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

Ø 無(wú)線測(cè)溫：傳感器體積小巧，為全密封設(shè)計(jì)，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(hào)通過(guò)無(wú)線方式向外傳輸，所以一般不存在污閃問(wèn)題。

Ø 光纖光柵測(cè)溫及分布式光纖測(cè)溫：這兩類光纖測(cè)溫系統(tǒng)都是通過(guò)將光纖傳感器之間與帶電的被監(jiān)測(cè)點(diǎn)接觸來(lái)測(cè)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(duì)稱波動(dòng)負(fù)荷，由于鐵路運(yùn)輸?shù)奶厥庑裕?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/牽引供電">牽引供電負(fù)荷波動(dòng)頻繁、沖擊大，并對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧波、負(fù)序等不利影響?？瓦\(yùn)專線交直交動(dòng)車組采用四象限整流，通過(guò)GTO或IGBT控制導(dǎo)通和關(guān)斷角來(lái)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(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(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(cè)系統(tǒng)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(cè)溫系統(tǒng)采用無(wú)源光纖光柵溫度傳感器技術(shù)，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需供電,可以有效的避免任何電磁干擾。

無(wú)線測(cè)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(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(qiáng)，保密性，可靠性都很高的通信方式。根據(jù)工廠試驗(yàn)的結(jié)果，目前存在的諧波等各類電磁干擾信號(hào)難以對(duì) ZigBee通信系統(tǒng)產(chǎn)生有效的干擾。

但是目前無(wú)線測(cè)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(duì)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(chǎng)運(yùn)行中進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.4工程施工及運(yùn)行維護(hù)

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

Ø 紅外測(cè)溫：傳感器的安裝具有較高的要求。以監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜觸頭溫度為例，在每個(gè)監(jiān)測(cè)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(jí)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(dāng)柜內(nèi)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(diào)整紅外線射出角度，使得紅外線正對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的表面，否則測(cè)量準(zhǔn)確度難以得到保證。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，往往會(huì)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(wú)線測(cè)溫：傳感器安裝較為方便，只需將每個(gè)傳感器與被監(jiān)測(cè)點(diǎn)緊密接觸并牢固固定即可。由于采用無(wú)線通信技術(shù)，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)以及室外電纜接頭處均無(wú)需布線，大大減少工程施工工作量。但是在運(yùn)行維護(hù)方面，沿線電纜頭的測(cè)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(cè)溫及分布式光纖測(cè)溫：兩者都需要將光纖安裝在被監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，安裝時(shí)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(guò)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(guò)程中對(duì)施工工藝要求較高。在運(yùn)行維護(hù)中，由于客運(yùn)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(yùn)專線的牽引供電系統(tǒng)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監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)可以提前發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時(shí)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(shí)采取在線監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)是完全必要的。

本文對(duì)當(dāng)前存在的紅外測(cè)溫、無(wú)線測(cè)溫、光纖光柵測(cè)溫以及分布式光纖測(cè)溫等電纜及其接頭溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了介紹，并針對(duì)牽引供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，從測(cè)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(gè)方面對(duì)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(cè)溫系統(tǒng)運(yùn)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(cè)。

如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離的電纜頭監(jiān)測(cè)(如變電所遠(yuǎn)端饋線上網(wǎng))，光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)則還存在著施工、維護(hù)困難等不足之處。個(gè)人建議可以將光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)與無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)取長(zhǎng)補(bǔ)短，有機(jī)的結(jié)合在一起：即對(duì)于距離牽引變電所較遠(yuǎn)的接觸網(wǎng)上網(wǎng)處的監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，利用光纖光柵的技術(shù)進(jìn)行精確測(cè)溫，設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集器，通過(guò)光纖對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，利用無(wú)線傳輸技術(shù)(如GSM-R、ZigBee、CDMA、GPRS等)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)溫+無(wú)線傳輸?shù)姆桨甘疽鈭D

另外還可以通過(guò)使用預(yù)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(xiàn)場(chǎng)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(shí)提高后期的可維護(hù)性。

以上僅為個(gè)人的一些建議，請(qǐng)大家給予批評(píng)指正。

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