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「」铁道27.5kV电缆接头芯温监测系统方案研究( 二 )


该调制效应会导致电磁波产生频率变化 ， 外部的采集器能够检测到该频率变化 。 内置传感器由特殊材料制成 ， 根据温度变化可线性改变自身的物理特性 ， 通过后向调制 ， 线性地改变电磁波频率 。 从而 ， 通过频率的变化 ， 计算出相应的温度数据 。 同时采用内置无线无源温度传感器与电缆接头一体化设计 ， 达到绝缘、密封、应力等可靠性最佳匹配 ， 保证测温性能、绝缘安全、寿命等性能 。
2）长距离总线传输技术
由于电缆接头常常处于野外 ， 采集器布置在电缆接头附近 ， 附近无供电电源 ， 需要远端供电 。 本文采用电信行业标准的HYAT通信电缆 ， 在一条电缆中完成远程供电和数据传输 ， 可以挂接多个设备 ， 功耗低 ， 避免了在设备处另外设置电源所带来的施工、安全等问题 ， 节省了成本 。
3）智能化、物联网技术
随着在线监测和信息技术的发展 ， 电气化铁路对“智慧铁路”的需求越来越迫切 ， 加快了智能牵引变电站、万物互联互通理念的进程 。 本文基于智能变电站和物联网相关技术 ， 采用IEC 61850规约、云服务等实现各接口的标准化和信息的实时共享 ， 加快了设备状态检修的效率；同时也便于系统的扩展及升级 ， 对电气化牵引供电的RAMS提供了数据支撑 。
2.2 系统方案设计
系统方案充分考虑系统扩容及升级的能力 ， 以适应业务发展和管理的需要 。 基于智慧铁路的设计思想 ， 下文基于IEC 61850有线通信及无线传输的物联网技术详细探讨一体化电缆芯温监测的技术方案 。
1）基于IEC 61850有线通信方案
系统可分为3层 ， 即数据采集层、数据收集层、数据评估层 ， 系统架构图如图1所示 。
（1）数据采集层
数据采集层由采集智能电子设备（intelligent electronic device, IED）、内置温度传感器、无线收发天线组成 ， 如图2所示 。 内置温度传感器采用无源传感器 ， 紧贴在电缆接头导体上 ， 将电缆温度的非电量信号转化为电量信息 ， 通过无线的传输方式 ， 将温度信息传送给无线天线 。
无线收发天线安装在绝缘层和屏蔽壳之间 ， 产生高频电磁信号传送给温度传感器 ， 温度传感器从电磁信号获取能力 ， 导致电磁波的频率变化 ， 无线天线将导致电磁波频率变化的温度信息再传送给就地安装在电缆接头附近的采集IED进行温度调制 。
为了安装方便、可靠 ， 收发天线和电缆接头铜壳一体化设计 。 在铜壳内部 ， 专门做出相应的卡槽 ， 安装时对准该位置 ， 天线就能紧密固定在铜壳相应位置 ， 并且精确对正内置芯温传感器 ， 确保无线信号收发可靠 。 铜壳上设计有专门出线孔 ， 引出收发天线的电缆 ， 以连接采集器 。
「」铁道27.5kV电缆接头芯温监测系统方案研究
本文插图
图1 系统架构图
「」铁道27.5kV电缆接头芯温监测系统方案研究
本文插图
图2 内置芯温测量方案
采集器由总线接口电路、低功耗控制器、储能电路、芯温传感器无线收发信号调制解调电路4部分组成 ， 其结构框图如图3所示 。
「」铁道27.5kV电缆接头芯温监测系统方案研究
本文插图
图3 采集器结构框图
其中总线接口设置有浪涌防护电路 ， 保护内部设备不受浪涌高压的损害 。 采集器总线接口电路完成从电缆传来的调制信号中提取工作电源和数据的调制解调 。 芯温传感器无线收发信号调制解调电路 ， 完成高频电磁波的调制和解调 ， 配合内置芯温传感器 ， 获取温度信号 。 低功耗单片机完成温度数据的计算处理 。
（2）数据收集层
数据收集层由控制主IED组成 。 由于接头沿电缆分布 ， 有可能离牵引变电所很远 ， 同时 ， 往往附近没有低压电源 ， 如何给设备供电并传输数据成为问题 。 针对此问题 ， 本方案中的控制主IED采用HT-LPLD（hyper transport low power low drive）总线技术 ， 集成了直流48V隔离电源 ， 如图4所示 。


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