可控紫外光用于弓网燃弧检测装置定标系统的相关探讨.pdf

165中 国 设 备 工 程C h i n a P l a n tE n g i n e e r i n g中国设备工程 2023.09（上）受电弓接触网系统的运行，很大概率会发生弓网燃弧，该现象是列车处于运行状态下，在电弓、接触网接触之后，出现不良状态最为直接的表现形式，所以弓网燃弧通常被作为了解弓网受流性能的一项重要指标，而燃弧检测结果精准性，也作为需要关注的一项重要问题。很多从业者针对弓网燃弧现象展开分析，分别立足于该现象的行车机理、燃弧在滑板与接触线磨损两方面产生影响、弓网燃弧仿真、弓网燃弧特性检测装置等维度做出分析，面向弓网燃弧检测装置定标研发相应的装置，使弓网燃弧检测能力显著提升。弓网燃弧检测装置定标系统在行业领域内有相对广泛的应用，在该系统中采用可控紫外光，是系统运行的一种优化方法，有利于进一步提高弓网燃弧检测水平。因此，本文针对可控紫外光在弓网燃弧检测装置定标系统中的运用作出分析，总结分析系统结构与实际应用效果。1 可控紫外光与弓网燃弧检测装置定标系统发展现状根据相关规范，地铁轨道受流系统稳定运行，一般可以通过测量接触网、受电弓产生的相互动态，检测对象包括弓网燃弧次数、最长弓网燃弧持续时间、和弓网燃弧率等参数。因为燃弧现象的行车具有偶然性，所以无法保证每次都能精准捕捉，所以在选择检测系统时，要具备实时待命、快速响应、完整记录燃弧信号的功能，例如，图像采集系统、紫外光感应系统比较常见。对比这两个系统，图像采集系统得出的结果，很容易受到一些非燃弧现象影响，所以实践中多采用燃弧特征紫外光频段敏感性较强的接收装置，检测线路弓网燃弧。另外，弓网燃弧闪烁时间非常短，且具有确定性，所以需要准确辨认、判断所能够接收的单次燃弧闪烁有效信号与时长数据，对比标准燃弧时长后，将其作为有效燃弧记录。但是，燃弧信号采集装置、计算机分析软件评判模型参数，用于记录、预估与判断信号存在一定困难。基于此，选择可以标定矫正燃弧的紫外光信号采集装置非常重要，且该定标系统还需保证机械稳定、软件参数精准，为弓网燃弧检测装置设计、运行维护等提供技术方面的支持。可控紫外光用于弓网燃弧检测装置定标系统的相关探讨肖冰语，段国辉，张文静（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130113）摘要：为了进一步增强城市轨道交通运行安全，针对可控紫外光在弓网燃弧检测装置定标系统中的应用展开分析。首先，介绍了弓网燃弧检测装置定标系统，了解其在城市轨道交通领域的应用现状。其次，介绍了弓网燃弧机理以及潜在危害，分析弓网燃弧检测技术，构建可控紫外光基础上的弓网燃弧检测装置定标系统，并对系统性能与运行效果展开论述，发挥标定系统作用，以期能够维持城市轨道交通安全运行。关键词：可控紫外光；弓网燃弧检测装置；定标系统；城市轨道交通中图分类号：U225;U264.34 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2023）09（上）-0165-03实际上，我国弓网燃弧检测有关研究仍然处于发展状态，尤其是关于弓网燃弧测量装置方面的研究。为了进一步提高检测装置稳定性，面对弓网燃弧检测装置标准燃弧定标系统，还需要做到精准标定，但是目前现有的弓网燃弧检测技术、评判标准等，对比国际标准仍然有一些不足。为此，要想充分发挥出弓网燃弧检测装置在时间特征参数方面的定标功能优势，需要立足弓网燃弧机理、检测规范标准，在可控紫外光基础上构建弓网燃弧检测装置定标系统。2 弓网燃弧机理以及潜在危害城市轨道交通进行电能传输，其中非常重要的环节之一便是弓网系统。当受电弓、接触网处于良好接触状态时，弓网之间通常不会产生比较大的能量流失。但是弓网系统发生震动，或是接触线、滑板接触点存在异常，接触线、滑板存在异物，将会引发弓网接触故障或者是弓网离线现象，增加弓网燃弧的发生概率。一旦发生燃弧现象，必然会导致弓网电气侵蚀和磨损等问题，甚至发生牵引电流扰动，加剧设备损耗，不利于地铁行车的安全性。弓网电接触即为受电弓、接触线发生接触，这主要得益于压力的作用，接触面不是绝对光滑，以滑动接触为主。所以立足微观角度，受电弓、接触线也非绝对接触。一旦受电弓、接触线之间发生接触，那么，接触区域仅出现部分微小且分散点，此类接触点便是接触斑点，将组成导电通路的斑点，视为导电斑点。无论弓网接触面积如何，实际接触面非常微小，而且接触点直接承载弓网施加的所有压力、弓网摩擦和热效应。上述分析均是在弓网处于相对静止情况下，当弓网系统开始运行，那么弓网之间会产生滑动接触，从而加剧负面影响。3 弓网燃弧检测技术分析比较传统的弓网燃弧检测为可视光光学式弓网燃弧检测装置，该装置很难在白天测量，经过改进后，可控紫外光可以支持白天检测，在列车车顶位置安装紫外光光学传感器，对受电弓接触网燃弧信号进行检测。接触网导线、受电弓滑板的原料以铜、碳为主，燃弧形成设备9上.indd 1652023/8/30 14:32:38166研究与探索Research and Exploration 智能检测与诊断中国设备工程 2023.09（上）弧光，通常在紫外光范围内会有强光谱。紫外光传感器通过金属光电效应、气体倍增效应发挥作用，同时还需利用紫外光传感器专用光敏管。光敏管的其中一项优势是 185 260nm 窄光谱灵敏度，面对可见光不敏感，对比普通光半导体传感器，无须用到光学滤光片，所以在检测应用中效率更高。虽然尺寸参数小，但是角度灵敏度高，进一步提高了弓网燃弧产生微弱紫外光检测的效率与可靠性。紫外光传感器仅面向弓网燃比较小范围的紫外线敏感，所以其余频谱光线通常不具有敏感性。要想充分展现弓网燃弧紫外光传感器的灵敏性，需要从紫外光传感器放电次数着手。如果入射紫外光弱，输出脉冲数、入射紫外光光强为正比例关系，入射紫外光强度增加后，输出脉冲数量趋于饱和，且不会继续增加。弓网燃弧测量过程中，包括弓网燃弧光谱所涉及的燃弧功率密度、弓网燃弧测量装置响应两者之间的联系。按照规范标准，弓网燃弧测量装置需要检测到铜物质发出紫外光波长。铜以及铜合金接触线、受电弓碳物质滑板，则需要感知到 220 225nm、323 329nm 波段范围内所有的紫外光。弓网燃弧测量装置在应用中，燃弧检测 I 值非常重要，I 值的设置和弓网燃弧最小燃弧功率有直接关系，最小燃弧功率不同，其适用范围也存在差异。160W/cm210%适用范围是25kV AC，57.1W/cm210%适用范围是 15kV AC，15.1W/cm210%适用范围是 13kV AC，12.5W/cm210%适用范围是 1.5kV AC。4 可控紫外光基础上弓网燃弧检测装置定标系统的建构基于可控紫外光的弓网燃弧测量装置定标系统，是由氛灯紫外灯光源、紫外灯光源控制电源、光路控制定时系统、定时系统控制器主要元件组成，辅助元件则包括光学回路、安装转接件、标准紫外光探测器等。当弓网燃弧检测装置定标系统开始运行后，数据处理系统起到控制作用，标准紫外光探测器、弓网燃弧传感器直接进入光路输出端。此时，光路输入端位置的标准氛灯紫外光，依次输入光学回路、滤光回路、输出光学回路之后，随后便会在标准紫外光探测器、弓网燃弧传感器光敏面产生成像。借助光功率计和光谱分析仪等装置，标准紫外光探测器转换弓网燃弧检测装置接收的光信号，以电信号形式传输至数据处理系统中。数据处理系统安装了数据通信系统、测量软件，比较常见的数据处理系统测量软件有数据通信模块，工作人员按照系统参数科学设置模块，并对模块进行控制。数据通信模块主要负责光功率计、光谱分析仪、弓网燃弧测量装置在运行中产生所有数据的处理，利用RS232、ETHERNET 接口，将数据传输到处理系统中。随后进入系统参数设置模块，按照提前确定的工作类型，工作人员可以设置相关参数，如光学回路、定时系统控制器数据等。通过控制模块，可以按照系统参数设置模块的数值，为光学回路与定时系统控制器传输指令，按照需求对氛灯紫外灯光源输出强度、光谱与弓网燃弧次数等进行优化调整。系统参数设置模块主要功能是明确校准、标定、测量的具体类型，调取校准、标定与测量模块后，便可以采集需要数据，进行数据处理与计算。5 弓网燃弧检测装置定标系统运行试验与效果5.1 定标系统性能试验弓网燃弧检测装置标定系统建构完成后，工作人员需要及时组织系统性能试验，在试验中了解弓网燃弧检测装置运行的持续时间、次数和间隔时间等关键时间特征参数，保证装置运行稳定性。此次性能试验分为两组进行，第一组试验对象为时间特征参数。工作人员优化调整弓网燃弧检测装置定标系统相关的光学能量特征性能，并对氛灯光源加以调整，使功率可以稳定输出，且光学回路增加滤光片，输出光谱曲线控制在 190 300nm 波段范围内。经过上述调试后，定标系统性能试验期间，光学输出便可保证可靠性。开始性能试验后，设置系统时间特征参数如下：（1）设置最佳弓网燃弧持续时间参数是 10ms、20ms、30ms、40ms、50ms、100ms、200ms、300ms；（2）弓网燃弧间隔时间统一设定为 1000ms；（3）弓网燃弧次数以 20 次为准。工作人员在试验期间，利用弓网燃弧检测装置可以获取燃弧传感器输出电压，并且按照顺序标定弓网燃弧检测装置。第二组试验对象为弓网燃弧检测装置分辨率、检测结果精准度。此次试验需要将输出信号采集频率调整为10000Hz，弓网燃弧检测装置内置软硬件也需优化。因为电动快门响应和电动快门控制器相比，两者在设置时间方面存在 3 4ms 左右时延，因此，弓网燃弧检测装置检测获取的弓网燃弧时间平均值，通常设置时间需要增加 3 4ms，考虑时延的部分。针对弓网燃弧检测装置的输出值平均偏差稳定度、最大值偏差稳定度进行计算，确定在可控范围，且最大标准偏差是 3.55ms，由此可确定系统经过标定后，弓网燃弧检测装置可以检测数据具有精准性与实用性。5.2 系统运行效果此次定标系统经过试验与实操，获得比较理想的运行效果，主要体现在三方面：第一，系统同时具备弓网燃弧光谱辐射照度与响应度、弓网燃弧持续时间与次数等诸多功能，可以实现资源共享，而且无须更多成本，将弓网燃弧测量装置在校准、测量、标定数据精确性方面存在的问题解决；第二，输入光学回路包括球面反射镜、平面反射镜，由其直接组成了成像系统。按照球面反射镜、平面反射镜的顺序，在反射后射出入射光束。滤光回路内还包括大量波段不滤光片，所有滤光片均可利用片轮控制，切入至光路内。系统中的输出光学回路包括自动可调光阑，按照实际轻调整输出紫外光光束直径；第三，通过超低震动光学定时系统，工作人员便可以动态调整时长，一般定时分辨率不超过 1ms，时长范围则控制在 1ms 1000s。系统可以选择额的控制触发方法比较多元化，如内触发、外触发、面板操作等。此外，设备9上.indd 1662023/8/30 14:32:38167中 国 设 备 工 程C h i n a P l a n tE n g i n e e r i n g中国设备工程 2023.09（上）基于当前我国电力系统逐渐趋向智能化方向发展，变电站设备在运行中将会出现大量的运行数据，通过采集和分析电力设备状态数据，能够有效预测故障风险，最大限度地保障电力设备工作的稳定和安全。而为实现对电力设备的实时全面在线监控，应借助现代科学技术。电力物联网技术是在计算机和互联网技术基础上发展而来的一种新型手段，通过对物体进行定位跟踪、实时监控和管理，有助于将现实实际与网络空间实时连接，形成相对完整的网络，可提高电力设备在线监测的准确性和可靠性，为电力系统整体运作提供良好保障。1 常见电力物联网技术现阶段，在电力行业内，对电力物联网技术的应用逐渐深化，较为常用的技术主要包括智能传感器技术、标识编码技术以及通信电源技术等。智能传感器技术是指在物联网架构体系的底层部分，用于识别物体并感知其状态。由于智能变电站具有较为复杂的电磁环境，测量对象和参数种类多，对测量试析电力物联网技术在电力设备在线监测中的应用周铁（上海明华电力科技有限公司，上海 200090）摘要：近年来，社会经济发展速度不断提升，对电力能源的需求大幅增加，为保障变电站等电力设备合理发挥功能，保障供电安全性和稳定性，应当加强对电力设备的监测和管理。而电力物联网技术是现代一种安全工器具的管理方法，为有效实现电力设备的在线监测，应积极开展探究，基于电力物联网技术把握电力设备在线监测方法要点，分析在变电站设备状态监测以及巡检管理中的具体应用，旨在进一步促进电力物联网技术的发展，推动电力设备在线监测的合理实现，保证电力系统健康、平稳地运行。关键词：电力物联网技术；电力设备；在线监测；具体应用中图分类号：TM73;TP391.44;TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2023）09（上）-0167-03精度要求较高，所以，在应用该项技术时，往往需要安装具备强抗干扰能力的传感器。目前，智能传感器逐渐趋向集成化和小型化，通过减小体积来降低运行功耗，可延长无线传感器的使用寿命，在未来发展前景较为广阔。标识编码技术主要是利用射频识别技术，改善以往条形码标识易损坏、编码差异大等缺陷。通过利用 RFID通信距离实施定位，有利于加强巡检管理。在应用过程中，还需对智能变电站架构进行合理划分，按照变电站的标准编号，有效地对电力设备进行间隔编号。通信电源技术是为应对智能变电站复杂环境的一项应用手段。如当前变电站中通信终端数量多、数据传输量大，当无线设备在自组网和汇集节点时，通过利用功耗较低的通信设备，适应变电站通信标准，对已有通信接口实施兼容，即可保证通信功能的正常发挥。2 基于电力物联网技术的电力设备在线监测方法要点2.1 合理构建通信网络拓扑结构利用电力物联网技术实现电力设备在线监测，应当该系统还具有 GPIB、RS232、ETHERNET 接口，工作人员可按照需求进行远程操作。实操中弓网燃弧持续时间、次数、间隔时间更加精准，定时系统最小驱动脉冲可达到 10ms，而最小底部打开时间和定时器设置时间相比，前者也可以延长 3 4ms。6 结语综上所述，可控紫外光与弓网燃弧检测装置定标系统相结合，是在传统弓网燃弧检测装置基础上做出的改变与创新。对于城市轨道交通而言，可以解决以往地铁列车在运行中遇到的一些问题，确保列车安全、稳定地运行。另外，通过标定系统，还可以有效节约成本，为今后我国城市轨道交通行业发展提供助力。参考文献：1 孔龙飞,韩通新,李卓,田亮,刘忠彬,戴晋.复兴号服役动车组弓网受流性能数据跟踪采集方法研究 J.铁道机车车辆,2022,42(03):118-124.2 邢 挺.浅 析 铁 路 牵 引 供 电 燃 弧 检 测 技 术 J.电 子 制 作，2021(12):79-81.3 顾桂梅,吴俊明,仝甄,张振琛.基于融合图像连通区域提取的弓网燃弧自动检测方法 J.武汉大学学报(工学版)，2021,54(05):461-466.4 仝甄,顾桂梅,余晓宁.弓网燃弧可见光图像分割算法 J.激光与光电子学进展,2020,57(16):202-208.5 李彦华,于晓英.弓网电弧检测系统弧光采集部分参数设计 J.西北师范大学学报(自然科学版),2020,56(04):57-61.6 张振琛,顾桂梅,李占斌.基于图像处理的弓网燃弧检测方法 J.兰州交通大学学报,2020,39(02):51-57.7 赵青选,屈海洋,尚江傲.一种非接触式弓网监测系统功能原理及框架组成 J.科技风,2019(11):99-100.8 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