基于热成像技术的接触网载流安全研究

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1、基于热成像技术的接触网载流安全研究1绪论1.1论文的选题背景和研究意义铁路是国民经济的命脉，在我国现代化建设中发挥着重要作用。随着各行各业的发展，对电力机车的速度和安全提出了更高的要求。接触网是电气化铁路的重要部件，其由接触悬挂、定位装置和基础等部分组成，其中接触悬挂的作用是通过支持装置架设在支柱上，将牵引变电所发出的电流输送给电力机车[1]。接触网沿铁路线架设且无备用设备，其发生故障直接影响铁路的正常运营。接触线及其附属设备由于过流或接触不良[2]发生接触网载流安全故障，其中接触线的载流安全是指环境温度一定时，在最高工作温度下允许通过接触线的最

2、大电流。一般规定铜银合金材质的接触线最高容许温度为95°C，若通过计算公式得到的电流值小于其允许通过的最大电流时，则接触线载流安全。而接触线的附属设备的载流安全则需要通过热成像技术进行检测，因此本文热成像技术的研究对象为腕臂装置上的设备。由于发生接触网载流安全故障部件的直观表现为温度升高，为此，对接触线及其附属设备的发热情况进行在线检测能够及时发现接触网的载流安全故障，进而保证电力机车可获得接触网提供的牵引电流。对于发生接触网载流安全故障的机理，可以通过电流、接触网阻抗和电弧引起的温升进行研究。(1)通电电流引起温升电流流动产生的焦耳热引

3、起接触网的温度上升。而接触网的温度一旦超过某值时，其机械特性会有所下降，因此不同接触线规定了其最高允许温度。一般规定接触线的最高容许温度为90°C，而馈电线，承力索等为100°C。热放射是发生在接触线表面，从总发热量中减去热放射得到的蓄热量是接触线的温升。.........1.2接触网发热情况的检测现状接触网检测方式主要为静态检测、动态检测和定点监测。其中静态检测是工人定期地采用便携式检测设备对接触网的各项参数进行日常性检测和测量。这种检测方式存在精确度较差，效率低等缺点。面对铁路的重载和高速方向发展的现实，静态检测是无法完成如此

4、庞大的、高密度的接触网检测任务。为了克服静态检测的缺点，接触网检测车应运而生，该接触网检测车上配有各种检测设备，称该检测方式为动态检测。动态检测可以检测到更多接触网实际运行状态下的参数，包括导高值、拉出值、风力和湿度等，动态检测可分为接触式和非接触式[12]。定点监测法是在所需要监测的位置上安装监测装置，实现对接触网运行参数的监测[13]。对接触网发热情况的有效检测，主要采用人工巡视法。人工巡视法的方式之一是将测温片贴在或者将变色漆涂在所需观察发热情况的位置上，然后通过肉眼或望远镜来观察并查找发热异常点，这些发热异常点的表现形式是测温片或变色漆的

5、颜色发生变化，此方式的缺点是受主观因素影响较大。此外人工巡视法的另一种方式是利用手持式红外热像仪来测量发热情况，而该方法检测的发热情况无法被实时反映。在国内，将需要检测发热情况的线夹上安装有电连接线夹温度监测装置，实现了对发热线夹的有效动态监控，该方法无法做到对电连接线夹实时监测且必须在停电的条件下进行故障检修[14]。为了实现发热情况的实时在线监测，文献[15]中的热释电红外传感器测温装置，是通过数据传输的方式将测温装置采集到温差信号的红外能量传输给牵引变电所，但是该方法实现成本较高。在国外，采用红外摄像机来采集接触网的疑似发热部件，再与接触网

6、正常情况下构建的红外数据库内的部件进行温度比较，实现确定温升的目的。但是该方法在电气化铁路运营的过程中实现较难，原因是需要测定电流的利用率[16]。.........2红外热成像技术接触网载流安全故障的表现形式是发热异常，这种发热异常状态正是红外热成像检测技术所需要的检测依据。通过红外热像仪的探测器采集被测物体向外界发出的红外辐射信号，经过一系列的处理操作，得到可视化的图像。2.1红外线辐射与性质由于高于绝对零度的物体在红外波段处向外发出大量红外辐射，因此红外线的热效应强。温度是科学体现物体冷热程度的物理量，温度在微观的角度上是描述物体内部粒子的

7、运动剧烈程度，温度越高反映粒子运动越剧烈，而温度越低反映粒子运动越不剧烈。因此粒子处于无运动时，物体温度处于绝对零度，物体发出红外辐射为零。(1)红外线辐射太阳发出的辐射中除了可见光线外，还有一种人眼看不见的不可见光线，这种不可见光线位于红色光外侧，且与可见光具有相同性质。因此我们称这种不可见光线为红外线辐射，实际上它是一种电磁振荡，红外线辐射也符合反射和透射定律[21]。(2)红外线的性质①普遍性红外线不仅存在于太阳光中，还存在于任一温度都高于绝对零度的物体中。所以红外线很普遍。②色彩丰富性波长范围大小对应的是色彩的丰富程度，由于红外线的波长范

8、围跨过的倍频程是可见光的10倍，因此红外线色彩丰富性更强。③大气窗口的特性大气窗口是红外波段在大气中的透射性能较好的区段，此性质也是红外