CN105895244B - 远程监控预警贯通地线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程监控预警贯通地线，它包括缆芯和设置于缆芯外的金属外护套，所述缆芯由若干根金属导体相互绞合而成，在缆芯中设置有监控传感器。所述监控传感器为压电传感器和光纤传感器。所述压电传感器位于缆芯的中心位置，金属导体绞合于该压电传感器的外周；所述光纤传感器位于缆芯的周边并与金属外护套内壁相邻。所述压电传感器包括钢索芯，在钢索芯上胶粘有压电薄膜，在所述压电薄膜外依次包覆有内护层和屏蔽层，在该屏蔽层上挤包有外护层。本发明能准确监测地线工作状况，有效防止地线断裂损坏，实现了从地线断裂后的报警修复到防范预警的转换，特别适用于具有高可靠性、高安全性要求的铁路综合共用接线系统中。

Description

远程监控预警贯通地线

技术领域

本发明涉及一种铁路综合接地系统中使用的接地电缆，尤其涉及一种能够远程监控并预警的贯通地线。

背景技术

铁路贯通地线系统是将轨道沿线的牵引供电回流系统、电力供电系统、信号系统、通信及其他电子信息系统，以及桥梁、站台、道床等需要接地的装置通过贯通地线连成一体的接地系统，形成一个共同接地系统的等电位体，它是保障铁路行车安全，实现列车高速、重载、通信信号技术数字化智能化的关键设施，是轨道交通技术领域中尖端技术产品之一。

铁路贯通地线由于保证了全线路接线等电位，消除了因不同设备之间的电位差引起的不平衡电流，满足了大型接地系统长期良好接地电阻值的要求，实现了对人员和设备的有效保护。但在人为和不可抗拒的外力作用下，仍可能会造成接地装置中贯通地线的断裂，如果不能及时发现并实施维护会影响信号传输系统技术参数的准确控制和信息传输信号控制的可靠性，给高速铁路的安全留下隐患。及时发现贯通地线断裂状况及运行状态是保证铁路系统可靠、安全的基础和保障，尤其是随着铁路无砟轨道、信号系统设备综合接地、“四电”集成的广泛应用，接地系统的安全性越来越重要，贯通地线的作用显得更加关键。

但是贯通地线断裂后不易发现，而贯通地线断裂后，会导致部分接地点接地电阻偏大，信号传输系统会产生接地电位不平衡，而影响信号传输系统技术参数的准确性，直接影响铁路的安全运行。目前解决贯通地线断线最常用的技术手段是在贯通地线的铜铰线中加入一根或两根的信号报警线。如本申请人申请的国家专利“高安全护套贯通地线”，专利号：201120244011.6；正常情况下信号线报警处于导通状态，显示正常，当贯通地线在外力作用下断裂后，其信号线也会呈开路状态，报警设备发出断线报警信号，但这种报警线往往仅能反映贯通地线是否断裂，不能确定断点位置。中国专利“一种远程监控断线报警贯通地线”，专利号：201220385635.4中的报警单元则是由两根绝缘单线绞合而成，当贯通地线受外力作用断裂时，该报警单元内的两根绝缘单线之间的工作电容发生变化，监测设备可根据变化的工作电容值自动计算出断点位置并进行报警，方便维修人员的快速定位和快速修复，这种具有两根绝缘单线的报警单元既能区别是否断线，还可以大体确定断线的位置。但是不管单根绝缘线或两根绝缘线的报警线均只能在贯通地线断裂后作出报警反映，而不能监测贯通地线的实时状况，尤其不能监测和控制造成贯通地线断裂的主要原因——拉力大小的变化状态。随着铁路的不断提速，对线路稳定性、安全性要求越来越高，能够监测并预警贯通地线工作状况势在必行。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能准确监测地线工作状况，有效防止地线断裂损坏的远程监控预警贯通地线。

为了解决上述技术问题，本发明的远程监控预警贯通地线，包括缆芯和设置于缆芯外的金属外护套，所述缆芯由若干根金属导体相互绞合而成，在缆芯中设置有监控传感器。

在上述结构中，由于在缆芯中设置有监控传感器，监控传感器可以灵敏地感知贯通地线的实际工作状况，当贯通地线受到意外机械作用或地线轴向拉伸力变大、变小时，监控传感器会将这些机械信号转换为电信号传输至监控设备并发出预警信号，使人们能及时干预和处理，变传统的事后损坏处理为事前预防，从而保证了贯通地线始终处于安全可靠的工作状况，有效地确保了列车运行。也由于在缆芯中设置有监控传感器，这就可以根据贯通地线的工作环境和工作需求，对贯通地线的使用温度、压力、弯曲、应力变化等运行参数进行及时监控，既可有效地预防贯通地线断线等损坏事故的发生，也可以对贯通地线运行状态和工作寿命进行准确及时的评估，使人们能够及时消除隐患，避免断线等故障发生。

本发明的优选实施方式，所述监控传感器为压电传感器和光纤传感器。所述压电传感器位于缆芯的中心位置，金属导体绞合于该压电传感器的外周；所述光纤传感器位于缆芯的周边并与金属外护套内壁相邻。该结构中压电传感器和光纤传感器发挥各自优势，并且性能互补，更能有效地预防和避免事故发生。压电传感器及时反映贯通地线弯曲、拉伸和压缩应力的变化，准确感知贯通地线的异常表现；而光纤传感器不仅抗电磁干扰性能优越，耐腐蚀灵敏性高，而且能精确测量应力松弛、应力变化及位移和温度多种使用运行参数。

本发明的优选实施方式，所述压电传感器包括钢索芯，在钢索芯上胶粘有压电薄膜，在所述压电薄膜外依次包覆有内护层和屏蔽层，在该屏蔽层上挤包有外护层。拉伸力的意外增加是贯通地线断裂的主要原因，由于意外轴向拉伸力的增加往往是贯通地线遭受破坏断裂的主要原因，而具有良好导电性能的铜材拉伸强度又相对较低，该结构中的钢索芯大大增强了贯通地线的抗拉机械强度，弥补了铜质缆芯机械强度相对较弱的不足，使贯通地线具有更好的机械性能。采用压电薄膜作为压电传感器的压电器件，压电薄膜不仅轻薄、柔软、灵敏度极好，而且具有很强的机械韧性，直接贴附在钢丝上不会对贯通地线及钢丝芯的弯曲和布线造成影响，特别适应于贯通地线的工作环境。

本发明的进一步实施方式，所述压电薄膜通过胶粘层胶粘于钢索芯上，压电薄膜沿钢索芯长度方向间隔设置。沿长度方向间隔设置的压电薄膜能反映不同区段贯通地线的张力变化，并针对不同区段发出预警信号；当钢索芯随贯通地线被拉伸压缩或弯曲时，粘附于钢索芯上的压电薄膜受到力的作用产生相应电荷，使机械变化转换为电信号传输给监测设备发生指示信号。

本发明的优选实施方式，所述钢索芯为单根钢丝或钢丝束；所述屏蔽层为镀锡丝编织层。采用钢丝或钢丝束能使贯通地线既具有极好的抗拉性能，又具有良好的柔性。镀锡铜丝编织层的屏蔽结构具有屏蔽效果好、柔性好的双重优点。压电薄膜外的屏蔽层，能有效避免外部电磁场对压电信号的干扰，保证压电信号的准确可靠获取。

本发明优选实施方式，所述光纤传感器为传感型光纤传感器。所述光纤维传感器埋设于光纤填埋胶中。传感型传感器中的光纤兼有对被测信号的敏感及信号的传输作用，将信号的“传”和“感”合二为一，更加适用于贯通地线中各种参数的监测预警。光纤传感器埋设于光纤填埋胶中能更加准确测试贯通地线中金属导体和金属外护层的拉伸、压缩和弯曲所引起的应力变化，能够起到更加及时、准确的预警效果。

本发明优选实施方式，所述金属外护套为铜合金护套，在该金属外护套上包覆有耐腐层。铜合金护套不仅具有良好的导电性能，而且具有较好耐腐性和地域适应性。在金属外护套上设有耐腐层，能有效地提高贯通地线在各种土壤环境中的适应性，具有较好的耐腐、环保性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明远程监控预警贯通地线作进一步说明。

图1是本发明远程监控预警贯通地线一种具体实施方式的截面结构示意图；

图2是图1所示实施方式中的压电传感器放大结构示意图；

图3是本发明远程监控预警贯通地线又一种具体实施方式的截面结构示意图；

图4是本发明远程监控预警贯通地线再一种具体实施方式的截面结构示意图；

图5是本发明远程监控预警贯通地线第四种具体实施方式的截面结构示意图；

图6是本发明远程监控预警贯通地线第五种具体实施方式的截面结构示意图；

图中，1—缆芯、2—金属导体、3—压电传感器、31—钢索芯、32—胶粘层、33—压电薄膜、34—内护层、35—屏蔽层、36—外护层、4—光纤传感器、41—光纤填埋胶、5—金属外护套、6—耐腐层。

具体实施方式

如图1所示的远程监控预警贯通地线，该贯通地线包括17根铜质的金属导体2，金属导体2通过层绞或同心绞合于一起形成缆芯1，在缆芯1上包裹有金属外护套5，该金属外护套5为铜合金护套，铜合金护套的材料为铜锌合金。在金属外护套5上还包覆有耐腐层6，该耐腐层6的材料为导电塑料。

在缆芯1中设置有压电传感器3和光纤传感器4，该压电传感器3和光纤传感器4构成监控传感器。监控传感器的压电传感器3位于缆芯1的中心位置，金属导体2则绞合于压电传感器4的外周；监控传感器的光纤传感器4位于缆芯1的周边位置并与金属外护套5的内壁相邻。光纤传感器4埋设于光纤填埋胶41中，光纤填埋胶41将光纤传感器4周边的金属导体2、金属外护套5和光纤传感器连接固定于一体。光纤传感器4采用传感型光纤传感器，光纤传感器沿地线轴向连续布置。根据贯通地线的使用条件和设计要求，可以选用不同类型的光纤传感器以监测地线的温度、应力、位移等相关参数，以保证贯通地线系统的安全可靠运行。

如图2所示，缆芯1中的压电传感器3包括有钢索芯31，在钢索芯31上通过胶粘层32贴附有压电薄膜33，即包覆于钢索芯31外周的压电薄膜33与钢索芯31之间设有胶粘层32。压电薄膜33是由共聚物聚偏氟乙烯（PVDF）材料而制成，它具有很高的压电性能和极佳的柔顺性，钢索芯31既可是单根钢丝，也可以是若干钢丝绞合而成。压电薄膜33沿钢索芯的长度方向间隔地设置有多片压电薄膜，以监测不同地线区段的拉伸、压缩、弯曲等机械应力。各片压电薄膜均与监测设备电连接，在压电薄膜33外设有内护套34。在内护套34上设有屏蔽层35，该屏蔽层35由镀锡铜丝编织而成，在屏蔽层35上包覆有外护层36。内护套34和外护层36均以聚乙烯为材料。

图3所示的远程监控预警贯通地线，该贯通地线的缆芯1包括有18根铜质的金属导体2，18根金属导体2以层绞或同心绞的方式相互绞合于压电传感器3的外周，压电传感器3构成监控传感器。压电传感器3的结构与上述实施例相同。在缆芯1的外周包覆有金属外护套5，该金属外护套5以铝合金为材料，在金属外护套5的外周喷涂有导电陶瓷而形成了耐腐层6。压电传感器3的结构与上述实施例中图2所示结构相同；压电传感器3位于缆芯1的中心位置。

在图4所示实施方式中除缆芯1的金属导体2的根数与上述实施例不同外，其他均相同。该实施例中在压电传感器3的外周绞合有6根金属导体2，金属导体2也以铜为材料。

图5所示的远程监控预警贯通地线，该贯通地线的监控传感器仅包括一光纤传感器4，缆芯1包括有18根铜质的金属导体2，光纤传感器4位于缆芯1的中心位置，18根铜质金属导体2绞合于光纤传感器4的外周，光纤传感器4埋设于光纤填埋胶41中，并通过光纤填埋胶41与其外周的金属导体2相互固连一起。光纤填埋胶41为硅胶等市售胶，光纤传感器4仍采用传感型光纤传感器。在缆芯1的外周包覆有合金铜质的金属外护套5、在金属外护套5上喷涂有导电陶瓷而形成的耐腐层6。

图6所示的实施方式与图5实施方式的不同之处仅在于缆芯1的金属导体2的根数，在本实施例中，光纤传感器4的外周通过光纤填埋胶41绞合固定有6根金属导体2。

Claims (4)

1.一种远程监控预警贯通地线，包括缆芯（1）和设置于缆芯（1）外的金属外护套（5），其特征在于：所述缆芯（1）由若干根金属导体（2）相互绞合而成，在该缆芯（1）中设置有监控传感器，

所述监控传感器为压电传感器（3）和光纤传感器（4），所述压电传感器（3）位于缆芯（1）的中心位置，金属导体（2）绞合于该压电传感器（3）的外周，所述光纤传感器（4）位于缆芯（1）的周边并与金属外护套（5）内壁相邻，所述光纤维传感器埋设于光纤填埋胶中，光纤传感器（4）为传感型光纤传感器，光纤传感器（4）沿地线轴向连续布置；

所述压电传感器（3）包括钢索芯（31），在钢索芯（31）上胶粘有压电薄膜（33），在所述压电薄膜（33）外依次包覆有内护层（34）和屏蔽层（35），在该屏蔽层（35）上挤包有外护层（36）；

所述压电薄膜（33）通过胶粘层（32）胶粘于钢索芯（31）上；该压电薄膜（33）沿钢索芯（31）长度方向间隔设置；

所述屏蔽层（35）为镀锡铜丝编织层。

2.根据权利要求1所述的远程监控预警贯通地线，其特征在于：所述监控传感器为压电传感器（3），该压电传感器（3）位于所述缆芯（1）的中心位置。

3.根据权利要求1所述的远程监控预警贯通地线，其特征在于：所述钢索芯（31）为单根钢丝或钢丝束。

4.根据权利要求3所述的远程监控预警贯通地线，其特征在于：所述金属外护套（5）为铜合金护套，在该金属外护套（5）上包覆有耐腐层（6）。