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分析城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)【摘要】城市軌道交通運(yùn)行過(guò)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(yùn)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(yùn)行狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在隱患,避免問(wèn)題進(jìn)一步擴(kuò)大而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故則顯得十分重要。受制于直流饋出電纜敷設(shè)條件惡劣,數(shù)量巨大等現(xiàn)實(shí)條件,傳統(tǒng)絕緣檢測(cè)方法耗時(shí)費(fèi)力、檢測(cè)精度不高且無(wú)法及時(shí)預(yù)判及監(jiān)測(cè)電纜缺陷。因此,城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的提出及應(yīng)用,則為解決這一難題提供了一條切實(shí)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(cè)技術(shù)的監(jiān)測(cè)原理及應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成,對(duì)于實(shí)際工作起到參考作用。關(guān)鍵詞:城市軌道交通;直流饋出電纜;在線監(jiān)測(cè)技術(shù)城市軌道交通列車(chē)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(guò)列車(chē)受流靴或受電弓為列車(chē)供電,常用額定電壓等級(jí)分別為DC750V、DC1500V。直流饋出電纜作為連接直流饋出開(kāi)關(guān)柜和隔離開(kāi)關(guān)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(cè)手段一般為停電后,通過(guò)絕緣電阻測(cè)試儀分別測(cè)試各直流電纜的絕緣電阻,通過(guò)查看絕緣電阻的數(shù)值及變化趨勢(shì)判斷直流電纜的絕緣狀態(tài)及運(yùn)行趨勢(shì)。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(cè)手段需要耗費(fèi)大量的人力物力,且細(xì)微的絕緣缺陷不易發(fā)現(xiàn),檢測(cè)手段低效。利用城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可以在直流饋出電纜運(yùn)行情況下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜缺陷,為直流饋出電纜的精準(zhǔn)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(yùn)行。下文將分別分析闡述直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的監(jiān)測(cè)原理及應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成。直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)原理直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究主要借鑒交流電纜的監(jiān)測(cè)手段,通過(guò)原理分析用于交流電纜檢測(cè)的直流疊加法、介質(zhì)損耗檢測(cè)、接地電流法、交流疊加法均不適用,故直流饋出電纜的檢測(cè)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(cè)主要基于兩點(diǎn),一是局部放電檢測(cè)法的廣泛應(yīng)用,二是由于直流電纜由于外界潮濕環(huán)境、電動(dòng)力或外力破壞及敷設(shè)曲率半徑不足等原因?qū)е碌慕^緣性能下降會(huì)引發(fā)局部放電現(xiàn)象,當(dāng)電纜的絕緣層發(fā)生輕微破壞放電時(shí),并不會(huì)觸發(fā)相關(guān)開(kāi)關(guān)柜保護(hù),電纜仍能正常運(yùn)行,且并不一定會(huì)產(chǎn)生恒定的直流泄露電流,但檢測(cè)到該放電信號(hào)時(shí),表明電纜絕緣已經(jīng)受損,需要進(jìn)行檢修更換處理,缺陷檢測(cè)靈敏性較高,能及時(shí)杜絕故障的擴(kuò)大。另一種采用直流電纜的泄露電流法檢測(cè)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(dāng)絕緣材料出現(xiàn)老化破損時(shí),其直流電阻必然會(huì)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(guān)系R=U/I,且兩者存在較好的線性關(guān)系,因此通過(guò)在線監(jiān)測(cè)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(wú)鎧裝或鎧裝層不接地的形式,泄露電流的測(cè)量無(wú)法使用類(lèi)似于測(cè)量交流電纜泄露電流的方法,只能通過(guò)間接方法測(cè)量。研究發(fā)現(xiàn),機(jī)車(chē)停運(yùn)時(shí)電纜無(wú)負(fù)荷,此時(shí)測(cè)得的流經(jīng)饋出電纜的電流近似等于泄露電流,因而可間接測(cè)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(cè)系統(tǒng)闡述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),利用分布式并行采集、處理技術(shù),分別在直流饋出電纜各個(gè)監(jiān)測(cè)通道建立數(shù)據(jù)采集和處理模塊,所有處理結(jié)果歸集到后臺(tái)智能監(jiān)控處理系統(tǒng)進(jìn)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(hào)或泄露電流信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)濾波和放大處理之后,再利用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到前端數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)中。經(jīng)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(kù)中。后臺(tái)智能監(jiān)控處理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)數(shù)據(jù)的分析來(lái)評(píng)估判斷直流饋出電纜絕緣情況。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成主要包括以下幾個(gè)部分:局部放電傳感器與直流泄露電流傳感器。兩個(gè)不同類(lèi)別的傳感器分別用于直流饋出電纜局部放電信號(hào)和泄露電流信號(hào)的采集。其中局部放電傳感器為HFCT傳感器利用寬頻帶技術(shù)和傳統(tǒng)脈沖電流法監(jiān)測(cè)電纜放電信號(hào),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(lèi)材料相比具有易加工、穩(wěn)定性高、損耗低、磁導(dǎo)率高、高飽和磁感應(yīng)的特點(diǎn)。監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)存在大量窄帶干擾信號(hào),對(duì)放電監(jiān)測(cè)影響很大,因此該傳感器的研制應(yīng)用需要針對(duì)性處理。直流泄露電流傳感器則用于非接觸式測(cè)量停運(yùn)時(shí)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(yīng)用了霍爾茲平衡測(cè)量原理開(kāi)發(fā),針對(duì)性的解決了直流泄露電流信號(hào)弱的問(wèn)題,該傳感器的應(yīng)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(cè)系統(tǒng)采集的信號(hào)為直流饋出電纜局部放電信號(hào)和直流泄露電流信號(hào),由于局部放電信號(hào)為高頻信號(hào)而泄露電流信號(hào)為低頻信號(hào),故數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率設(shè)計(jì)為可調(diào)系統(tǒng),該系統(tǒng)主要包括信號(hào)濾波電路、信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、時(shí)鐘觸發(fā)電路、中斷產(chǎn)生電路、數(shù)據(jù)線、CPU等構(gòu)成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件城市軌道直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)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(tái)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(zhuān)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(shè)置,控制數(shù)據(jù)采集卡的啟動(dòng)和停止,原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理及向服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。后臺(tái)監(jiān)控管理單元通過(guò)實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)異常電流值,利用專(zhuān)家系統(tǒng)全面匯總分析歷史數(shù)據(jù),評(píng)估直流饋出電纜絕緣性,進(jìn)而發(fā)出報(bào)警信息或相關(guān)工作提示。由于機(jī)車(chē)運(yùn)行階段具有較大的負(fù)荷電流,因此可以利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分時(shí)采集放電和直流泄露電流信號(hào)。結(jié)束語(yǔ):本文分析闡述了城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)直流饋出電纜絕緣檢測(cè)手段的優(yōu)劣,闡述了當(dāng)前城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的監(jiān)測(cè)原理及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成,為該技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用提供了借鑒參考。當(dāng)前城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)整體來(lái)看還處于起步驗(yàn)證階段,需要積累大量的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù),豐富專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)而完善故障診斷規(guī)則。參考文獻(xiàn):何宗華,汪松滋,何其光.城市軌道交通供電系統(tǒng)運(yùn)行與維修[M].中國(guó)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(cè)技術(shù)[D].上海:上海交通大學(xué),2007.沈小軍,江秀臣,達(dá)世鵬.城市軌道交通直流
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