摘要:当车辆高速运行的过程中,车顶裸露的高压设备不仅要承受雨雪雾霾等恶劣天气的侵蚀,还要承受飞鸟及空中异物撞击的风险,所以为了能够实时监控线上运行列车车顶高压部件状态的稳定,受电弓视频监控系统应运而生,该系统通过车顶摄像机实时监视车顶受电弓及接触网工作状态,并兼顾受电弓附近其他高压设备的状态,保证其高压部分受流正常,使车辆能继续高速稳定的运行。
关键词:动车组;车顶设备;受电弓视频监控
1 引言
动车组车顶高压电气设备不仅要长期面对各种恶劣环境的侵蚀,特别是雨雪浓雾和重度污染的气候条件,同时也承受各种类型的过电压冲击。绝缘配合涉及到车顶的自身高压电气设备以及设备之间,同时也涉及到与之密切相关的供电接触网等系统,当动车组的车顶设备绝缘配合设计不合理时,会导致设备故障或车顶击穿,对车辆运行造成严重影响和危及人身安全。我们知道,动车组车顶分布着受电弓、高压隔离开关及高压线缆等设备,接触网25kV电压通过一系列高压设备进入主变压器,进而转化成不同电压等级的电能供车上设备使用。因此保障车顶高压设备状态的良好是保证车组供电正常的关键,也是对车辆进行其他操作的基础。下文将对受电弓视频监控系统对于高速运行的动车组如何监控车顶高压设备的状态问题进行分析。
2 高速运行的动车组车顶高压设备状态的必要性
车顶高压设备完全暴露于空气中,必须考虑环境污染的影响。高压设备的爬电距离以及设备之间的电气间隙较小时,设备的外绝缘可能会完全被固体颗粒、水膜等连接起来,造成设备之间以及设备与接地体之间的绝缘距离不足,引发车顶高压设备闪络放电事故。车顶高压设备为户外安装,要求25kV高压电气设备与机车车顶有足够的高压绝缘性能,防止风、砂、雨、雪等恶劣气候的侵害及雷电大气过电压的袭击。当牵引列车运行时,如果机车车顶高压设备发生故障或其他原因造成高压设备故障,比如受电弓刮弓、主断路器灭弧室瓷瓶爆炸、非线性电阻爆炸、支持绝缘子闪络等造成高压设备接地或与车顶间绝缘降低,由于乘务员无法判断故障情况,一旦再次升起受电弓将导致高压放电、接地,轻则造成受电弓滑板与接触网粘接,重则烧断接触网,造成大的故障。再有如遇大雾及雨雪天气,1个供电区间中有多台机车,如有1台机车绝缘子闪络,将造成多台机车不敢升弓(这种情况在京广线、陇海线多次发生),严重影响行车安全和铁路运输的正常秩序。
根据机车实际设备及布线,经过大量的调查研究,认为利用机车上安装的高压电压互感器的一、二次绕 组的电压变化来实现车顶高压设备绝缘的检测较为理想。高压电压互感器在机车上的作用是检测接触网电 压。当网压为25kV时,网压表侧是100 V的交流电,显示 25kV。根据电压互感器的工作原理,一次绕组电压为 25 kV时,二次绕组电压为100 V。反过来,在二次绕组上加100 V的电压时,一次绕组的空载电压为25 kV。当一次绕组有负载或短路(即车顶高压设备与车顶间绝缘降低,其间有一定电阻值或接地)时,一次绕组电流随之增大,二次绕组电流也将随着增大,那么二次绕组回路中的降压电阻上的电压将增大,二次绕组电压将降低(因二次绕组回路的电源电压不变),反映到网压表上的电压将降低或为0 V。乘务员通过观察A、B节司机室的网压表显示的电压变化,来确定车顶高压设备是否接地或绝缘降低。
3 受电弓视频监控系统
车辆高速运行过程中,车顶受电弓升起,高压部件正常工作,受电弓视频监控系统的摄像机采集车顶高压部件的视频监控数据,经过以太网传输至视频监控服务器进行录制存储,再经过列车网络,将实时画面传输至监控屏和智能分析主机,监控屏显示实时画面,智能分析主机对实时画面进行智能分析,将报警信息传输至监控屏显示,智能分析主机为受电弓视频监控系统的功能扩展部分,列车预留布线、接口和安装位置。动车组车顶高压设备在雨雪雾霾等极端天气的情况下,容易发生污闪等高压放电现象,运行途中还存在遭受飞鸟及空中异物撞击的风险,在未加装受电弓视频监控系统之前,当车辆发生高压故障时为了确认车顶设备的状态往往需要机械师申请登顶检查,同时故障时刻车顶设备的状态信息也无法得知,这给线上应急故障处置和后期故障的彻底排查带来了很大的不便。受电弓视频监控系统在监控车顶高压设备的状态的优势很多具体来说有以下几点:
3.1弓网监控全面
受电弓视频监控系统监控范围至少包括:受电弓摄像机水平视场角范围满足列车通过小弯道(C形弯和S形弯)时覆盖受电弓和接触网。受电弓摄像机垂直视场角范围覆盖受电弓、接触网,摄录受电弓与接触网接触点上方200mm区域图像。系统结合数据中心及查询终端向用户提供了卫星定位的原始信息,完成了列控车载设备的状态信息、地面应答器信息、各类报警信息、无线RBC信息、GPS、轨道电路及扩展设备等信息的实时采集,并将采集到的数据信息经过处理之后,通过GPRS/GSM-R网络实时发送到地面数据中心。
3.2全时监控且数据存储时间长
受电弓视频监控系统补光灯采集升降弓信号可自动开启和关闭,白天和黑夜模式可自动转换,满足全天24小时观测需求。车顶摄像机模块具有除雾、融雪功能,被监视设备清晰度满足厘米级的要求。视频监控服务器采用2.5英寸SATA接口硬盘,存储容量满足至少存储7X24小时的要求。
3.3监控视频信息全面且便于查询
视频录像每10分钟存储一个文件,用日期、时间、车次、车厢号和位置号命名文件。监控画面包含日期、时间、车次、车厢号和位置号标记等信息,相邻文件的视频连续无间断。受电弓视频监控画面以单画面轮询方式显示各受电弓及高压部件视频监控画面,每10秒钟(可设置)轮询播放。实时查看的功能该系统对于各类信息,如:RBC数据、应答器报文、关键文本信息都可实时地进行查看、分析,还可以进行定位、回放并导出报警数据。
4 总结
近年来,国内铁路发展迅速,在线运行的动车组数量迅速攀升,给人们的出行带来极大方便的同时,也对受电弓及接触网的监测提出了更高的要求。动车组受电弓视频监控系统用于实时监测受电弓及接触网的运行状态,帮助工作人员及时、有效地应对各类弓网故障。弓网监控系统比较而言成本较低;同样的原因,由于硬件实现比软件实现实时性好,速度快,所以该动车弓网离线监测系统没有“受电弓离线自动测定装置”响应速度快。针对高速运行的动车组车顶高压设备的监控办法,本文从受电弓视频监控系统的组成、工作原理、优点、目前存在的问题及解决办法等几个方面入手,对该系统进行了详细的介绍分析,突出了该系统在车顶高压设备监控方面所起的作用。当然车辆除了通过这种外部状态监控措施以外,还在高压设备内部设置了多个传感器,对风压、温度、电流及电压值等参数进行实时监控,当车辆参数发生异常变化超出标准范围时,车辆传感器动作也会在司机室监控屏上弹屏报警。在以上内外双重监测保护机制的作用下,动车组安全性得到了有效保障,从而使车辆以最好的状态飞驰在祖国的大江南北,给乘客带来更加安全稳定舒适的旅途体验。
参考文献:
[1]王双全,张贤凯.动车组视频监控系统概述[J].科技创新导报.2016(23).
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