牽引供電系統電纜及電纜頭在線(xiàn)監測技術(shù)適用性分析

1 引言

21ic智能電網(wǎng)：近年來(lái)，隨著(zhù)《中長(cháng)期鐵路網(wǎng)規劃》的調整實(shí)施，我國鐵路加快建設發(fā)展，以建設客運專(zhuān)線(xiàn)、區際大能力通道、西部開(kāi)發(fā)性新線(xiàn)為重點(diǎn)，鐵路營(yíng)業(yè)里程不斷增加，線(xiàn)路質(zhì)量和技術(shù)等級不斷提高，從而為人民出行、經(jīng)濟發(fā)展、國防交通需要提供了可靠的支撐和保障。

當前，在鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)的牽引變電所設計中，高壓輸電電纜正在牽引供電系統得到越來(lái)越廣泛的應用。這類(lèi)電纜分布在沿線(xiàn)牽引變電所所內以及接觸網(wǎng)上網(wǎng)處，受加工工藝、施工質(zhì)量、運行工況以及運行環(huán)境的影響，牽引供電系統的27.5kV電纜及電纜接頭故障率較高。而輸電電纜的正常工作與否直接關(guān)系到鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)的正常運營(yíng)。

由于鐵路沿線(xiàn)電纜接頭眾多且分散，不易人工巡視，因此，在線(xiàn)監測高壓輸電電纜及其接頭的工作溫度，可及時(shí)發(fā)現電纜過(guò)熱現象，避免由于高壓輸電電纜故障造成的鐵路運營(yíng)事故，具有十分重要的意義。

電纜溫度在線(xiàn)監測技術(shù)在我國已經(jīng)有了較為長(cháng)期的發(fā)展，實(shí)現手段比較多，而且應用也比較廣泛[1] [2]。但由于此類(lèi)產(chǎn)品沒(méi)有相關(guān)的國家標準或者行業(yè)標準，造成產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，針對不同的應用環(huán)境尚沒(méi)有成熟、統一的解決方案。為了便于此項技術(shù)在我國鐵路系統的應用，本文對現有的各種電纜在線(xiàn)測溫技術(shù)進(jìn)行了介紹，并針對電氣化

鐵路實(shí)際情況，對各種技術(shù)的適用性進(jìn)行了比較。

2 現有電纜在線(xiàn)測溫技術(shù)原理及特點(diǎn)

目前，在實(shí)際工程應用中，電纜在線(xiàn)測溫技術(shù)按原理不同主要有光纖光柵測溫、分布式光纖測溫、紅外測溫、無(wú)線(xiàn)測溫等4類(lèi)產(chǎn)品。

2.1紅外測溫技術(shù)

一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周?chē)臻g發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(cháng)的分布——與它的表面溫度有著(zhù)十分密切的關(guān)系。因此，通過(guò)對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據的原理基礎。

紅外測溫技術(shù)屬于非接觸式測溫方式，不改變柜內原有的接線(xiàn)及結構。該系統在現場(chǎng)一般由紅外溫度傳感器和數據采集器組成。紅外溫度傳感器安裝在每個(gè)監測對象附近，將溫度數據通過(guò)信號電纜傳入數據采集器。數據采集器一般安裝在開(kāi)關(guān)柜柜門(mén)上，一般可以接入6只傳感器溫度信號。

下圖紅外測溫系統方案示意圖。

圖1：紅外測溫系統方案示意圖

2.2無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)

在工業(yè)控制環(huán)境下的短距離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一，基于Bluetooth(IEEE802.15.1)、Wi-Fi(IEEE802.11)和ZigBee(IEEE802.15.4)等協(xié)議的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)相繼問(wèn)世[3]。其中ZigBee短程無(wú)線(xiàn)網(wǎng)技術(shù)以其數據傳輸安全可靠、組網(wǎng)簡(jiǎn)易靈活、設備成本低、低功耗等優(yōu)勢，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)即通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊方式將傳感器測量的溫度數據向外傳遞。帶有ZigBee天線(xiàn)的溫度傳感模塊直接安裝在被測試設備上，與數據接收裝置之間沒(méi)有直接的電氣聯(lián)系，所以該技術(shù)也認為是非接觸溫度測量技術(shù)的一種。它最大的優(yōu)點(diǎn)在于傳感器本體無(wú)須任何接線(xiàn)，并不受安裝場(chǎng)合的限制。

該系統主要由無(wú)線(xiàn)溫度傳感器和數據采集器組成。

無(wú)線(xiàn)溫度傳感器一般由控制器、無(wú)線(xiàn)通信模塊、溫度傳感器和電池組成，根據現場(chǎng)情況的不同，可通過(guò)粘結、尼龍扎帶等方式將測溫模塊固定在被測物體上。傳感器采用免申請的2.4G通信頻段，并由電池供電，一般可保證工作5年以上。下圖為無(wú)線(xiàn)測溫系統的原理圖。

圖2：無(wú)線(xiàn)測溫系統的原理圖

數據采集器可以接收、上傳、管理、轉換其所在范圍內的溫度傳感器，并帶有液晶顯示溫度功能，可安裝在開(kāi)關(guān)柜的柜門(mén)上。

下圖為無(wú)線(xiàn)測溫系統方案示意圖。

圖3：無(wú)線(xiàn)測溫系統方案示意圖

2.3光纖光柵測溫技術(shù)

光纖傳感技術(shù)是20世紀70年代中期發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù), 它是伴隨著(zhù)光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。

光纖光柵測溫系統是一種準分布式溫度監測系統，光纖光柵測溫系統是利用光纖材料的光敏性在光纖纖芯形成的空間相位光柵來(lái)進(jìn)行測溫，光纖光柵傳感器的傳感過(guò)程是通過(guò)外界參量對布喇格光柵中心波長(cháng)的調制來(lái)獲取信息，是一種波長(cháng)調制型光纖傳感器[4] [7]。

光纖光柵采用均勻周期的光纖布喇格光柵，這種光纖光柵的作用實(shí)質(zhì)上是在纖芯中形成一個(gè)窄帶反射鏡。當寬帶光傳輸到光柵處時(shí)，光柵將有選擇地反射一窄帶光。所反射窄帶光的中心波長(cháng)

(即布喇格波長(cháng))由光柵常數決定，光柵常數即光柵的條紋周期

和光柵的有效折射率

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