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基本信息
- 項目名稱：
- 一種鐵路信號電纜斷線在線監(jiān)測儀
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 鐵路信號電纜故障嚴(yán)重影響列車的安全運營。由于鐵路信號電纜中間接頭過多，致使傳統(tǒng)的電纜故障檢測方法應(yīng)用受到了極大的限制。為此，通過增加電阻設(shè)備，將備用芯線對形成閉合回路，然后在線監(jiān)測其阻值變化來反映電纜狀態(tài)，進(jìn)而在不影響正常列控信號傳輸?shù)那闆r下實現(xiàn)了信號電纜的故障在線監(jiān)測，基于此通過LabVIEW編程語言及數(shù)據(jù)采集卡等相關(guān)硬件實現(xiàn)了在線監(jiān)測儀，結(jié)構(gòu)合理，性能穩(wěn)定。經(jīng)實驗室測試，達(dá)到了設(shè)計性能。
- 詳細(xì)介紹：
- 鐵路信號電纜是信號設(shè)備的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著傳輸列車控制信息的重要任務(wù)，是信息傳送的必經(jīng)通道。隨著鐵路向“高速、重載”方向的發(fā)展，信號電纜故障對鐵路安全運營造成的影響越來越大，而且由于信號電纜的隱蔽敷設(shè)，造成電纜故障定位及處理難度增大，干擾正常的鐵路運輸秩序，影響運輸暢通，嚴(yán)重時威脅和危害著人民生命財產(chǎn)的安全。 目前檢測鐵路信號電纜故障主要采取電橋法和低壓脈沖反射法，這些方法在線纜中間接頭較少，線纜較短的情況下，可以準(zhǔn)確地檢測和定位故障點的位置，再輔助利用放音法精確定位故障點；但隨著鐵路的發(fā)展，區(qū)間距離越來越長，因此區(qū)間信號電纜的敷設(shè)也越來越長，經(jīng)分線盒的中間接頭也越來越多，使得電橋法和低壓脈沖反射法實施越來越困難，誤差越來越大，因此對信號電纜的故障檢測與定位也越來越困難。再有，目前的鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)也通常配置有信號電纜絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，但該系統(tǒng)只能判斷整條電纜的絕緣狀態(tài)，且不能定位故障位置。為此，迫切需要一種在新形勢下鐵路信號電纜的故障監(jiān)測定位裝置。 在充分根據(jù)信號電纜的敷設(shè)特點，依據(jù)每根信號電纜都留有備用芯線對的原則，通過在分線盒為備用芯線對增加無源阻抗的方式，利用雙端比較測量阻抗的原理來實現(xiàn)對備用信號電纜芯線對的在線監(jiān)測，并能迅速準(zhǔn)確的判斷故障發(fā)生的信號盒區(qū)段，在故障區(qū)段內(nèi)再利用脈沖反射法等現(xiàn)有成熟的方法二次精確定位故障點，極大的縮短了故障查找時間。并以監(jiān)測備用芯線代替在用芯線的方法實現(xiàn)在線監(jiān)測，從而提高了信號電纜利用率，確保了列車的安全營運。 在此理論基礎(chǔ)上，利用美國NI公司LabVIEW虛擬儀器編程平臺，結(jié)合阿爾泰工控機ART720，配合臺灣研華PCA6006CPU卡及阿爾泰數(shù)據(jù)采集卡PCI8613，以及武漢精良高精度霍爾型電壓傳感器JLD1U2P2、電流傳感器JLD11I2P2，雷旭防雷器AD/KZ-250，組成了兩路鐵路信號電纜斷線在線檢測系統(tǒng)，用戶界面友好，簡單易用，并能根據(jù)測試結(jié)果預(yù)測線纜狀態(tài)，為用戶維護與檢修提供了科學(xué)依據(jù)。經(jīng)過實驗室測試，符合設(shè)計指標(biāo)。 后期將與鐵路局電務(wù)段等用戶進(jìn)行現(xiàn)場上架測試。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計目的：鐵路信號電纜斷線將嚴(yán)重影響列車的安全運營。由于其經(jīng)多個分線盒接線柱連接的敷設(shè)特點，存在中間接頭過多，致使傳統(tǒng)的電纜斷線檢測方法不能準(zhǔn)確判斷斷線位置或者判斷時間過長勞動強度過大，而且由于信號電纜傳輸信號的特殊性，不允許在在用芯線對中加入非列控信號，故無法實現(xiàn)在線監(jiān)測。為此，研制一種設(shè)備能夠在線監(jiān)測信號電纜斷線。 基本思路：通過在電纜中間分線盒的備用芯線對接線柱中接入固定阻值的電阻，將備用芯線對形成閉合回路網(wǎng)絡(luò)，然后在線監(jiān)測其電阻阻值，利用回路阻值的變化來反映電纜狀態(tài)，并以在線監(jiān)測備用芯線對代替在用芯線對，進(jìn)而在不影響正常列控信號傳輸?shù)那闆r下實現(xiàn)了信號電纜的故障在線監(jiān)測并準(zhǔn)確的定位故障發(fā)生的區(qū)段，然后再輔助其他成熟故障檢測方法，精確定位故障點，極大的降低了勞動強度及縮短了故障時間。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前檢測鐵路信號電纜故障主要采取電橋法和低壓脈沖反射法，這些方法在線纜中間接頭較少，線纜較短的情況下，可以準(zhǔn)確地檢測和定位故障點的位置，再輔助利用放音法精確定位故障點；但隨著鐵路的發(fā)展，區(qū)間距離越來越長，因此區(qū)間信號電纜的敷設(shè)也越來越長，經(jīng)分線盒的中間接頭也越來越多，使得電橋法和低壓脈沖反射法實施越來越困難，誤差越來越大，因此對信號電纜的故障檢測與定位也越來越困難。再有，目前的鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)也通常配置有信號電纜絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，但該系統(tǒng)只能判斷整條電纜的絕緣狀態(tài)，且不能定位故障位置。在充分根據(jù)信號電纜的敷設(shè)特點，依據(jù)每根信號電纜都留有備用芯線對的原則，通過在分線盒為備用芯線對增加無源阻抗的方式，利用雙端比較測量阻抗的原理來實現(xiàn)對備用信號電纜芯線對的在線監(jiān)測，并能迅速準(zhǔn)確的判斷故障發(fā)生的信號盒區(qū)段，在故障區(qū)段內(nèi)再利用脈沖反射法等現(xiàn)有成熟的方法二次精確定位故障點，極大的縮短了故障查找時間。并以監(jiān)測備用芯線代替在用芯線的方法實現(xiàn)在線監(jiān)測，從而提高了信號電纜利用率，確保了列車的安全營運。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 基于此原理的論文 A Dual-side Comparison Method of Online Fault Monitoring for Railway Signal Cable. in Testing and Diagnosis,發(fā)表在2010年在中國昆明舉辦的IEEE國際會議ICINA 2010 IEEE International Conference on Information, Networking and Automation上，被EI/ISTP檢索。 （EI 檢索號：20105213520517）。
作品所處階段
- 樣機試制階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 授權(quán)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 實物展示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 技術(shù)優(yōu)點：1.可以在線監(jiān)測信號電纜斷線。 2.迅速定位短線點，縮短故障時間。 3.設(shè)備簡單，電磁兼容性好。 適應(yīng)領(lǐng)域：1.普通鐵路信號電纜。 2.高速鐵路信號電纜。 3.城市軌道交通鐵路信號電纜。 推廣前景：我國鐵路正在迅猛發(fā)展，且向著“高速、重載”方向發(fā)展，信號電纜越來越重要，2020年我國鐵路網(wǎng)營業(yè)里程將達(dá)到12萬公里以上，為此該產(chǎn)品有極大的推廣前景，按每50km裝設(shè)1臺產(chǎn)品，將至少會有6000臺的市場需求。以每臺1萬元成本記，將有6000萬元的市場。
同類課題研究水平概述
- 公知的其他查找電線及電纜斷線故障點的方法及裝置有以下幾種： 第一種為跟蹤信號強度法。由發(fā)送器向被查線條發(fā)送交變的查找信號，然后沿線條由接收器跟蹤接收此信號，通過比較信號強度的變化而判定故障點。而大多數(shù)的高阻接地及混線，由于線條對地分布電容及線間分布電容對查找信號的漏流遠(yuǎn)大于故障點高阻的漏流，所以故障點前后信號強度變化不大。對于地埋電纜來說，電纜埋深也將直接影響接收信號強度，所以無法以接收信號強度來準(zhǔn)確定位故障點。 第二種脈沖反射回波法。查找儀向電纜被查芯線發(fā)送一脈沖信號，此信號波沿芯線向終端傳播，若途中遇阻抗突變，如斷線、短路、混線、接地等，則將產(chǎn)生反射回波信號。根據(jù)此反射信號返回的時間，再結(jié)合信號波在芯線內(nèi)傳播的速度（波速）即可計算出故障點距離，但此法也只適用于少數(shù)的低阻接地及混線，對于大部分的高阻接地及混線，由于線條阻抗變化不大，回波反射信號太小，無法辨別而難以定位。 第三種為電橋法或參數(shù)值法。此法也只適用于電纜。用電橋或參數(shù)表測出芯線至故障點的阻值或參數(shù)，再根據(jù)電纜參數(shù)換算為距離，此法只適合在少數(shù)接地及混線阻值穩(wěn)定不變且無其他電源干擾的情況下使用，而對于多數(shù)高阻接地及混線阻值是極其不穩(wěn)定的，且大地中有干擾電流存在，從而導(dǎo)致無法完成測量。 第四種為高壓放電聽音法。此法也只適用于電纜。由高壓發(fā)生器向被查芯線內(nèi)發(fā)送高壓脈沖，此高壓經(jīng)線條絕緣不良處擊穿放電，將發(fā)出強烈的放電聲，用聽聲器接收此放電聲波并結(jié)合放電電波，由于二者傳播速度不同，可根據(jù)收到兩者的時間間隔來判定故障點遠(yuǎn)近，聲波與電波時間間隔最近處為放電點即故障點，此法只能應(yīng)用于高壓電力電纜接地及混線的查找，對于低壓電纜將無法使用，可能會造成電纜的損傷。 綜上所述，目前檢測鐵路信號電纜故障主要采取電橋法和低壓脈沖反射法，這些方法在線纜中間接頭較少，線纜較短的情況下，可以準(zhǔn)確地檢測和定位故障點的位置，再輔助利用放音法精確定位故障點；但隨著鐵路的發(fā)展，區(qū)間距離越來越長，因此區(qū)間信號電纜的敷設(shè)也越來越長，經(jīng)分線盒的中間接頭也越來越多，使得電橋法和低壓脈沖反射法實施越來越困難，誤差越來越大，因此對信號電纜的故障檢測與定位也越來越困難。再有，目前的鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)也通常配置有信號電纜絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，但該系統(tǒng)只能判斷整條電纜的絕緣狀態(tài)，且不能定位故障位置。
