【微型光谱仪应用】微型光谱仪在地铁接触网故障分析中的应用

一、背景

       在现代城市建设运转的过程中，地铁作为城市交通领域的重要环节，有效缓解了交通堵塞及压力过大等现象，为人们日常出行生活提供了极大的便利；而当地铁系统运转时，接触网发挥着极为重要的作用，其主要承担为地铁系统整体供电，由于接触网结构较为复杂，极易受到不良因素影响而出现故障问题。

二、应用概述      

       通常情况下，地铁在运行时其自身速度较快，由此导致线面极易产生放电，出现燃弧的现象，增加了电气磨损现象出现的概率；而刚性接触网弓网有着较大的压力参数在很大程度上拓展了接触压力参数变化的范围，同时加剧了机械磨损的程度导致损耗率增加；此外，由于部分地铁线路所处的区域较为特殊，且减振道床应用较为频繁，进一步增加了磨损程度，对接触网及地铁系统安全管理工作造成极大的影响。

图1 地铁基地

       针对地铁运行过程中频繁产生燃弧现象而导致刚性接触网损耗率急剧增加的问题，国内一家著名的技术学科综合性研究所与一家致力于提供轨道交通解决方案的高科技企业进行了联合实验研究，他们使用海洋光学的光谱仪对地铁接触网中不同材料的电缆进行了燃弧光谱的对比实验。

       在实验过程中，将光谱仪固定在实验车顶，如图2，通过一分二的分叉光纤来收集燃弧光谱。使用一分二的分叉光纤既可以灵活调整收光角度，又可以增加收光范围，确保光谱仪收光范围完全覆盖燃弧发生区域，可以有效提高燃弧捕获率。因地铁一般采用1500V直流供电，为了避免出现电弧触电，光纤不可以过于靠近弓网和刚性接触网，要求光纤距离弓网和刚性接触网的安全距离为1.5m以上，同时整套设备需要经过氧化处理。因收光距离较远，燃弧强度较弱，同时环境光也会对实验结果产生影响，因此该实验对于设备的灵敏度和信噪比要求非常高。

图2 设备安装调试

       通过实验对比不同材料的燃弧光谱发现，材料类型不同，产生的燃弧光谱也不同。该发现有助于因燃弧而导致刚性接触网和弓网损耗率增加问题的分析研究，通过燃弧光谱分析燃弧产生的原因，以此来制定完善的预防与应急处理方案，以便能够及时有效的处理故障问题，提高接触网的质量与稳定性。

图3 材料1燃弧光谱

图4 材料2燃弧光谱

三、实验装置

       因为燃弧发光偏弱，为了能够得到理想的实验数据，我们配置了灵敏度比较高的专门适合于弱光测试的QEPRO光谱仪,典型配置如下：

四、结语

       接触网作为现代地铁系统运转的重要环节，决定着地铁系统供电的稳定性；而由于接触网结构复杂程度较高，因此故障问题出现概率也相应增高；通过研究燃弧的光谱特征反演刚性接触网以及弓网材料的差异性，有助于对接触网设施进行实时监控，以此来提高接触网的质量与稳定性，从而避免故障问题的出现。