牽引供電系統(tǒng)電纜及電纜頭在線監(jiān)測(cè)技術(shù)適用性分析

1 引言

21ic智能電網(wǎng)：近年來(lái)，隨著《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的調(diào)整實(shí)施，我國(guó)鐵路加快建設(shè)發(fā)展，以建設(shè)客運(yùn)專(zhuān)線、區(qū)際大能力通道、西部開(kāi)發(fā)性新線為重點(diǎn)，鐵路營(yíng)業(yè)里程不斷增加，線路質(zhì)量和技術(shù)等級(jí)不斷提高，從而為人民出行、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)防交通需要提供了可靠的支撐和保障。

當(dāng)前，在鐵路客運(yùn)專(zhuān)線的牽引變電所設(shè)計(jì)中，高壓輸電電纜正在牽引供電系統(tǒng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。這類(lèi)電纜分布在沿線牽引變電所所內(nèi)以及接觸網(wǎng)上網(wǎng)處，受加工工藝、施工質(zhì)量、運(yùn)行工況以及運(yùn)行環(huán)境的影響，牽引供電系統(tǒng)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(yùn)專(zhuān)線的正常運(yùn)營(yíng)。

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

電纜溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)有了較為長(zhǎng)期的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)手段比較多，而且應(yīng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，造成產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境尚沒(méi)有成熟、統(tǒng)一的解決方案。為了便于此項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)鐵路系統(tǒng)的應(yīng)用，本文對(duì)現(xiàn)有的各種電纜在線測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行了介紹，并針對(duì)電氣化

鐵路實(shí)際情況，對(duì)各種技術(shù)的適用性進(jìn)行了比較。

2 現(xiàn)有電纜在線測(cè)溫技術(shù)原理及特點(diǎn)

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

2.1紅外測(cè)溫技術(shù)

一切溫度高于絕對(duì)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(zhǎng)的分布——與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的原理基礎(chǔ)。

紅外測(cè)溫技術(shù)屬于非接觸式測(cè)溫方式，不改變柜內(nèi)原有的接線及結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)一般由紅外溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集器組成。紅外溫度傳感器安裝在每個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象附近，將溫度數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)電纜傳入數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)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(hào)。

下圖紅外測(cè)溫系統(tǒng)方案示意圖。

圖1：紅外測(cè)溫系統(tǒng)方案示意圖

2.2無(wú)線測(cè)溫技術(shù)

在工業(yè)控制環(huán)境下的短距離無(wú)線網(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)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相繼問(wèn)世[3]。其中ZigBee短程無(wú)線網(wǎng)技術(shù)以其數(shù)據(jù)傳輸安全可靠、組網(wǎng)簡(jiǎn)易靈活、設(shè)備成本低、低功耗等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

基于ZigBee的無(wú)線測(cè)溫技術(shù)即通過(guò)無(wú)線通訊方式將傳感器測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)向外傳遞。帶有ZigBee天線的溫度傳感模塊直接安裝在被測(cè)試設(shè)備上，與數(shù)據(jù)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(rèn)為是非接觸溫度測(cè)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，并不受安裝場(chǎng)合的限制。

該系統(tǒng)主要由無(wú)線溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集器組成。

無(wú)線溫度傳感器一般由控制器、無(wú)線通信模塊、溫度傳感器和電池組成，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況的不同，可通過(guò)粘結(jié)、尼龍?jiān)鷰У确绞綄y(cè)溫模塊固定在被測(cè)物體上。傳感器采用免申請(qǐng)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)線測(cè)溫系統(tǒng)的原理圖。

圖2：無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的原理圖

數(shù)據(jù)采集器可以接收、上傳、管理、轉(zhuǎn)換其所在范圍內(nèi)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)線測(cè)溫系統(tǒng)方案示意圖。

圖3：無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)方案示意圖

2.3光纖光柵測(cè)溫技術(shù)

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

光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)是一種準(zhǔn)分布式溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)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(cè)溫，光纖光柵傳感器的傳感過(guò)程是通過(guò)外界參量對(duì)布喇格光柵中心波長(zhǎng)的調(diào)制來(lái)獲取信息，是一種波長(zhǎng)調(diào)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(dāng)寬帶光傳輸?shù)焦鈻盘帟r(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(zhǎng)

(即布喇格波長(zhǎng))由光柵常數(shù)決定，光柵常數(shù)即光柵的條紋周期

和光柵的有效折射率

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