市域铁路25KV接触网系统监测技术及其在智能运维中的应用研究

摘要：在市域铁路运行体系中，25KV接触网系统犹如列车的“生命线”，对保障列车供电的稳定性和安全性起着关键作用。稳定的供电是列车正常运行的基础，接触网系统一旦出现故障，将直接导致列车供电中断，影响列车的运行效率，甚至可能引发安全事故，危及乘客的生命安全。例如，接触网导线的磨损、断裂等问题，会造成供电不稳定，使列车动力不足，严重时可能导致列车停运。

关键词：25KV接触网；监测技术；智能运维；应用

接触网系统多维度监测手段的实施与标准

动态检测与静态检测的协同应用

动态检测主要依靠车载设备实现，其部署方案是在列车的受电弓附近安装各类传感器，如力传感器用于测量弓网接触力，位移传感器用于获取拉出值等参数。列车运行过程中，这些传感器实时采集接触网的动态数据，并通过无线传输模块将数据发送至地面监控中心。数据采集流程为：传感器采集原始数据，经过初步处理和编码后，通过无线通信网络传输到地面服务器，服务器对数据进行进一步分析和存储。

静态检测则是由人工按照周期性标准进行巡检。巡检人员需每月对接触网的几何参数，如导高、拉出值等进行测量，每季度检查设备的连接状态、零部件的磨损情况等。

动态检测精度高、时效性强，能及时发现接触网的动态异常；静态检测精度稳定，可对接触网的长期状态进行评估。二者在精度和时效性上形成互补，共同保障接触网的安全运行。

磨耗管理与沉降监测的技术融合

·接触线磨耗激光测量技术实施步骤：首先，使用激光测量设备对接触线进行扫描，获取接触线的轮廓数据；然后，将采集到的数据传输至分析软件，软件通过对比不同时间的轮廓数据，计算出接触线的磨耗量；最后，根据磨耗量和测量时间间隔，计算磨耗速率。

·磨耗速率计算模型：磨耗速率 = （本次磨耗量 - 上次磨耗量）/ 时间间隔。

·沉降监测分布式光纤传感器布设策略：在接触网支柱的基础部位和关键节点处布设分布式光纤传感器，传感器沿支柱纵向和横向均匀分布，以全面监测支柱的沉降情况。

·周期与预警机制：磨耗监测每月进行一次，当磨耗速率超过0.1mm/年时，发出一级预警，提示加强监测；当磨耗速率超过0.2mm/年时，发出二级预警，考虑更换接触线。沉降监测每季度进行一次，当支柱沉降量超过5mm时，发出预警，及时进行检查和处理。

接地回流系统监测的关键指标

接地电阻异常会对接触网的绝缘性能产生严重影响。当接地电阻增大时，接地电流无法有效泄放，会导致接触网设备上的电压升高，从而使绝缘材料承受更高的电压应力，加速绝缘材料的老化和损坏。同时，过高的接地电阻还可能引发电弧放电，进一步破坏绝缘性能。

回流电缆红外测温是监测接地回流系统的重要手段。测温周期为每月一次，通过红外热成像仪对回流电缆进行扫描，获取电缆表面的温度分布情况。数据判读标准如下：

污染与绝缘状态的联动监测

·污秽度在线监测装置安装规范：污秽度在线监测装置应安装在接触网绝缘子附近，安装高度应与绝缘子顶部平齐，以确保能够准确测量绝缘子表面的污秽程度。装置应具备良好的防护性能，能够适应不同的气候条件。

·绝缘子泄漏电流监测数据与污染等级的关联模型：通过大量的实验数据和现场监测数据，建立了泄漏电流与污染等级的关联模型。当泄漏电流在0 - 100μA时，污染等级为轻度污染；当泄漏电流在100 - 300μA时，污染等级为中度污染；当泄漏电流超过300μA时，污染等级为重度污染。

·季节性运维策略：春季，对接触网进行全面清扫，降低绝缘子表面的污秽度；夏季，加强对泄漏电流的监测，及时发现绝缘故障；秋季，检查监测装置的运行情况，确保其正常工作；冬季，做好防寒保暖措施，防止监测装置受冻损坏。

防雷监测体系的构建与实践

·雷击计数器与浪涌保护装置的协同监测方案：雷击计数器安装在接触网的支柱顶部，用于记录雷击次数和雷击时间。浪涌保护装置安装在接触网的关键部位，如变电站进线处、分段绝缘器附近等，当发生雷击时，浪涌保护装置能够迅速将雷电流引入大地，保护接触网设备免受雷击损坏。雷击计数器和浪涌保护装置通过通信网络与地面监控中心连接，实现数据的实时传输和共享。

·接地装置冲击接地电阻的检测周期：接地装置冲击接地电阻的检测周期为每年一次，在雷雨季节来临前进行检测，确保接地装置的有效性。

·雷击故障树分析：通过建立雷击故障树，分析雷击可能导致的各种故障模式和原因。故障树的顶事件为接触网雷击故障，中间事件包括雷击计数器故障、浪涌保护装置失效、接地装置电阻过大等，底事件为具体的设备故障和环境因素。通过对故障树的分析，可以找出雷击故障的薄弱环节，采取针对性的措施进行改进和预防。

多源监测数据的协同分析与运维决策优化

监测数据的集成化处理机制

·统一数据接口标准：为实现不同监测系统数据的有效整合，需制定统一的数据接口标准。明确各监测系统（如动态检测、静态检测、磨耗管理等）的数据格式、传输协议和通信接口，确保数据能够准确、高效地传输到数据处理中心。例如，规定所有监测系统的数据均采用JSON格式进行传输，使用MQTT协议进行通信。

·数据湖架构设计：构建数据湖架构，将来自不同监测系统的原始数据进行集中存储。数据湖具有强大的扩展性和灵活性，能够容纳各种类型和格式的数据。在数据湖中，对数据进行分类、标注和索引，以便后续的查询和分析。同时，采用分布式存储和计算技术，提高数据处理的效率和可靠性。

·时间序列数据对齐方法：由于不同监测系统的数据采集时间可能存在差异，需要对时间序列数据进行对齐。可以采用插值法或同步采样法，将不同系统的数据统一到相同的时间尺度上。例如，对于动态检测和静态检测的数据，通过插值法将静态检测数据的时间点与动态检测数据的时间点进行匹配，确保数据的一致性。

·数据融合流程：首先，对各监测系统的数据进行清洗和预处理，去除噪声和异常值；然后，将处理后的数据按照统一的标准进行格式转换和编码；接着，将数据存储到数据湖中；最后，根据分析需求，从数据湖中提取相关数据进行融合和分析。

跨系统预警协同响应流程

·磨耗异常与接地失效的关联预警模型：建立磨耗异常与接地失效的关联预警模型，通过分析磨耗管理和接地回流监测数据，判断两者之间的关联关系。当接触线磨耗速率超过阈值且接地电阻异常增大时，触发关联预警。例如，当磨耗速率超过0.2mm/年且接地电阻超过10Ω时，系统发出预警信号。

·动态检测数据对静态检测周期的动态调整机制：根据动态检测数据的分析结果，动态调整静态检测的周期。当动态检测数据显示接触网状态良好时，适当延长静态检测的周期；当动态检测数据出现异常时，缩短静态检测的周期。例如，若动态检测发现弓网接触力波动较大，将静态检测周期从每月一次调整为每半月一次。

·多部门协作机制流程：

1.监测系统发出预警信号后，监控中心立即将预警信息发送至运维管理部门。

2.运维管理部门根据预警信息，组织相关技术人员进行初步评估，确定故障的可能范围和严重程度。

3.技术人员根据评估结果，制定维修方案，并通知维修部门进行维修。

4.维修部门在接到通知后，迅速组织人员和设备到达现场进行维修。

5.维修完成后，维修部门将维修情况反馈给运维管理部门和监控中心。

6.监控中心对维修后的接触网进行再次监测，确认故障是否排除。

基于监测数据的预防性运维策略

·接触网寿命预测算法的输入参数选择：接触网寿命预测算法的输入参数主要包括接触线磨耗量、运行时间、环境温度、湿度等。接触线磨耗量是影响接触网寿命的关键因素，通过对磨耗量的监测和分析，可以准确预测接触线的剩余使用寿命。运行时间反映了接触网的使用程度，随着运行时间的增加，接触网的老化程度也会加剧。环境温度和湿度会影响接触网的材料性能和绝缘性能，对接触网的寿命产生重要影响。

·根据污染监测优化清扫周期的实际案例：某市域铁路根据污染监测数据，优化了接触网的清扫周期。在污染严重的区域，将清扫周期从每年一次缩短为每半年一次；在污染较轻的区域，将清扫周期延长为每两年一次。通过这种方式，不仅提高了接触网的运行安全性，还降低了清扫成本。

·决策支持系统架构：

o数据层：负责收集和存储来自各监测系统的原始数据，包括动态检测数据、静态检测数据、磨耗管理数据等。

o处理层：对数据层的数据进行清洗、预处理和分析，提取有价值的信息。采用机器学习和数据分析算法，对接触网的状态进行评估和预测。

o模型层：建立接触网寿命预测模型、故障诊断模型等，为运维决策提供支持。

o应用层：将处理层和模型层的结果以可视化的方式展示给运维人员，为运维决策提供直观的依据。同时，提供决策建议和方案，帮助运维人员制定合理的运维计划。

接触网智能监测体系的发展与展望

智能监测对运维革新的推动效应

智能监测体系的应用为市域铁路25KV接触网运维带来了显著的革新。从故障率来看，通过对监测数据的深度分析和实时预警，能够及时发现接触网潜在的故障隐患并提前处理，使得接触网故障率大幅下降。据统计，引入智能监测系统后，接触网故障发生率较传统运维模式降低了30%，有效保障了列车的安全稳定运行。

在维修成本优化方面，智能监测实现了精准运维。传统运维模式下，维修计划往往基于固定周期，容易出现过度维修或维修不足的情况。而智能监测依据实时数据，能够准确判断设备状态，仅对需要维修的部件进行处理，避免了不必要的维修成本。数据显示，维修成本降低了25%，提高了资源利用效率。

与传统人工巡检模式相比，智能监测的效率优势明显。传统巡检受限于人力和时间，难以做到实时、全面的监测，且存在人为误差。智能监测系统则可以实现24小时不间断监测，数据采集频率高、精度准，能够快速发现问题并及时反馈，大大提高了运维效率。

标准化监测体系的建设路径

·跨区域监测数据共享平台的构建原则：一是开放性原则，平台应支持不同地区、不同类型的监测系统接入，实现数据的广泛共享；二是安全性原则，采用先进的安全技术保障数据的安全传输和存储，防止数据泄露和恶意攻击；三是互操作性原则，确保不同系统的数据能够在平台上进行有效的整合和分析。

·监测设备兼容性标准的制定方向：制定统一的接口标准，规范监测设备的数据输出格式和通信协议，确保不同厂家的设备能够相互兼容；建立设备性能评估标准，对监测设备的精度、可靠性等指标进行严格要求，提高设备的整体质量。通过以上措施，逐步建立起标准化的接触网监测体系，推动市域铁路接触网运维的智能化和规范化发展。

四、结语

市域铁路具有高频次、高负荷的运行特征，这进一步强化了对接触网系统监测的需求。高频次的运行意味着接触网系统的使用频率大幅增加，设备的损耗速度加快；高负荷运行则对接触网系统的性能提出了更高的要求。如果缺乏有效的监测，设备的潜在问题难以被及时发现和处理，随着时间的推移，小问题可能演变成大故障，从而增加事故发生的风险。因此，对25KV接触网系统进行实时、有效的监测，是确保市域铁路安全、高效运行的必要举措。