分析城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測技術

分析城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測技術【摘要】城市軌道交通運行過程中的供電系統(tǒng)安全是保障城市軌道交通安全平穩(wěn)運行的重要因素之一。直流饋出電纜作為城市軌道牽引供電系統(tǒng)中的重要組成部分，保障其安全可靠的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在隱患，避免問題進一步擴大而引發(fā)嚴重的安全事故則顯得十分重要。受制于直流饋出電纜敷設條件惡劣，數(shù)量巨大等現(xiàn)實條件，傳統(tǒng)絕緣檢測方法耗時費力、檢測精度不高且無法及時預判及監(jiān)測電纜缺陷。因此，城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測技術的提出及應用，則為解決這一難題提供了一條切實有效的途徑。本文分析了城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測技術的監(jiān)測原理及應用系統(tǒng)構成，對于實際工作起到參考作用。關鍵詞：城市軌道交通；直流饋出電纜；在線監(jiān)測技術城市軌道交通列車牽引供電一般采用接觸軌（第三軌）或架空接觸網(wǎng)形式分別通過列車受流靴或受電弓為列車供電，常用額定電壓等級分別為DC750V、DC1500V。直流饋出電纜作為連接直流饋出開關柜和隔離開關的橋梁及直流電流通路，一般采用多根并聯(lián)的形式以提高供電可靠性。傳統(tǒng)的直流電纜絕緣檢測手段一般為停電后，通過絕緣電阻測試儀分別測試各直流電纜的絕緣電阻，通過查看絕緣電阻的數(shù)值及變化趨勢判斷直流電纜的絕緣狀態(tài)及運行趨勢。然而隨著城市軌道交通的蓬勃發(fā)展，直流饋出電纜的投用數(shù)量非常巨大，傳統(tǒng)檢測手段需要耗費大量的人力物力，且細微的絕緣缺陷不易發(fā)現(xiàn)，檢測手段低效。利用城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測技術可以在直流饋出電纜運行情況下實時監(jiān)測電纜運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)電纜缺陷，為直流饋出電纜的精準化檢修提供了可靠依據(jù)，極大的降低了直流饋出電纜檢修的人力物力成本，保障了直流饋出電纜的可靠運行。下文將分別分析闡述直流饋出電纜在線監(jiān)測技術的監(jiān)測原理及應用系統(tǒng)構成。直流饋出電纜在線監(jiān)測技術原理直流饋出電纜在線監(jiān)測技術研究主要借鑒交流電纜的監(jiān)測手段，通過原理分析用于交流電纜檢測的直流疊加法、介質損耗檢測、接地電流法、交流疊加法均不適用，故直流饋出電纜的檢測原理依據(jù)為直流電纜的局部放電法和泄露電流法。采用直流電纜的局部放電在線檢測主要基于兩點，一是局部放電檢測法的廣泛應用，二是由于直流電纜由于外界潮濕環(huán)境、電動力或外力破壞及敷設曲率半徑不足等原因導致的絕緣性能下降會引發(fā)局部放電現(xiàn)象，當電纜的絕緣層發(fā)生輕微破壞放電時，并不會觸發(fā)相關開關柜保護，電纜仍能正常運行，且并不一定會產生恒定的直流泄露電流，但檢測到該放電信號時，表明電纜絕緣已經受損，需要進行檢修更換處理，缺陷檢測靈敏性較高，能及時杜絕故障的擴大。另一種采用直流電纜的泄露電流法檢測絕緣電阻的原理在于直流饋出電纜的直流電阻，可以直觀的反映出絕緣材料在直流作用下的絕緣特性。當絕緣材料出現(xiàn)老化破損時，其直流電阻必然會出現(xiàn)降低，而絕緣材料的直流電阻R與泄露電流I有如下關系R=U/I,且兩者存在較好的線性關系，因此通過在線監(jiān)測泄露電流的變化可以提前發(fā)現(xiàn)饋出電纜絕緣性能的變化。由于直流饋出電纜一般選用無鎧裝或鎧裝層不接地的形式，泄露電流的測量無法使用類似于測量交流電纜泄露電流的方法，只能通過間接方法測量。研究發(fā)現(xiàn)，機車停運時電纜無負荷，此時測得的流經饋出電纜的電流近似等于泄露電流，因而可間接測得直流饋出電纜的泄露電阻，從而獲得直流饋出電纜絕緣性能的變化。直流饋出電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)闡述監(jiān)測系統(tǒng)總體方案直流饋出電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，利用分布式并行采集、處理技術，分別在直流饋出電纜各個監(jiān)測通道建立數(shù)據(jù)采集和處理模塊，所有處理結果歸集到后臺智能監(jiān)控處理系統(tǒng)進行判別決策，最終用于直流饋出電纜的絕緣診斷。直流饋出電纜的局部放電信號或泄露電流信號經過信號濾波和放大處理之后，再利用模數(shù)轉換模塊將得到的模擬信號轉換成數(shù)字信號輸入到前端數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)中。經前端數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)歸入到數(shù)據(jù)庫中。后臺智能監(jiān)控處理系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)庫中相關數(shù)據(jù)的分析來評估判斷直流饋出電纜絕緣情況。監(jiān)測系統(tǒng)硬件直流饋出電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件構成主要包括以下幾個部分：局部放電傳感器與直流泄露電流傳感器。兩個不同類別的傳感器分別用于直流饋出電纜局部放電信號和泄露電流信號的采集。其中局部放電傳感器為HFCT傳感器利用寬頻帶技術和傳統(tǒng)脈沖電流法監(jiān)測電纜放電信號，該傳感器選用超微晶磁性材料作為磁芯，既縮小了傳感器尺寸又大大提高了傳感器的靈敏性。該材料與同類材料相比具有易加工、穩(wěn)定性高、損耗低、磁導率高、高飽和磁感應的特點。監(jiān)測現(xiàn)場存在大量窄帶干擾信號，對放電監(jiān)測影響很大，因此該傳感器的研制應用需要針對性處理。直流泄露電流傳感器則用于非接觸式測量停運時段的輸入電流。該傳感器為穿心式直流微電流傳感器，主要應用了霍爾茲平衡測量原理開發(fā)，針對性的解決了直流泄露電流信號弱的問題，該傳感器的應用量程為0~100mA。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。直流饋線電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)采集的信號為直流饋出電纜局部放電信號和直流泄露電流信號，由于局部放電信號為高頻信號而泄露電流信號為低頻信號，故數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率設計為可調系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括信號濾波電路、信號放大電路、模數(shù)轉換電路、時鐘觸發(fā)電路、中斷產生電路、數(shù)據(jù)線、CPU等構成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件城市軌道直流饋出電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件主要包括兩部分，分別為前端的數(shù)據(jù)采集處理單元和后臺監(jiān)控管理單元。在功能上劃分則分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和專家系統(tǒng)模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊主要用于采集卡的參數(shù)設置，控制數(shù)據(jù)采集卡的啟動和停止，原始數(shù)據(jù)存儲、處理及向服務器進行數(shù)據(jù)傳輸。后臺監(jiān)控管理單元通過實時分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常電流值，利用專家系統(tǒng)全面匯總分析歷史數(shù)據(jù)，評估直流饋出電纜絕緣性，進而發(fā)出報警信息或相關工作提示。由于機車運行階段具有較大的負荷電流，因此可以利用監(jiān)測系統(tǒng)分時采集放電和直流泄露電流信號。結束語：本文分析闡述了城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測技術對比傳統(tǒng)直流饋出電纜絕緣檢測手段的優(yōu)劣，闡述了當前城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測技術的監(jiān)測原理及監(jiān)測系統(tǒng)構成，為該技術的發(fā)展應用提供了借鑒參考。當前城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測技術整體來看還處于起步驗證階段，需要積累大量的現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，豐富專家數(shù)據(jù)庫進而完善故障診斷規(guī)則。參考文獻：何宗華,汪松滋,何其光.城市軌道交通供電系統(tǒng)運行與維修[M].中國建筑工業(yè)出版社,2005.沈小軍.城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測技術[D].上海：上海交通大學,2007.沈小軍,江秀臣,達世鵬.城市軌道交通直流