] 黎国清，许贵阳. 国际综合检测技术汇编[R]. 北京：中国铁道科学研究院，2004.

[9] 陈唐龙，于涤，陈耀坤. 接触网检测车振动补偿研究[J]. 西南交通大学学报，1999，34（4）：461-465.

收稿日期 2018-05-17

责任编辑 宗仁莉

Abstract： By introducing the inspection parameters of the overhead line， this paper analyzes some methods of the current overhead line inspection in China from the technical aspects， compares the advantages and disadvantages of the different methods and the scope of its applications， looks forward to the trend of the metro overhead line inspection， and puts forward new requirements for the overhead line testing and inspection under the new situation. New ideas are provided in order to form a systematic overhead line inspection， maintenance and evaluation system.

Keywords： metro， overhead line， inspection technology， overhead line and track inspection train