牵引供电系统电缆及电缆头在线监测技术适用性分析

Ø 无线测温：传感器体积小巧，为全密封设计，外壳一般采用全金属材料或者包裹绝缘套管，具有高的绝缘耐压性能。由于传感器信号通过无线方式向外传输，所以一般不存在污闪问题。

Ø 光纤光栅测温及分布式光纤测温：这两类光纤测温系统都是通过将光纤传感器之间与带电的被监测点接触来测量温度的，所以一般不存在绝缘耐压及污闪的问题。

3.3 抗谐波干扰

电气化铁路是一种单相不对称波动负荷，由于铁路运输的特殊性，牵引供电负荷波动频繁、冲击大，并对电力系统产生谐波、负序等不利影响。客运专线交直交动车组采用四象限整流，通过GTO或IGBT控制导通和关断角来控制机车的出力，可分别控制导通和关断机车主变压器的若干个低压绕组的整流，使电流波形逼近正弦波，且电流与电压的相位基本同步[6]。所以，交直交型电力机车的谐波含量很小，但谐波的频谱及幅值与交直车不同，根据整流相数的不同产生了如23、25次的高次谐波。

应用在牵引供电系统的电缆头在线监测系统是否会受到谐波的干扰成为一个需要重视的问题。

光纤光栅测温系统采用无源光纤光栅温度传感器技术，监测现场无需供电,可以有效的避免任何电磁干扰。

无线测温系统目前采用了ZigBee标准，是直序扩频技术(DSSS)，即全频带传送数据，使得原来较高的功率、较窄的频率变成较宽的低功率频率，以有效控制噪声，是一种抗干扰能力强，保密性，可靠性都很高的通信方式。根据工厂试验的结果，目前存在的谐波等各类电磁干扰信号难以对 ZigBee通信系统产生有效的干扰。

但是目前无线测温系统在牵引供电系统内的应用较少，其传感器及数据传输系统的可靠性对于牵引供电系统的电磁环境的适应性还需要现场运行中进一步验证。

3.4工程施工及运行维护

本文提到的4种原理的测温技术在工程施工方面有各自的特点：

Ø 红外测温：传感器的安装具有较高的要求。以监测开关柜触头温度为例，在每个监测点附近安装须一只红外传感器，传感器的安装位置必须在该开关柜电压等级所要求的安全距离之外，否则传感器将极易损坏。如10kV 开关柜的安全距离为125mm，而35kV开关柜的安全距离为300mm。当柜内空间狭小时，则难以保证传感器与触点之间具有足够的安全距离。另外，红外传感器安装完毕后，必须调整红外线射出角度，使得红外线正对被监测对象的表面，否则测量准确度难以得到保证。随着运行时间的增加，往往会出现传感器角度发生变化，或者传感器红外线发射口被灰尘覆盖等现象，严重影响了系统工作稳定性。

Ø 无线测温：传感器安装较为方便，只需将每个传感器与被监测点紧密接触并牢固固定即可。由于采用无线通信技术，开关柜内以及室外电缆接头处均无需布线，大大减少工程施工工作量。但是在运行维护方面，沿线电缆头的测温传感器需定期更换电池，维护工作较为复杂，工作量大。

Ø 光纤光栅测温及分布式光纤测温：两者都需要将光纤安装在被监测点上，安装时应注意要保持光纤在正常的弯曲半径内，而且光纤在安装过程中，需要专业设备进行熔接，熔接的质量直接影响了光的传输效果。因此在敷设和安装过程中对施工工艺要求较高。在运行维护中，由于客运专线光纤埋入地下或电缆沟内，维护工作量较大。

4 结论

随着铁路客运专线的牵引供电系统中越来越多的采用高压输电电缆，电缆及电缆接头故障率较高，采取电缆及电缆接头在线监测的系统可以提前发现故障隐患，及时处理，避免了故障影响范围的的扩大，提高了牵引供电系统的可靠性、稳定性;同时采取在线监测的手段减少了相关设备的检修维护工作量，提高了检修维护的工作效率。因此在牵引供电系统中采用27.5kV电缆及电缆头在线监测系统是完全必要的。

本文对当前存在的红外测温、无线测温、光纤光栅测温以及分布式光纤测温等电缆及其接头温度在线监测技术进行了介绍，并针对牵引供电系统的特点，从测温准确性、绝缘耐压及防污闪性能、抗谐波干扰、工程施工及维护等几个方面对上述技术分别进行了分析比较。在电磁环境复杂的铁路牵引供电系统中，光纤光栅测温系统运行更加稳定可靠，在确保牵引供电系统的可靠性的前提下，该系统更适宜于铁路牵引供电系统的高压电缆及电缆附件的监测。

如果要实现对远距离的电缆头监测(如变电所远端馈线上网)，光纤光栅测温系统则还存在着施工、维护困难等不足之处。个人建议可以将光纤光栅测温系统与无线测温系统取长补短，有机的结合在一起：即对于距离牵引变电所较远的接触网上网处的监测现场，利用光纤光栅的技术进行精确测温，设置现场数据采集器，通过光纤对现场数据采集，利用无线传输技术(如GSM-R、ZigBee、CDMA、GPRS等)实现长距离的数据集中传输，这样可以有效改善单纯的光纤光栅测温系统的不足;而牵引变电所所内因变配电设备集中，电磁环境更为恶劣，仍采用光纤光栅测温，光纤直接上传的方式。既可以保证系统的可靠性、稳定性、适应性，又可以有效的克服长距离敷设光纤造成的弊端。建议的系统方案示意图如下：

图7：光纤光栅测温+无线传输的方案示意图

另外还可以通过使用预制光缆加光纤连接器这样的方法来尽量减少光纤的熔接和光纤现场敷设损伤的概率，这样也可以减少施工难度，提高施工效率，同时提高后期的可维护性。

以上仅为个人的一些建议，请大家给予批评指正。

参考文献：

[1] 徐东晟，许一声.高压开关柜触头温度在线监测的研究【J】.高压电器.2001，37(1)，54-56.

[2] 李泰军.开关柜母线温度的在线监测【J】.高压电器.2001，22(3)：33-37.

[3] 瞿雷，刘盛德等.ZigBee技术及应用，北京航空航天大学出版社，2007

[4] 姜德生，何伟. 光纤光栅传感器的应用概况【J】. 光电子·激光. 2002,13(4):420-430.