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

Ø 無(wú)線(xiàn)測溫：傳感器體積小巧，為全密封設計，外殼一般采用全金屬材料或者包裹絕緣套管，具有高的絕緣耐壓性能。由于傳感器信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式向外傳輸，所以一般不存在污閃問(wèn)題。

Ø 光纖光柵測溫及分布式光纖測溫：這兩類(lèi)光纖測溫系統都是通過(guò)將光纖傳感器之間與帶電的被監測點(diǎn)接觸來(lái)測量溫度的，所以一般不存在絕緣耐壓及污閃的問(wèn)題。

3.3 抗諧波干擾

電氣化鐵路是一種單相不對稱(chēng)波動(dòng)負荷，由于鐵路運輸的特殊性，牽引供電負荷波動(dòng)頻繁、沖擊大，并對電力系統產(chǎn)生諧波、負序等不利影響?？瓦\專(zhuān)線(xiàn)交直交動(dòng)車(chē)組采用四象限整流，通過(guò)GTO或IGBT控制導通和關(guān)斷角來(lái)控制機車(chē)的出力，可分別控制導通和關(guān)斷機車(chē)主變壓器的若干個(gè)低壓繞組的整流，使電流波形逼近正弦波，且電流與電壓的相位基本同步[6]。所以，交直交型電力機車(chē)的諧波含量很小，但諧波的頻譜及幅值與交直車(chē)不同，根據整流相數的不同產(chǎn)生了如23、25次的高次諧波。

應用在牽引供電系統的電纜頭在線(xiàn)監測系統是否會(huì )受到諧波的干擾成為一個(gè)需要重視的問(wèn)題。

光纖光柵測溫系統采用無(wú)源光纖光柵溫度傳感器技術(shù)，監測現場(chǎng)無(wú)需供電,可以有效的避免任何電磁干擾。

無(wú)線(xiàn)測溫系統目前采用了ZigBee標準，是直序擴頻技術(shù)(DSSS)，即全頻帶傳送數據，使得原來(lái)較高的功率、較窄的頻率變成較寬的低功率頻率，以有效控制噪聲，是一種抗干擾能力強，保密性，可靠性都很高的通信方式。根據工廠(chǎng)試驗的結果，目前存在的諧波等各類(lèi)電磁干擾信號難以對 ZigBee通信系統產(chǎn)生有效的干擾。

但是目前無(wú)線(xiàn)測溫系統在牽引供電系統內的應用較少，其傳感器及數據傳輸系統的可靠性對于牽引供電系統的電磁環(huán)境的適應性還需要現場(chǎng)運行中進(jìn)一步驗證。

3.4工程施工及運行維護

本文提到的4種原理的測溫技術(shù)在工程施工方面有各自的特點(diǎn)：

Ø 紅外測溫：傳感器的安裝具有較高的要求。以監測開(kāi)關(guān)柜觸頭溫度為例，在每個(gè)監測點(diǎn)附近安裝須一只紅外傳感器，傳感器的安裝位置必須在該開(kāi)關(guān)柜電壓等級所要求的安全距離之外，否則傳感器將極易損壞。如10kV 開(kāi)關(guān)柜的安全距離為125mm，而35kV開(kāi)關(guān)柜的安全距離為300mm。當柜內空間狹小時(shí)，則難以保證傳感器與觸點(diǎn)之間具有足夠的安全距離。另外，紅外傳感器安裝完畢后，必須調整紅外線(xiàn)射出角度，使得紅外線(xiàn)正對被監測對象的表面，否則測量準確度難以得到保證。隨著(zhù)運行時(shí)間的增加，往往會(huì )出現傳感器角度發(fā)生變化，或者傳感器紅外線(xiàn)發(fā)射口被灰塵覆蓋等現象，嚴重影響了系統工作穩定性。

Ø 無(wú)線(xiàn)測溫：傳感器安裝較為方便，只需將每個(gè)傳感器與被監測點(diǎn)緊密接觸并牢固固定即可。由于采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，開(kāi)關(guān)柜內以及室外電纜接頭處均無(wú)需布線(xiàn)，大大減少工程施工工作量。但是在運行維護方面，沿線(xiàn)電纜頭的測溫傳感器需定期更換電池，維護工作較為復雜，工作量大。

Ø 光纖光柵測溫及分布式光纖測溫：兩者都需要將光纖安裝在被監測點(diǎn)上，安裝時(shí)應注意要保持光纖在正常的彎曲半徑內，而且光纖在安裝過(guò)程中，需要專(zhuān)業(yè)設備進(jìn)行熔接，熔接的質(zhì)量直接影響了光的傳輸效果。因此在敷設和安裝過(guò)程中對施工工藝要求較高。在運行維護中，由于客運專(zhuān)線(xiàn)光纖埋入地下或電纜溝內，維護工作量較大。

4 結論

隨著(zhù)鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)的牽引供電系統中越來(lái)越多的采用高壓輸電電纜，電纜及電纜接頭故障率較高，采取電纜及電纜接頭在線(xiàn)監測的系統可以提前發(fā)現故障隱患，及時(shí)處理，避免了故障影響范圍的的擴大，提高了牽引供電系統的可靠性、穩定性;同時(shí)采取在線(xiàn)監測的手段減少了相關(guān)設備的檢修維護工作量，提高了檢修維護的工作效率。因此在牽引供電系統中采用27.5kV電纜及電纜頭在線(xiàn)監測系統是完全必要的。

本文對當前存在的紅外測溫、無(wú)線(xiàn)測溫、光纖光柵測溫以及分布式光纖測溫等電纜及其接頭溫度在線(xiàn)監測技術(shù)進(jìn)行了介紹，并針對牽引供電系統的特點(diǎn)，從測溫準確性、絕緣耐壓及防污閃性能、抗諧波干擾、工程施工及維護等幾個(gè)方面對上述技術(shù)分別進(jìn)行了分析比較。在電磁環(huán)境復雜的鐵路牽引供電系統中，光纖光柵測溫系統運行更加穩定可靠，在確保牽引供電系統的可靠性的前提下，該系統更適宜于鐵路牽引供電系統的高壓電纜及電纜附件的監測。

如果要實(shí)現對遠距離的電纜頭監測(如變電所遠端饋線(xiàn)上網(wǎng))，光纖光柵測溫系統則還存在著(zhù)施工、維護困難等不足之處。個(gè)人建議可以將光纖光柵測溫系統與無(wú)線(xiàn)測溫系統取長(cháng)補短，有機的結合在一起：即對于距離牽引變電所較遠的接觸網(wǎng)上網(wǎng)處的監測現場(chǎng)，利用光纖光柵的技術(shù)進(jìn)行精確測溫，設置現場(chǎng)數據采集器，通過(guò)光纖對現場(chǎng)數據采集，利用無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)(如GSM-R、ZigBee、CDMA、GPRS等)實(shí)現長(cháng)距離的數據集中傳輸，這樣可以有效改善單純的光纖光柵測溫系統的不足;而牽引變電所所內因變配電設備集中，電磁環(huán)境更為惡劣，仍采用光纖光柵測溫，光纖直接上傳的方式。既可以保證系統的可靠性、穩定性、適應性，又可以有效的克服長(cháng)距離敷設光纖造成的弊端。建議的系統方案示意圖如下：

圖7：光纖光柵測溫+無(wú)線(xiàn)傳輸的方案示意圖

另外還可以通過(guò)使用預制光纜加光纖連接器這樣的方法來(lái)盡量減少光纖的熔接和光纖現場(chǎng)敷設損傷的概率，這樣也可以減少施工難度，提高施工效率，同時(shí)提高后期的可維護性。

以上僅為個(gè)人的一些建議，請大家給予批評指正。

參考文獻：

[1] 徐東晟，許一聲.高壓開(kāi)關(guān)柜觸頭溫度在線(xiàn)監測的研究【J】.高壓電器.2001，37(1)，54-56.

[2] 李泰軍.開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)溫度的在線(xiàn)監測【J】.高壓電器.2001，22(3)：33-37.

[3] 瞿雷，劉盛德等.ZigBee技術(shù)及應用，北京航空航天大學(xué)出版社，2007

[4] 姜德生，何偉. 光纖光柵傳感器的應用概況【J】. 光電子·激光. 2002,13(4):420-430.