电气化铁路接触网4C图片检测数据分析

胡青岗¹ 李伟芳² 辛志广³ 

（北京局集团有限公司石家庄供电段   石家庄050000）

摘要：接触网是沿铁路架设的一条特殊供电线路，露天，无备用，一旦发生设备故障将直接中断行车，造成经济损失，严重干扰铁路的正常运输秩序，因此接触网设备的安全稳定运行对铁路运输尤为重要。随着我国高铁线路不断开通运营及科学技术的发展，接触网维修针对性越来越强，需要通过检测手段对接触网设备状态进行研判，接触网4C检测就是其中一种，主要依靠接触网成像技术对接触网支持定位装置的零部件实施高精度成像检测、分析，指导接触网维修。通过4C检测技术的运用，发现了大量接触网设备缺陷，通过消缺处理，有效的保障了接触网设备的安全。

关键词：铁路；接触网；分析；技术

Abstract：The contact network is a special power supply line built along the railway, open air and no spare, once the equipment failure will directly interrupt the driving, cause economic loss and seriously disturb the normal transportation order of the railway, so the safe and stable operation of the contact network equipment is particularly important for the railway transportation. With the continuous operation of the high speed rail line and the development of science and technology, the contact network maintenance is becoming more and more pertinent, and the contact network 4C detection is one of them. It is mainly based on the contact network imaging technology to implement the high precision of the parts of the contact network support positioning device. Imaging detection and analysis to guide the maintenance of catenary. Through the application of 4C detection technology, a large number of defects in catenary equipment have been discovered. Through the elimination of defects, the safety of overhead contact network equipment has been effectively guaranteed.

Key words：Railway；Catenary； Analysis； technology

1、概述

随着我国高速铁路及科学技术的发展，接触网维修针对性越来越强，需要通过检测手段对接触网设备状态进行研判，因此构建了铁路供电安全检测监测系统（6C系统）。6C系统作为铁路供电系统的重要组成部分，是保障供电设备安全可靠运行的必要手段，是保证铁路运输安全畅通的重要技术装备。

6C系统包括：高速弓网综合检测装置（1C）、接触网安全巡检装置（2C）、车载接触网运行状态检测装置（3C）、接触网悬挂状态检测监测装置（4C）、受电弓滑板状态监测装置（5C）、接触网及供电设备地面监测装置（6C）以及6C系统综合数据处理中心。

其中，4C图像检测装置是安装在接触网作业车或专用车辆上，随运行车体对接触网悬挂系统的零部件，特别是腕臂区域的零部件进行高分辨率成像检测，通过检测数据缺陷自动识别与人工分析，指导接触网运行维修。

2、工作原理

主要采用高速运动的定位触发及图像抓拍技术，图像采集及存储技术。首先通过视频流分析法找到接触网支持定位装置上空间位置相对恒定的特征物，以此作为触发抓拍的标志；通过特征物的静态图像标定触发距离，然后用动态实验来修正补偿误差；同时在系统中配备一系列高分辨数字工业相机组合，产生海量图像数据，应用大容量磁盘阵列和千兆网静态链路汇聚相结合的技术，保证及时无误地存储图像。

3、系统功能

3.1.在列车运行时采用高帧率相机对沿线接触网支持定位装置进行连续图像采集，用智能图像识别方法对接触网支持定位装置位置进行准确定位。

3.2对隧道外接触网支柱和隧道内定位立柱杆号准确抓拍，并自动识别杆号。

3.3自动抓拍接触网支持定位装置正反两面全局图像及局部关键图像。对接触网支持定位装置进行整体成像对于及时发现零部件出现“松、缺、断、脱、裂”、绝缘闪络等缺陷极其重要。同时，为了确保人机检查判别故障时能够清晰准确，还有必要对接触网支持定位装置关键部位进行局部高清成像。经过分析，对接触网支持定位装置局部关键部位进行了划分。

3.44C检测装置抓拍相机拍摄区域简介

现将相机拍摄分区域进行介绍，相机拍摄区域示意图如图1所示。

图1  拍摄区域示意图

⑴ 定位装置及支持装置抓拍相机组

定位装置及支持装置抓拍相机组由12个分辨率为6576×4384的2900万像素工业相机组成，并分为两组，每组各6个相机，从正反面对沿线支持装置、定位装置进行全覆盖高清拍摄。

⑵ 附加悬挂及吊柱座抓拍相机组

装置采用8个相机构成附加悬挂及吊柱座抓拍相机组，其中，2个分辨率为4896×3264的1600万像素工业相机对支柱顶端的吊柱座进行拍摄；2个分辨率为4896×3264的1600万像素工业相机对支柱顶部的附加悬挂进行拍摄，4个分辨率为2448×2050的500万像素相机对支柱侧面的附加悬挂相机进行拍摄。

⑶ 杆号抓拍相机组

杆号抓拍相机组由2个分辨率为1280×960的130万像素相机组成。这2个相机分别安装于车体的靠近外边缘的两侧，用于在对高铁线路检测时，进行杆号抓拍。

      4、图像分析

4.1.图像介绍

图2  4C分析软件界面1

⑴ 如图2所示，定位支撑装置6张照片为1位端6张照片，它与图1所示6个红色区域相对应，由于相机在设计安装时考虑到支柱位于线路的左右两侧，所以一般情况下，当支柱位于线路左侧时，图2显示1位端6张照片中③、⑥两张照片是相机拍摄到的反定位管末端。当支柱位于线路右侧时，①、④两张照片是相机拍摄到的反定位管末端。

图3  4C分析软件界面2

⑵ 如图3所示，该6张照片为2位端6张照片，即1位端支柱另一侧的照片，当支柱位于线路左侧时，一般情况下左侧两张照片是相机拍摄到的反定位管末端。当支柱位于线路右侧时，一般情况下右侧两张照片是相机拍摄到的反定位管末端。

4.2.分析内容

检测装置拍摄的12张照片因拍摄角度和定位方式不同，分析内容略有差异,每张照片分析，内容如下（用于对比分析4C检测数据的标准照片见附件）：

图4  4C分析重点部位

图5  正向平腕臂

图5为图2中①所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 腕臂底座与旋转双耳是否有开裂，腕臂底座销钉是否穿反，是否有开口销；

⑵ 绝缘子是否有破损或放电痕迹，绝缘子与底座连接螺栓是否有螺母和开口销，检查接地跳线固定是否牢固；

⑶ 绝缘子与平腕臂连接处铁锚压板是否缺失，是否为双螺母，安装是否正确，铁锚压板与绝缘子连接是否有明显间隙，弹簧垫片是否压平。检查平腕臂与绝缘子连接处是否有穿钉和螺母（如设计有）；

⑷ 平腕臂与腕臂支撑连接处支撑管卡子有无开裂，腕臂处两条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装。支撑处螺母是否拧紧，有无开口销。

⑸ 是否出现位移。

图6  正向承力索

图6为图2中②所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 平腕臂与斜腕臂连接处套管双耳有无开裂，腕臂处四条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装。斜腕臂处螺母是否拧紧，有无开口销；

⑵ 检查承力索座是否有开裂，螺栓有无松动，双槽承力索座有无辅线，铜承力索处有无防护条（如安装铜铝过渡线夹则无需防护条），承力索座处承力索有无腐蚀、断股；

⑶ 平腕臂有无管帽；

⑷ 腕臂与定位管支撑连接处支撑管卡子（如有）有无开裂，腕臂处两条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装。支撑处螺母是否拧紧，有无开口销。

⑸ 是否出现位移。

图7  正向平腕臂

图7为图2中③所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 定位管是否有管帽；

⑵ 定位器底座或定位立柱是否安装牢固，有无开裂变形，软定位器拉线是否有断股；

⑶ 定位管卡子或支撑管卡子有无开裂，定位管处两条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装，支撑管卡子支撑处螺母是否拧紧，有无开口销，定位管卡子螺栓是否拧紧，防松垫片是否正确安装。

(4) 是否出现位移。

图8  正向斜腕臂

图8为图2中④所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 腕臂底座与旋转双耳是否有开裂，腕臂底座销钉是否穿反，是否有开口销；

⑵ 绝缘子是否有破损或放电痕迹，绝缘子与底座连接螺栓是否有螺母和开口销，检查接地跳线固定是否牢固；

⑶ 绝缘子与斜腕臂连接处铁锚压板是否缺失，是否为双螺母，安装是否正确，铁锚压板与绝缘子连接是否有明显间隙，弹簧垫片是否压平。检查平腕臂与绝缘子连接处是否有穿钉和螺母（如设计有）；

⑷ 斜腕臂与腕臂支撑连接处支撑管卡子有无开裂，腕臂处两条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装。支撑处螺母是否拧紧，有无开口销。

⑸ 是否出现位移。

图9  正向线夹

图9为图2中⑤所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 定位环有无开裂，是否装反，定位管沟是否扭曲变形，定位器底座安装是否牢固，有无开裂破损，软定位器拉线是否有断股；

⑵ 分析线夹状态，定位线夹受力面是否装反，螺母应在受压侧，线夹有无松动、开裂，A型定位线夹U型穿销是否向上掰成60°，螺母是否缺失，止松垫片是否掰开，紧固螺帽有无缺失。C型定位线夹与定位器间隙是否异常。

⑶ 是否出现位移。

图10  正向斜腕臂

图10为图2中⑥所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 定位管是否有管帽；

⑵ 定位器底座或定位立柱是否安装牢固，有无开裂变形，软定位器拉线是否有断股；

⑶ 定位管卡子或支撑管卡子有无开裂，定位管处两条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装，支撑管卡子支撑处螺母是否拧紧，有无开口销，定位管卡子螺栓是否拧紧，防松垫片是否正确安装。

⑷ 是否出现位移。

图11  反向平腕臂

图11为图3中①所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 定位管是否有管帽；

⑵ 定位器底座或定位立柱是否安装牢固，有无开裂变形，软定位器拉线是否有断股；

⑶ 定位管卡子或支撑管卡子有无开裂，定位管处两条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装，支撑管卡子支撑处螺母是否拧紧，有无开口销，定位管卡子螺栓是否拧紧，防松垫片是否正确安装。

⑷ 是否出现位移。

图12  反向承力索

图12为图3中②所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 平腕臂与斜腕臂连接处套管双耳有无开裂，腕臂处四条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装。斜腕臂处螺母是否拧紧，有无开口销；

⑵ 检查承力索座是否有开裂，螺栓有无松动，双槽承力索座有无辅线，铜承力索处有无防护条（如安装铜铝过渡线夹则无需防护条），承力索座处承力索有无腐蚀、断股；

⑶ 平腕臂有无管帽；

⑷ 腕臂与定位管支撑连接处支撑管卡子（如有）有无开裂，腕臂处两条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装。支撑处螺母是否拧紧，有无开口销。

⑸ 是否出现位移。

图13  反向平腕臂

图13为图3中③所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 腕臂底座与旋转双耳是否有开裂，腕臂底座销钉是否穿反，是否有开口销；

⑵ 绝缘子是否有破损或放电痕迹，绝缘子与底座连接螺栓是否有螺母和开口销，检查接地跳线固定是否牢固；

⑶ 绝缘子与平腕臂连接处铁锚压板是否缺失，是否为双螺母，安装是否正确，铁锚压板与绝缘子连接是否有明显间隙，弹簧垫片是否压平。检查平腕臂与绝缘子连接处是否有穿钉和螺母（如设计有）；

⑷ 平腕臂与腕臂支撑连接处支撑管卡子有无开裂，腕臂处两条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装。支撑处螺母是否拧紧，有无开口销。

⑸ 是否出现位移。

图14  反向斜腕臂

图14为图3中④所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 定位管是否有管帽；

⑵ 定位器底座或定位立柱是否安装牢固，有无开裂变形，软定位器拉线是否有断股；

⑶ 定位管卡子或支撑管卡子有无开裂，定位管处两条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装，支撑管卡子支撑处螺母是否拧紧，有无开口销，定位管卡子螺栓是否拧紧，防松垫片是否正确安装。

⑸ 是否出现位移。

图15  反向线夹

图15为图3中⑤所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 定位环有无开裂，是否装反，定位管沟是否扭曲变形，定位器底座安装是否牢固，有无开裂破损，软定位器拉线是否有断股；

⑵ 分析线夹状态，定位线夹受力面是否装反，螺母应在受压侧，线夹有无松动、开裂，A型定位线夹U型穿销是否向上掰成60°，螺母是否缺失，止松垫片是否掰开，紧固螺帽有无缺失。C型定位线夹与定位器间隙是否异常。

⑶ 是否出现位移。

图16  反向斜腕臂

图16为图3中⑥所示位置照片，该照片主要分析：

⑴ 腕臂底座与旋转双耳是否有开裂，腕臂底座销钉是否穿反，是否有开口销；

⑵ 绝缘子是否有破损或放电痕迹，绝缘子与底座连接螺栓是否有螺母和开口销，检查接地跳线固定是否牢固；

⑶ 绝缘子与斜腕臂连接处铁锚压板是否缺失，是否为双螺母，安装是否正确，铁锚压板与绝缘子连接是否有明显间隙，弹簧垫片是否压平。检查平腕臂与绝缘子连接处是否有穿钉和螺母（如设计有）；

⑷ 斜腕臂与腕臂支撑连接处支撑管卡子有无开裂，腕臂处两条螺栓是否紧固，防松垫片是否正确安装。支撑处螺母是否拧紧，有无开口销。

⑸ 是否出现位移。

5、4C定位支撑装置分析重点

5.1.上下部腕臂底座及瓷瓶铁锚压板的分析,如图17所示。

⑴ 上、下部腕臂底座与支柱连接处有无松动；

⑵ 上、下部腕臂底座销钉是否穿反，有无开口销，开口销是否掰开；

⑶ 上、下部腕臂底座棒式绝缘子顶部铁锚压板是否缺失，安装是否正确，弹簧垫片是否压平；

⑷ 瓷瓶是否破损，有无脏污；

图17  上下部腕臂底座及瓷瓶铁锚压板分析重点

5.2.支撑管卡子及腕臂（定位管）支撑管的分析，如图18所示。

分析外形有无开裂或裂纹，连接状态是否正常，螺母、开口销等有无缺失、松动，线夹有无滑移。如图18所示。

图18  支撑管卡子及腕臂（定位管）支撑管的分析重点

5.3.承力索底座的分析

分析零部件的外观有无裂纹，零部件连接状态是否正常，开口销、螺母是否缺失；承力索底座安装的方向是否正确（底座处钩头开口正定位朝线路侧、反定位朝田野侧）；安装好的承力索底座是否竖直；预绞丝保护条、保护衬有无缺失；压线盖板螺栓有无松动；承力索座线夹整体有无滑移。如图19所示

图19  承力索底座分析重点

5.4.定位环（套管单耳）分析

⑴ 分析套管单耳外观有无裂纹或开裂，穿钉、开口销是否有缺失，垫片是否压平，紧固螺帽有无缺失。套管单耳开裂图片，如图20所示。

图20  套管双耳开裂

⑵ 定位环本体有无开裂，定位钩有无明显变形、磨损，如图21所示。

图21  定位环分析重点

5.5.定位支座（软定位拉线）分析

定位器底座安装是否牢固，有无开裂破损，等电位线安装是否正确，软定位器拉线是否有断股；等电位线固定螺栓是否紧固到位，有无松动、断股、散股、缺失等，如图22所示。

图22  定位支座分析重点

5.6.定位器的状态分析

分析定位器的外观整体有无破损、烧伤，定位器勾与定位支座磨损程度，如图23所示。

图23  定位器状态分析重点

5.7.定位线夹

⑴ 检查定位线夹有无开裂，如图24所示。

图24  定位线夹开裂

⑵ 定位线夹受力面是否正确（螺母在受压侧，即定位器本体的另一侧），线夹有无松动、开裂，U 型穿销是否向上掰成60°，止动垫片应锁到位，垫片是否压平，紧固螺帽有无缺失，如图25所示。 

图25  定位线夹分析重点

5.8.防风拉线固定环分析

⑴ 分析防风拉线固定环本体有无开裂，螺栓是否紧固，垫片是否压平，紧固螺帽是否缺失；防风拉线本体有无穿反，状态是否过紧、过松、变形。

⑵ 防风拉线固定环开裂图片，如图26所示。

图26  防风拉线固定环开裂

5.9.斜吊线固定钩分析

⑴ 分析斜吊线固定钩的外观是否开裂，螺栓是否紧固，垫片是否压平，紧固螺帽是否缺失，是否有滑移的痕迹。

⑵ 斜吊线固定钩背向斜拉线安装，即正定位时朝向支柱，反定位时反向支柱，如图27所示。

图27  斜吊线固定钩分析重点

5.10.平斜腕臂、定位管分析

分析平斜腕臂、定位管本体有无变形、破损、弯曲，连接处有无松动，腕臂是否有管帽。

6、数据分析方法提示

6.1.划分区域

根据接触网设备结构特点将接触网设备分为A（线索区）、B（平腕臂区）、C（斜腕臂区）、D（定位装置区）、E（附加导线区）、F（支柱区）六部分进行数据分析，六个区域分析完毕则检测数据分析完毕，有效避免了缺陷遗漏，如图28所示。

图28  区域分析

6.2.分析内容

A 线索区：

承力索，接触线，弹吊，定位拉线，中锚辅助绳，电连接，中锚，开关引线，上网点，吊弦。

B 平腕臂区：

平腕臂绝缘子、平腕臂及其附属零件。

C 斜腕臂区：

斜腕臂绝缘子、斜腕臂及其附属零件。

D 定位装置区：

定位管、定位器底座、定位器、等位线、定位线夹及其附属零件。

E 附加导线区：

回流线、架空地线、加强线、AF线、PW线、接地跳线及固定线夹。

 F 支柱区：

支柱、腕臂底座、支柱上固定的各种槽钢、下锚各部零件，附加导线肩架、附加导线及下锚拉线。隧道内吊柱、化学锚栓及其附属零件。

6.3.分析要求

由于接触网设备设计标准不统一、各部零件略有差异，需要数据分析人员熟悉接触网设备安装标准及结构特点，防止出现误报缺陷。

7、数据分析流程

7.1.下达任务

接到检测数据后由车间技术员向工区下达生产任务通知书，如表1所示。

7.2.任务分工

工区接到生产任务通知书后由工长分工进行数据分析，将分析任务明确到个人，分工单如表2所示。

数据类型：          检测日期：              分工人：           工长：

7.3.缺陷汇总

每日数据分析完毕后，做好分析记录和缺陷台账，经车间技术员审核后录入系统。发现重大缺陷需立即通知车间技术员，由车间技术员上报段供电检测分析室，其中分析记录和缺陷台账如表3、表4所示。

流程如图29所示：

4C图像数据分析流程图

图29  数据分析流程图

8、缺陷等级划分及检测周期

8.1.缺陷等级划分：

⑴ 一级缺陷：设备或零部件出现松动、脱落、断裂、卡滞、破损、烧损、缺失、互磨等危及行车和供电安全的隐患。

⑵ 二级缺陷：一级缺陷以外的不影响行车和供电安全的其它缺陷。

8.2.检测周期：高速铁路接触网设备检测周期为三个月，普速铁路接触网检测周期为六个月。

9、典型缺陷

通过采用4C检测装置及4C检测数据分析，共发现重大缺陷63处，其中线索断股6处，零部件缺失27处，零部件松脱18处，零部件破损4处，其他类缺陷8处。

⑴ 定位线夹螺杆折断，如图30所示。

图30  定位线夹螺杆折断

⑵ 承力索座下部缺失螺母，如图31所示。

图31  承力索座下部缺失螺母

⑶ 螺母松动，如图32所示。

图32  螺母松动

⑷ 螺栓缺失，如图33所示。

图33  螺母缺失

⑸ 承力索断股，如图34所示。

图34  承力索断股

⑹ 线索互磨，如图35所示。

图35  线索互磨

⑺ 吊弦折断，如图36所示。

图36  吊弦折断

10、结束语

传统接触网检查通常采用人工登杆检查的方式，针对性差、劳产率低，通过接触网检测可以将登杆检查转换为用电脑分析，大大降低了用工数量和劳动强度，极大地提高了对接触网支撑定位装置的检查效率，有效减少了人身安全风险，对提高电气化铁路供电系统的安全保障水平和接触网管理水平，具有重要意义。

但是，由于4C检测数据量巨大，人工分析费时费力，工作效率低下，且容易出现缺陷遗漏，影响接触网设备安全运行。随着6C技术的不断发展，人工智能水平的提高及其在6C检测上的应用，4C检测数据智能分析将逐步取代人工分析，这样将会节省大量人力物力，提高检测数据分析效率，减少缺陷遗漏，更大程度发挥4C检测的作用，更有力的保障接触网设备安全。

参考文献：

[[1] 铁总运[2012]136号《高速铁路供电安全检测监测（6C）总体技术规范》的通知

[2] 京铁供〔2017〕188号《北京铁路局供电安全检测监测（6C）系统管理办法》

[3] 石供段高速〔2017〕125号《石家庄供电段接触网悬挂状态检测监测装置（4C）运用管理办法》 1] 铁总运[2012]136号《高速铁路供电安全检测监测（6C）总体技术规范》的通知

[2] 京铁供〔2017〕188号《北京铁路局供电安全检测监测（6C）系统管理办法》

[3] 石供段高速〔2017〕125号《石家庄供电段接触网悬挂状态检测监测装置（4C）运用管理办法》

【作者简介】

胡青岗 石家庄供电段供电检测车间 工程师 研究方向：铁路供电检测监测

（此文章为原创，转载须白条通过）

编辑：中国电源产业网