高速运行的动车组如何监控车顶高压设备的状态
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[摘 要]随着动车组列车速度的不断提高，车顶设备在遭受异物撞击或者极端天气浸蚀后极易发生故障，然而由于缺乏故障发生前后设备状态的记录，使得线上应急处置和事后故障定责存在一定的困难，在这种情况下受电弓视频监控系统应运而生。本文将对动车组车顶高压设备的监控办法进行阐述，重点描述车辆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。
[关键词]动车组；车顶设备；受电弓视频监控
中图分类号：P635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0151-01
简介
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。
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浸蚀，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。
1系统组成
该监控系统由监控屏、視频监控服务器、智能分析主机（部分车组仅预留位置）、车顶受电弓摄像机、网络总线节点设备、中继器（根据不同车型需求）、连接电缆组成。
机械师室监控屏采用单画面轮询方式显示各受电弓及高压部件周围的视频监控画面，具有数字视频解码和播放功能，每10秒钟（可设置）轮询播放。
视频监控服务器为车顶受电弓摄像机提供电源，同时还存储视频图像，图像设里程、区间信息、车次、车厢号、位置号、日期、时间和速度标记等信息。
智能分析主机对监控系统所采集的视频画面进行实时智能分析，并将分析数据存储起来，同时还会把分析的报警信息传输至监控屏显示（该装置部分车组暂无）。
车顶受电弓摄像机模块，集成摄像头、加热玻璃、云台和补光灯等设备，具有补光和强光抑制功能，同时为了便于调节角度还具有云台控制和电动变焦功能，因此此装置可满足全天24小时的观测需求。
网络总线节点设备及部分电缆可与车厢视频监控系统、动车组视频娱乐系统共用，受电弓视频监控系统通过网络总线节点设备实现联网通信。
连接电缆包括以太网线和电源线，以太网总线采用双绞屏蔽工业以太网线缆，以太网线和电源线符合动车组电缆相关标准要求。
2系统工作原理
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。该系统由监控屏、摄像机和视频监控服务器（中继器）等设备组成，采用单车存储，集中监控的方案，系统的功能框图如图1所示。
3系统优点
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出现以后使得这些问题得到了解决，其能实时记录车顶受电弓及附近高压设备的状态，当发生故障以后通过该系统可以极大减少应急处置的时间，并且为后期故障的彻底排查提供了视频依据，避免了故障发生后判责的不明确性，同时该系统在视频记录时还具有以下几个优点：
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。
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。
4系统目前存在的问题及解决办法
受电弓视频监控系统画面虽然有较高的准确率但是该系统同样故障率偏高，常见的故障包括：视频监控摄像头拍摄模糊或关闭、监控屏黑屏、摄像头补光灯亮度不够或者不亮和视频监控主机功能失效（一直显示正在连接）等故障。以上故障发生后将影响线上车辆对车顶高压设备的监控功能，不利于高压部件的实时盯控和故障处置。
针对以上问题，经过反复研究后制定了以下解决办法：
①储备充足的备品，在发生故障后及时进行排查处置；
②对涉及产品批次问题的进行批量改造，优化产品结构和设计规范；
③对涉及产品配件寿命到限引起的故障应及时缩短相应配件更换的高级修周期；
④同时加强设备出厂前的质量检查和测试力度、加强售后服务人员对现车视频监控系统的检查力度、加强相关人员的教育培训。
5结论
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）.
[2]陈海东.动车组弓网环境监测装置故障浅析[J]. 轨道交通装备与技术. 2018（02）.
作者简介
彭伟（1991—）男，汉族，籍贯：山东省滕州市，诊断工程师/助理工程师，大学本科，中车四方股份，研究方向：动车组故障诊断处置。
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