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

Ø 無線測溫：傳感器體積小巧，為全密封設(shè)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無線方式向外傳輸，所以一般不存在污閃問題。

Ø 光纖光柵測溫及分布式光纖測溫：這兩類光纖測溫系統(tǒng)都是通過將光纖傳感器之間與帶電的被監(jiān)測點接觸來測量溫度的，所以一般不存在絕緣耐壓及污閃的問題。

3.3 抗諧波干擾

電氣化鐵路是一種單相不對稱波動負(fù)荷，由于鐵路運輸?shù)奶厥庑裕?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/牽引供電">牽引供電負(fù)荷波動頻繁、沖擊大，并對電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧波、負(fù)序等不利影響。客運專線交直交動車組采用四象限整流，通過GTO或IGBT控制導(dǎo)通和關(guān)斷角來控制機(jī)車的出力，可分別控制導(dǎo)通和關(guān)斷機(jī)車主變壓器的若干個低壓繞組的整流，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(jī)車的諧波含量很小，但諧波的頻譜及幅值與交直車不同，根據(jù)整流相數(shù)的不同產(chǎn)生了如23、25次的高次諧波。

應(yīng)用在牽引供電系統(tǒng)的電纜頭在線監(jiān)測系統(tǒng)是否會受到諧波的干擾成為一個需要重視的問題。

光纖光柵測溫系統(tǒng)采用無源光纖光柵溫度傳感器技術(shù)，監(jiān)測現(xiàn)場無需供電,可以有效的避免任何電磁干擾。

無線測溫系統(tǒng)目前采用了ZigBee標(biāo)準(zhǔn)，是直序擴(kuò)頻技術(shù)(DSSS)，即全頻帶傳送數(shù)據(jù)，使得原來較高的功率、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(jù)工廠試驗的結(jié)果，目前存在的諧波等各類電磁干擾信號難以對 ZigBee通信系統(tǒng)產(chǎn)生有效的干擾。

但是目前無線測溫系統(tǒng)在牽引供電系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用較少，其傳感器及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可靠性對于牽引供電系統(tǒng)的電磁環(huán)境的適應(yīng)性還需要現(xiàn)場運行中進(jìn)一步驗證。

3.4工程施工及運行維護(hù)

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：

Ø 紅外測溫：傳感器的安裝具有較高的要求。以監(jiān)測開關(guān)柜觸頭溫度為例，在每個監(jiān)測點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 開關(guān)柜的安全距離為125mm，而35kV開關(guān)柜的安全距離為300mm。當(dāng)柜內(nèi)空間狹小時，則難以保證傳感器與觸點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(diào)整紅外線射出角度，使得紅外線正對被監(jiān)測對象的表面，否則測量準(zhǔn)確度難以得到保證。隨著運行時間的增加，往往會出現(xiàn)傳感器角度發(fā)生變化，或者傳感器紅外線發(fā)射口被灰塵覆蓋等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。

Ø 無線測溫：傳感器安裝較為方便，只需將每個傳感器與被監(jiān)測點緊密接觸并牢固固定即可。由于采用無線通信技術(shù)，開關(guān)柜內(nèi)以及室外電纜接頭處均無需布線，大大減少工程施工工作量。但是在運行維護(hù)方面，沿線電纜頭的測溫傳感器需定期更換電池，維護(hù)工作較為復(fù)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(jiān)測點上，安裝時應(yīng)注意要保持光纖在正常的彎曲半徑內(nèi)，而且光纖在安裝過程中，需要專業(yè)設(shè)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(shè)和安裝過程中對施工工藝要求較高。在運行維護(hù)中，由于客運專線光纖埋入地下或電纜溝內(nèi)，維護(hù)工作量較大。

4 結(jié)論

隨著鐵路客運專線的牽引供電系統(tǒng)中越來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監(jiān)測的系統(tǒng)可以提前發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時處理，避免了故障影響范圍的的擴(kuò)大，提高了牽引供電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性;同時采取在線監(jiān)測的手段減少了相關(guān)設(shè)備的檢修維護(hù)工作量，提高了檢修維護(hù)的工作效率。因此在牽引供電系統(tǒng)中采用27.5kV電纜及電纜頭在線監(jiān)測系統(tǒng)是完全必要的。

本文對當(dāng)前存在的紅外測溫、無線測溫、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監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了介紹，并針對牽引供電系統(tǒng)的特點，從測溫準(zhǔn)確性、絕緣耐壓及防污閃性能、抗諧波干擾、工程施工及維護(hù)等幾個方面對上述技術(shù)分別進(jìn)行了分析比較。在電磁環(huán)境復(fù)雜的鐵路牽引供電系統(tǒng)中，光纖光柵測溫系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定可靠，在確保牽引供電系統(tǒng)的可靠性的前提下，該系統(tǒng)更適宜于鐵路牽引供電系統(tǒng)的高壓電纜及電纜附件的監(jiān)測。

如果要實現(xiàn)對遠(yuǎn)距離的電纜頭監(jiān)測(如變電所遠(yuǎn)端饋線上網(wǎng))，光纖光柵測溫系統(tǒng)則還存在著施工、維護(hù)困難等不足之處。個人建議可以將光纖光柵測溫系統(tǒng)與無線測溫系統(tǒng)取長補短，有機(jī)的結(jié)合在一起：即對于距離牽引變電所較遠(yuǎn)的接觸網(wǎng)上網(wǎng)處的監(jiān)測現(xiàn)場，利用光纖光柵的技術(shù)進(jìn)行精確測溫，設(shè)置現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器，通過光纖對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，利用無線傳輸技術(shù)(如GSM-R、ZigBee、CDMA、GPRS等)實現(xiàn)長距離的數(shù)據(jù)集中傳輸，這樣可以有效改善單純的光纖光柵測溫系統(tǒng)的不足;而牽引變電所所內(nèi)因變配電設(shè)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(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性，又可以有效的克服長距離敷設(shè)光纖造成的弊端。建議的系統(tǒng)方案示意圖如下：

圖7：光纖光柵測溫+無線傳輸?shù)姆桨甘疽鈭D

另外還可以通過使用預(yù)制光纜加光纖連接器這樣的方法來盡量減少光纖的熔接和光纖現(xiàn)場敷設(shè)損傷的概率，這樣也可以減少施工難度，提高施工效率，同時提高后期的可維護(hù)性。

以上僅為個人的一些建議，請大家給予批評指正。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 瞿雷，劉盛德等.ZigBee技術(shù)及應(yīng)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(yīng)用概況【J】. 光電子·激光. 2002,13(4):420-430.