接 触 网 安 全 检 测 监 测 系 统 研 究 与 应 用

金战军

天津轨道交通运营集团有限公司  300392

摘要：本文分析了天津地铁5号线接触网维修作业管理存在的主要问题，提出通过接触网安全检测监测系统实现智能运维的思路。最终实现弓网状态实时检测，缺陷及故障信息自动记录、远程查询，数据集中展示，设备状态分析等智能运维功能。

关键词：智能运维；接触网；检测；接触网6C

引言：目前接触网维修作业管理仍主要靠纸质填写和电子表格相结合的方式进行，存在检测手段缺失等问题无法满足开展智能运维要求。通过在电客车上加装检测设备，在出入段线位置安装受电弓滑板监测装置，全线安装视频监控设备实现在线监测等智能运维需求。

一、背景概述

天津地铁5号线供电接触网线路。接触网维修模式仍以计划修为主，定期开展设备巡视、检测、检修和消缺，机械化程度较低。虽配置了一定的检测监测装置，但这些装置都各自独立、自成体系，导致目前数据无统一标准、数据存储分散、数据无法自动关联分析、运维工作量大、数据利用率低，运维工作效率低等问题，无法满足开展智能运维要求。

为解决上述问题，根据2020年3月中国城市轨道交通协会发布《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》中城轨智能化建设要求，调研铁路与其他行业6C系统使用情况，6C检测设备和6C数据管理系统已在各高速铁路、普速铁路供电段成熟应用，并在在北京、成都、南昌、西安、洛阳、苏州、广州、太原、广佛、上海、重庆、徐州、呼和浩特、厦门、长沙、郑州等诸多城市地铁线路应用。

2020年12月集团公司制定《运营集团智能运维建设工作计划》中提出2021至2023年建设5号线接触网安全检测监测系统的计划安排，供电中心拟引入接触网6C项目，提升接触网安全检测监测水平。

二、存在问题

目前接触网维修作业管理仍主要靠纸质填写和电子表格相结合的方式进行。虽配置了一定的检测监测装置，但这些装置都各自独立、自成体系，导致目前数据无统一标准、数据存储分散、数据无法自动关联分析、运维工作量大、数据利用率低，运维工作效率低等问题，无法满足开展智能运维要求，主要存在以下问题：

（1）检测手段缺失

天津地铁5号线接触网有万余定位点，目前针对接触网设备几何参数由人工手持静态测量仪逐点测量，针对接触线磨耗测量由人工手持游标卡尺测量，针对设备巡视作业主要采用人工添乘电客车、人工步行巡视、人工梯车巡视的方式进行巡视。采用网检车(内燃机车)进行夜间全线动态检测，每年仅能进行10次。这些检测方式均无法反应整体的、动态的接触网参数(如车辆运行中的网压、车速、接触网参数、磨耗等)，无法反应弓网接触实时状态。例如离散的检测手段使得维护人员无法掌握接触网定位点间的参数和接触线磨耗整体情况，存在安全隐患。

（2）检测效率低下

各项检测工作全年只能进行一轮全线测量，且数据为静态状态下的参数值，人工检测、巡检效率低下。

设备基础数据的采集数量少、种类少、准确度低等问题同样造成后期数据分析不准确，让维护人员无法掌握设备状态，提高作业效率。

（3）数据管理效率低下

由于没有规范的系统管理，接触网的基础数据、图纸资料、设计资料、施工资料信息数据存储分散，无法统筹管理。

目前配置的检测监测装置各自独立、自成体系，数据只能在各系统内部实现简单的采集和存储，只管理了各检测装置发现的缺陷数据，没有统一的6C数据管理系统，不能实现监测数据的统一管理、智能分析和缺陷的闭环管理，没有真正发挥数据价值为接触网维修服务。

（4）数据挖掘分析不足

对检测监测数据的挖掘深度不够，目前重点关注缺陷数据，缺陷少对原始数据进行对比、趋势、关联分析和开展相应的线路质量评价，指导现场养护维修。

基于此，为提高接触网设备的运营维护水平，提质增效，结合智能化运营维护要求，天津地铁5号线需补充完善接触网安全检测监测项目（即6C项目）建设。

三、改善措施

1、在天津地铁5号线电客车上加装检测设备。检测设备应具备弓网燃弧检测、温度检测、接触网几何参数检测、接触线磨耗检测、弓网压力硬点检测、弓网高清视频监控和接触网悬挂状态检测功能。检测装置应具备将数据采用无线传输方式传输至数据管理系统的能力，支持4G、5G、和WIFI，预留千兆网口，并可以设置优先级进行连接。同时，检测装置应实现车辆TCMS数据接入，采集速度、位置信息、网压、电流等数据并同步上传至数据管理系统。

2、在天津地铁5号线梨园头车辆段出入段线位置安装受电弓滑板监测装置，检测装置应具备将数据采用无线传输方式传输至数据管理系统的能力，支持4G、5G、和WIFI，预留千兆网口，并可以设置优先级进行连接。采用高速高分辨率3D相机建立受电弓三维模型，通过与标准受电弓模型对比，定量给出受电弓滑板磨耗值、缺损、掉块、裂纹与变形，同时具备受电弓碳滑板三维可视化展示；

通过受电弓3D检测模块，还可自动检测出受电弓中心线偏移、滑板倾斜、受电弓偏转量、受电弓羊角脱落、羊角端部部份缺失、羊角变形等缺陷并自动报警。

3、在5号线全线安装视频监控设备以及人脸识别设备作为地面监测装置对隔离开关及露天段接触网状态和值班室内动态识别进出人员身份以及备案情况。视频监控设备采用高清智能相机可对隔离开关、电缆及接头、绝缘子、避雷器等进行24小时不间断拍摄，拍摄的高清图像可通过深度学习算法，实现对隔离开关状态、线缆是否破损、超温等设备的智能识别。结合红外测温功能，通过红外图像可对关键部件温度异常报警。人脸识别系统由人员智能识别摄像机、监控主机及网络设备组成，安装在值班室内，监测办公区域的进出人员，能够实时识别进出人员的身份并记录人员进出的情况，能够识别异常人员的进入，并通过后台进行报警提醒。

4、在天津地铁5号线新建6C数据管理系统，实现5号线网检车检测装置、弓网燃弧检测装置、温度检测装置、接触网几何参数检测装置、接触线磨耗检测装置、弓网压力硬点检测装置、弓网高清视频监控装置、接触网悬挂状态检测装置、出入段受电弓滑板监测装置、地面监测装置数据的集中汇聚处理、展示、综合分析应用。需同步在梨园头车辆段建设无线局域网，实现检测数据网络传输。本项目还需配置移动终端，用于工区维护人员数据采集、上传、查阅。同时应配置地铁公司内网，以支持分析处理后数据传输至6C数据管理系统，进行展示。

四、实现功能

1、6C缺陷管理具备对管辖范围内6C系统各装置报警信息、故障缺陷的管理功能，报警、故障缺陷信息包括其发生的时间、位置、缺陷参数、缺陷图片、缺陷检测人、缺陷分析人、缺陷类型等信息；缺陷的状态包括工区确认、缺陷复测、复测延期审核、缺陷整改、整改延期审核、缺陷销号、已销号等等。缺陷信息同支柱号相关联，点击支柱号可以打开一杆一档信息页面。

针对实时报警系统能够通过对感知层监视信息的阈值判定，输出实时报警信息。阈值判定按照3个故障缺陷等级划分，阈值可以随时调整。实时报警信息分为：

1）接口信息日志；2）6C报警信息；3）设备报警信息；4）接触网报警统计；5）设备报警统计；6）设备在线状态

针对故障缺陷系统能够通过对感知层的监视信息报警次数和历史数据对比分析进行故障缺陷判定，结合阈值判定，形成故障缺陷管理。

2、故障缺陷管理具有故障频率分析、故障原因分析和典型故障分析等功能。并且，上述分析结果需要上传至问题库中。能对问题库中的问题进行任意关键字检索查询，能对指定的缺陷进行批量审核、下发等操作。具备缺陷流转执行过程监控功能，可以通过流程图等模式监控缺陷流转过程。 按要求自动筛选重复性缺陷，并提取相关数据展示。可根据招标人的实际工作需求进行缺陷处置流程的调整。

3、统计分析；具备按时间、站区、线别、工区等等条件综合统计分析检测数据、设备缺陷数量、类型、部位等的分布特征，以饼状图、柱状图、折线图等形式展示功能；具备连续时间段内的同一设备的检测监测参数曲线趋势展示功能；具备同一设备历史检测图像的同屏对比展示；具备同类故障统计变化趋势展示功能；具备针对同一设备（或同一检测项目）各6C装置检测监测数据的关联展示功能。

4、综合对比分析具备对6C系统各装置的检测数据进行对比分析功能。包括缺陷分布地点、发生季节，不同年限设备、同一设备连续状态变化的趋势，不同管理机构、同一管理机构内所有设备状态的变化分析等。 具备对线路设备质量进行综合评价功能，可以以时间维度、空间维度进行统计数据综合分析，生成设备质量分析报告，指导供电设备维护。

（1）时间维度分析：能够按照日、月、年等不同时间范围进行数据分析；（2）空间维度分析：能够以锚段划分（显示最新数据）进行数据分析；

五、预期效果

能够在电客车正常运行时，自动实现接触网、受电弓的实时、动态检测，可快速有效的发现接触网或受电弓异常状态，自动记录并提供缺陷位置、缺陷种类、故障等级等相关信息；也可通过移动终端实时查询检测数据，满足在线监测要求。

车载数据可转储到6C数据中心，实现设备运行状态检测、数据集中展示处理、一杆一档数据积累、基于大数据设备状态分析和故障预测。通过动态数据检测可有效降低设备巡视周期，降低人工成本。依据故障相关信息明确故障点位，提高作业效率，为状态修提供技术支撑。

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