受电弓温度监测方案

背景

随着社会的进步、科技的提高，铁路在我国国民出行中扮演角色越来越重要，特别近些年来动车组、高铁技术的愈加成熟，它们成为了越来越多人的出行选择。现在大部分的客运铁路均采用电能作为能源，使用电力机车牵引客运车厢。受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，通常安装在电力牵引机车的车顶上。受电弓的运行状态关系到机车能否稳定、可靠地从接触网取电，受电弓上的滑板长期与接触网摩擦，其自身的磨损情况是一个重点，它运行时的温度则是另一个判断其是否正常工作的重要依据。

目标

列车运行时，受电弓的滑板会与接触网直接接触摩擦，也会有大电流通过，产生大量热量，使滑板温度上升。但是对于普通客运列车来说，温度上升地不会很高，一旦监测到温度上过限制值，那么就可能是受电弓或者那一段接触网出现了故障。通过监测温度便可以判断受电弓或者线路有没有出现故障。但是列车运行时速超过100km/h，用人力登上车顶检测受电弓滑块温度的安全风险巨大，而且列车运行时接触网与铁轨间的电压能达到25kV甚至更高，人员登顶检测不现实；采用传统点测温的方式进行测温可以规避列车运行中人员登顶产生的安全风险，但是测温点移动困难，只能传回受电弓滑块上一个点的温度信息，即使使用其他仪器实现了测温点的移动，但是车顶情况复杂，移动困难，滑块与接触网直接接触，稍有不慎测温点便有可能擦碰到接触网造成设备的损坏，甚至导致整个输电线路的故障。选用红外热像仪对受电弓进行监测的话就避免了很多问题，红外热像仪采用的是非接触式测温，免去了人力登顶测温；不受雨雪、大雾等恶劣天气影响；工作人员可以通过软件直接观测到镜头范围内所有物体的温度信息，而非仅仅是某一点的温度；测温精度高，能达到±2℃或者2%；设备体积小，能耗低，不会影响其他部件的正常工作。

设计原理

受电弓主要由底架、阻尼器、升弓装置、下臂、弓装配、下导杆、上臂、上导杆、弓头、滑板及升弓气源控制阀板等机构组成。升弓装置安装在底架上，通过钢丝绳作用于下臂。滑板中有气腔，有压缩空气，如果滑板出现磨损到限或断裂时，自动降弓装置发生作用，受电弓会迅速自动降下。接触网上的输电线与铁轨呈“之”字形架设，避免受电弓某处持续与高压线摩擦造成单点温度过高或者磨损不均。轮流摩擦可让受电弓未摩擦部分散热，从而磨损变得更均匀，使用寿命也更长。一旦受电弓上出现了故障，会使得某一点或一个区域持续摩擦通电，温度上升超过警戒值，导致受电弓部分组件或接触网电路出现故障。

需求分析

系统要求：监测系统要准确覆盖受电弓的滑板，特别是在列车运行中，能够持续准确观测到滑块的温度，实现全天候、全方位、实时、非接触、精准测温要求，可以对感兴趣点进行快速的监控数据获取，要配备红外热像仪及其全套组件，系统各构件要达到相关参数要求。
数据要求：可以实时查看并且存储温度视频数据，数据格式符合参数要求。
监控范围：通过红外热成像监测系统，工作人员可在监视器上对受电弓滑板部分（2m×1.5m×2m）的温度实现实时动态监测。
报警要求：在出现温度超过报警值的时候，能够第一时间发现并及时报警、存储超温区域的图像，使工作人员尽早发现隐患、及时处理。