一种电气化铁路接触网智能绞线的在线智能监测应用方案

摘要

本发明涉及的一种电气化铁路接触网智能绞线的在线智能监测应用方案，它包括以下内容：将智能绞线本体安装在接触网系统上端，通过中间的吊弦线悬挂并固定下端的接触线，在接触网一跨的两端立柱上装有信号发射装置，在工作室设置有信号接收装置；所述信号发射装置与智能绞线本体中的光纤相连，信号以无线电波的形式传递，所述信号处理装置接收光纤传递的信号并处理、分析信号，实时对接触网各项参数进行智能监测。本发明可以实现对接触网各项参数进行智能监测，达到优化绞线性能，线材寿命预警、迅速判定故障类型、定位故障位置，并能实时报警，实现无人化值守，大幅降低运行维护成本。

说明书

技术领域

本发明涉及电气化铁路接触网技术领域，尤其涉及一种电气化铁路接触网智能绞线的在线智能监测应用方案。

背景技术

国内电气化铁路接触网均采用架空方式架设，绞线起着悬挂接触线和对电力机车输电补偿的双重作用，是接触网中不可缺少的部分，其结构为采用直径相同的铜合金线通过绞制而成。因其服役环境的多样性、空间结构的交叉性等因素，容易在机械及电气作用下发生断股等损伤，若不及时采取相应措施，会给机车运行埋下安全隐患。环境的污染导致部分城市的空气质量严重下降，受污染物硫、氯等的影响绞线表面腐蚀加速，如若发生断线事故，将对正常的铁路运输秩序造成消极影响。

我国高速电气化铁路接触网多在郊区荒野地带采用架空方式架设，人工巡线工作环境恶劣，特别是冬季北方地区运行过程中遇大风、覆雪、覆冰等特殊工况时易发生，虽有动检车巡检，但也无法实现对接触网系统运行状态做到实时监控，对绞线在受大风天气的影响异常振动，过车载流后升温缺乏实际监测数据，出现异常情况无法及时报警，而且也不利于提高运行可靠性和维护效率，发现故障难以精确定位，故障分析水平也需要进一步提高。

目前，在电气化铁路接触网上未见智能绞线的应用，而在桥梁或建筑的方面存在对拉索受力状态监测的专利。如：中国专利CN205134082U公开了一种智能钢绞线，主要用于对桥梁或建筑钢绞线受力状态进行监测；中国专利CN101435779B本发明提供了一种基于光纤布里渊传感的智能钢绞线及其制备与全尺度监测方法，用该智能钢绞线可以监测预应力工程的预应力损失，特别适用于斜拉桥平行钢绞线拉索等结构的健康监测；中国专利CN100335714C提供了一种光纤光栅纤维增强树脂筋智能拉索，它包由纤维增强筋和含光纤光栅传感器的纤维增强筋组成，用于斜拉桥、悬索桥、吊杆拱桥、缆索等拉索构件受力状态的检测。上述专利主要输对索体力学状态进行监测，不能满足通电条件下对电气化接触网状态的监测，如张力、电流、电压、温度、PH值等。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种电气化铁路接触网智能绞线的在线智能监测应用方案，有效减少接触网绞线表面腐蚀、降低绞线重量，对接触网各项参数进行智能监测，达到优化绞线性能，线材寿命预警、迅速判定故障类型、定位故障位置。

本发明的目的是这样实现的：

一种电气化铁路接触网智能绞线的在线智能监测应用方案，它包括以下内容：将智能绞线本体安装在接触网系统上端，通过中间的吊弦线悬挂并固定下端的接触线，在接触网一跨的两端立柱上装有信号发射装置，在工作室设置有信号接收装置；所述信号发射装置与智能绞线本体中的光纤相连，信号以无线电波的形式传递，所述信号处理装置接收光纤传递的信号并处理、分析信号，实时对接触网各项参数进行智能监测。

进一步地，所述智能绞线本体为由外围多根单丝围绕中心单丝绞合而成的单芯式多层绞线，所述外围单丝包括铜合金单丝和碳纤维复合材料单丝，所述中心单丝包括橡胶材料和光纤，所述橡胶材料的中心设置一根光纤。

进一步地，光纤呈波浪状分布于橡胶材料的芯部。

进一步地，所述铜合金单丝的表面带有防腐涂层。

进一步地，所述外围单丝的直径相同，所述中心单丝的直径大于外围单丝的直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在绞线内置入光纤，具有灵敏度高、稳定性好、测试距离长以及结构简单等优点，实现对接触网的智能化监测，可显著提高高速电气化铁路接触网安全可靠性，通过智能绞线与吊弦线、接触线、立柱、信号发射装置、信号接收装置相互配合，可以实现对接触网各项参数（如张力、电流、电压、温度、PH值等）进行智能监测，达到优化绞线性能，线材寿命预警、迅速判定故障类型、定位故障位置，并能实时报警，实现无人化值守，大幅降低运行维护成本。本发明的绞线采用部分碳纤维复合材料单丝替代部分铜合金单丝，在保证机电性能满足要求的前提下，实现绞线高载流且轻量化的目的；采用表面带有防腐涂层的铜合金单丝，延长了绞线的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的应用示意图。

图2为本发明的智能绞线的结构示意图。

图3为本发明的智能绞线的截面示意图。

图4为本发明的智能绞线的另一种截面示意图。

图5为本发明的其他种类截面结构示意图。

其中：

智能绞线本体1、光纤2、橡胶材料3、铜合金单丝4、防腐涂层5、碳纤维复合材料单丝6、吊弦线7、接触线8、信号发射装置9、立柱10、信号接收装置11。

具体实施方式

为更好地理解本发明的技术方案，以下将结合相关图示作详细说明。应理解，以下具体实施例并非用以限制本发明的技术方案的具体实施态样，其仅为本发明技术方案可采用的实施态样。需先说明，本文关于各组件位置关系的表述，如A部件位于B部件上方，其系基于图示中各组件相对位置的表述，并非用以限制各组件的实际位置关系。

实施例1：

参见图1-图5，图1绘制了一种电气化铁路接触网智能绞线的在线智能监测应用方案的在接触网的应用示意图。图2绘制了本发明的智能绞线的结构示意图，如图2所示，本发明的一种电气化铁路接触网智能绞线的在线智能监测应用方案，它包括智能绞线本体1，所述智能绞线本体1为由外围多根单丝围绕中心单丝绞合而成的单芯式多层绞线，所述外围单丝包括铜合金单丝4和碳纤维复合材料单丝6，所述中心单丝包括橡胶材料3和光纤2，橡胶材料3的中心设置一根光纤2，光纤2呈波浪状分布于橡胶材料3的芯部。

所述铜合金单丝4的表面带有防腐涂层5。

所述光纤2与橡胶材料3通过热挤压法包覆在一起。

所述外围单丝的直径相同，所述中心单丝的直径大于外围单丝的直径。

参见图3和图4，所述外围单丝包括围绕中心单丝的多圈单丝，其中铜合金单丝4和碳纤维复合材料单丝6根据实际使用需要分布于绞线的任意位置，可均匀间隔分布，也可不规律分布。

参见图5，所述智能绞线1的结构包括但不限于图4所示种类，即1*7、1*19、1*37、1*7*（1+6）、1*7*（3+9），根据实际使用需要将带有防腐涂层5的铜合金单丝4和碳纤维复合材料单丝6分布于绞线的任意位置。

本发明的一种电气化铁路接触网智能绞线的在线智能监测应用方案的制备方法，包括以下步骤：

（1）制作单丝：

①拉制出表面质量良好、性能符合要求的铜合金单丝4，通过表面处理在铜合金单丝4表面形成一层防腐涂层5，所述防腐涂层原料是金属氧化物；②将多根微小的碳纤维丝捆扎成碳纤维股线，热固性树脂则渗入各微小的碳纤维丝之间凝固，制备成相应规格的碳纤维复合材料单丝；③将光纤2与橡胶材料3通过热挤压法包覆在一起，该方式确保将光纤与绞线相分离，不直接贴合，进而降低服役过程中对应变测量灵敏度的影响；另外，光纤2呈波浪状分布于橡胶材料3心部，该方式为光纤4随着使用过程中绞线长度的变化（振动、环境变化等因素）提供了变形余量，可以有效防止光纤4因长度不足被拉断。

所述中心单丝的直径大于其他单丝的直径，其他单丝的直径相同，以达到绞合后中心单丝外层的橡胶材料3与外围单丝紧密贴合的目的，确保光纤2可以精确检测绞线整体状态信息。

（2）制作绞线：

如图2、图3所示，将上述单丝通过绞线机绞合成相应规格的绞线，其特征为：橡胶材料3和光纤2构成的中心单丝位于绞线中心，带有防腐涂层5的铜合金单丝4和碳纤维复合材料单丝6分布于中心单丝的外围，为使绞线结构紧密，每一层绕的方向都和前一层绕的方向相反。

所述中心单丝的长度大于绞线长度，以便预留出一定长度的光纤2接头供架线施工过程中绞线之间的连接。

参见图1，图1绘制了一种电气化铁路接触网智能绞线的在线智能监测应用方案的在接触网的应用示意图，本发明应用于一种在线智能监测方案，包括以下内容：

如图1所示，所述智能绞线本体1安装在接触网系统上端，通过中间的吊弦线7悬挂并固定下端的接触线8，在接触网一跨的两端立柱10上装有信号发射装置9，在工作室设置有信号接收装置11。

所述信号发射装置9与智能绞线本体1中的光纤2相连，所述光纤2不仅可以作为光的传播介质，而且光波在光纤2中传播时表征光波的特征参量（如振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素（如温度、压力、电场、磁场、位移、转动等）的作用而间接或直接发生变化。

信号以无线电波的形式传递，所述信号处理装置11接收光纤2传递的信号。在服役过程中接触网上的变化（包括张力、电流、电压、温度、PH值等），将表征光波的特征参量的信号发生变化，信号处理装置11通过接收、处理、分析信号，实时对接触网各项参数进行智能监测，达到优化绞线性能，线材寿命预警、迅速判定故障类型、定位故障位置，并能实时报警，实现无人化值守，大幅降低运行维护成本。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。