基于4G通信的铁路电力电缆头多参数在线监测装置的研制

摘要

随着电气化铁路的迅猛发展，电力电缆在铁路中的使用比例不断增加，但随之产生的电缆头烧毁甚至爆炸等一系列事故也与日俱增，直接对铁路的安全运行造成严重影响并威胁到人身与财产安全。针对此类现状，本文研制了一套基于4G网络通信的铁路贯通线XLPE电力电缆头多参数在线监测装置，可同时采集电缆头外护套温度、接地线电流、金属护层感应电压、环境温度与环境湿度5种参量，对电缆头运行在线监测，有利于降低电缆故障机率，保障铁路安全运行。 首先，使用有限元分析软件Ansys，对铁路贯通线中常用的YJLV22-3*95mm2型号XLPE电缆进行了电热耦合仿真。通过采用控制变量的方式，将电缆线芯温度固定为XLPE电缆允许的长期运行最高工作温度，从而得出不同环境温度所对应的外护套允许最大温度值，若采集到的外护套温度高于计算值，则说明电缆内部温度已超过允许温度。该数学关系可作为电缆外护套温度的报警判据。 其次，对本监测装置采集量的采集原理及其必要性进行了阐述，研发了一套基于4G无线网络通信的铁路XLPE电力电缆头多参数在线监测装置。本装置将采集到的数据通过4G网络传输到后台管理系统，同时还将以短信息的形式发送至相关作业人员的手机。对电缆头运行状态实行在线监测，并对异常运行状况进行声音提示及短信报警，以便作业人员及时掌握电缆状况，提前采取预防措施，调整电缆负荷。 最后，利用本装置所采集到的现场数据，对其进行多元线性回归处理，得出了实际运行条件下电缆头的外护套温度与接地线电流、金属护层感应电压、环境温度以及环境湿度之间的四元线性回归模型。该回归模型可用于判别监测数据异常是否因传感器安装松动或故障引起的数据无效，提高数据采集的有效性判别和电缆头异常报警的可靠性。

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