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「」铁道27.5kV电缆接头芯温监测系统方案研究


电缆作为铁道牵引供电系统的能量传输载体 ， 其可靠性影响着供电系统的安全运行 。 四川艾德瑞电气有限公司、中铁二院工程集团有限责任公司的研究人员贺毅、代文平、肖琨 ， 在2020年第2期《电气技术》杂志上撰文 ， 在总结与现有电缆故障监测技术的基础上 ， 基于一体化和物联网设计思想 ， 提出了铁道27.5kV电缆接头芯温监测系统 ， 详细阐述了系统方案 。 该方案扩展灵活 ， 具有良好的互操作性 ， 可有效预防并减少突发性的电缆事故 ， 为电缆的安全可靠运行提供理论基础和技术保障 。
「」铁道27.5kV电缆接头芯温监测系统方案研究
本文插图
随着高速铁路向中西部地区不断发展 ， 在山区和丘陵地段修建的高速铁路越来越多 。 牵引供电系统供电线在穿越隧道时以及高铁牵引变电所内 ， 大量采用27.5kV电缆作为能量传输载体为机车供电 。 因此 ， 电缆的可靠性影响着供电系统的安全运行 。 统计表明 ， 由于制造、施工等环节不当 ， 监测技术缺失等原因 ， 造成我国电缆故障率约是发达国家的10倍 。
国内业内针对电缆在线监测进行了一系列的研究 ， 研究的方向主要集中在基于局放、绝缘电阻和温度等非直接接触式监测 。 研究表明 ， 电缆接头是电缆运行中最薄弱、最容易故障的环节 ， 其绝缘材料、应力控制、压接质量及密封散热等工艺制造原因 ， 加上缺少有效的检测手段 ， 造成了电缆的高故障率 。
目前 ， 有关电气化铁道电缆监测系统的研究鲜有报道 。 在实际的电气化铁路运行中 ， 电缆发生故障前 ， 均出现发热现象 ， 这会加速电缆的绝缘老化 ， 甚至引起爆炸 。
鉴于此 ， 本文在总结现有电缆监测技术的基础上 ， 基于一体化和物联网设计思想 ， 提出一种铁道27.5kV电缆接头芯温监测系统 ， 并详细阐述了系统方案 。 该方案扩展灵活 ， 具有良好的互操作性 ， 可有效预防并减少突发性的电缆事故 ， 为电缆的安全可靠运行提供理论基础和技术保障 。
1 电缆故障检测技术
目前 ， 电缆检测的手段主要有局放检测、接触电阻检测和温度检测 。 其中 ， 局放检测方法包括脉冲电流法、射频检测法、红外热成像法、超声波检测法和特高频检测法 ， 这些检测方法存在现场安装和需要供电、性价比不高等问题；而接触电阻检测方法存在施工安装和准确性难保证等问题 。 因此 ， 局放检测和接触电阻检测无法在工程中大量推广应用 。 现阶段 ， 电缆温度检测是目前有效预防并减少突发性的电缆事故最实用的检测方法 。
业界针对电缆接头在线测温问题 ， 提出了多种解决方案 ， 主要有如下几种 。
1）光纤测温系统
光纤测温由测温光纤和光分析仪组成 。 沿电缆表面铺设光纤 ， 利用拉曼散射和光时域反射 ， 拉曼散射技术实现温度测量 ， 光时域反射实现温度定位 ， 从而间接判断电缆的温度 。
2）电缆温度监测仪
采用温度传感器 ， 通过测量接头外部护层连接处的温度 ， 间接判断内部线芯的温度 。
3）红外测温
用红外效应测量温度 ， 测量接头处的红外辐射 ， 从而计算出温度 。
上述3种测量方法 ， 均为非接触式测量接头外部表面温度 ， 属于间接测量方法 ， 测量准确度不高 ， 无法准确地反映电缆接头内部的真实温度 。
2 系统方案
为提高电缆测温的准确性 ， 必须研究内置温度传感器方式的直接电缆芯温监测技术 ， 并且将感温元件及相关的传输部件集成电缆接头中 ， 不影响电缆接头的连接和电缆的电气性能 ， 下文探讨一种接触式测量电缆接头真实温度的技术方案 。
2.1 方案特点
1）无线无源温度传感器直接测温技术
本文采用电缆芯温直接测量方法 ， 将温度传感器直接接触线芯感应电缆温度 。 由于电气化铁道采用27.5kV高压单芯电缆 ， 为避免使用电缆为温度传感器供电和传送信号 ， 保证供电安全 ， 本文采用无源传感器进行温度的检测及传输 。 安装于电缆外壳内侧的收发天线产生高频电磁信号 ， 当电磁波到达温度传感器时 ， 温度传感器对传过来的电磁波来说是一个特殊的负载 ， 产生后向调制效应 。


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