本實(shí)用新型涉及電氣化鐵路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種接觸網(wǎng)防雷加強(qiáng)及光纖分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電氣化鐵路的特點(diǎn)是列車速度快，行車密度高，一旦接觸網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致接觸網(wǎng)斷電，將直接影響列車運(yùn)行，給鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)造成嚴(yán)重的混亂。因此，電氣化鐵路對(duì)牽引供電系統(tǒng)的可靠性要求極高。

以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，接觸網(wǎng)因雷擊而發(fā)生跳閘現(xiàn)象頻有發(fā)生，加之惡劣的戶外運(yùn)行工況，受戶外天氣、環(huán)境因素影響較大，常因風(fēng)害、覆冰、凍雨、污穢、異物入侵等而發(fā)生倒塌、斷線、閃絡(luò)等故障。接觸網(wǎng)并非絕對(duì)平直導(dǎo)線，在機(jī)車行進(jìn)過程中，受電弓在接觸網(wǎng)硬點(diǎn)處經(jīng)常發(fā)生拉弧，易對(duì)機(jī)車受電弓和接觸網(wǎng)造成損傷。

針對(duì)上述問題，該領(lǐng)域已經(jīng)存在一些解決方案，例如采取架設(shè)避雷線的方式來減少雷擊，或者采取在接觸網(wǎng)沿線布設(shè)測(cè)溫傳感器、風(fēng)力傳感器等方式來監(jiān)測(cè)戶外環(huán)境，通過在接觸網(wǎng)絕緣子處安裝泄漏電流傳感器來監(jiān)測(cè)絕緣子閃絡(luò)故障等。但這些方案各自為政，不成系統(tǒng)，因其硬件投資成本高、傳感器種類繁多龐雜、戶外運(yùn)行可靠性差、組網(wǎng)困難等原因，其運(yùn)行效果并不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例的主要目的在于提出一種接觸網(wǎng)防雷加強(qiáng)及光纖分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用來解決硬件投資成本高、運(yùn)行效果不理想的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種接觸網(wǎng)防雷加強(qiáng)及光纖分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

光纖復(fù)合架空地線、光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)；其中，所述光纖復(fù)合架空地線內(nèi)部包括通訊光纖和備用光纖；

所述光纖復(fù)合架空地線整體架設(shè)于鐵路的接觸網(wǎng)上方，所述光纖復(fù)合架空地線中的通訊光纖用于與通訊設(shè)備相連；所述光纖復(fù)合架空地線中的備用光纖通過光纖跳線與所述光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)相連。

可選的，在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述光纖復(fù)合架空地線的路徑與所述接觸網(wǎng)的路徑完全相同。

可選的，在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)包括電源、中央處理器，光源模塊和監(jiān)測(cè)分析模塊；其中，所述光源模塊的一端與所述備用光纖相連，所述光源模塊的另一端與所述監(jiān)測(cè)分析模塊的一端相連；所述監(jiān)測(cè)分析模塊的另一端與所述中央處理器相連；

所述電源，用于對(duì)所述光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)的各部件提供電能；

所述光源模塊，用于向所述備用光纖發(fā)射測(cè)試光源；

所述監(jiān)測(cè)分析模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述測(cè)試光源在所述備用光纖上的反射參數(shù)，利用監(jiān)測(cè)到的反射參數(shù)分析接觸網(wǎng)沿線的運(yùn)行狀態(tài)；并將數(shù)據(jù)傳送給中央處理器。

上述技術(shù)方案具有如下有益效果：

本技術(shù)方案使用一套系統(tǒng)具有防雷功能和分布式綜合監(jiān)測(cè)功能，相比于傳統(tǒng)的技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有顯著的優(yōu)勢(shì)包括：

1)一套系統(tǒng)即實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)防雷加強(qiáng)及沿線分布式監(jiān)測(cè)的功能，減少了系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量和投資；

2)該系統(tǒng)采用光纖復(fù)合架空地線中的光纖替代現(xiàn)有技術(shù)中的監(jiān)測(cè)傳感器，無需另行布設(shè)傳感器以及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，相比于沿線布設(shè)傳感器的方式，抗惡劣運(yùn)行環(huán)境能力強(qiáng)，抗電磁干擾能力強(qiáng)；

3)光纖復(fù)合架空地線始終位于接觸網(wǎng)上方，與接觸網(wǎng)的路徑完全相同，在接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，能夠做到故障點(diǎn)精準(zhǔn)定位。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型提出的一種接觸網(wǎng)防雷加強(qiáng)及光纖分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接示意圖；

圖2為光纖復(fù)合架空地線的剖面示意圖；

圖3為光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)的功能框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

如圖1所示，為本實(shí)用新型提出的一種接觸網(wǎng)防雷加強(qiáng)及光纖分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接示意圖。包括：

光纖復(fù)合架空地線1和光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)2。所述光纖復(fù)合架空地線1整體架設(shè)于鐵路的接觸網(wǎng)4上方，所述光纖復(fù)合架空地線1中的通訊光纖通過光纖跳線與通訊設(shè)備3相連；所述光纖復(fù)合架空地線1中的備用光纖通過光纖跳線與所述光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)2相連。

采用光纖復(fù)合架空地線1作為防雷線架設(shè)于接觸網(wǎng)4上方，光纖復(fù)合架空地線1完全處于接觸網(wǎng)上方，當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，雷擊首先落到光纖復(fù)合架空地線1上，從而形成對(duì)接觸網(wǎng)4的防雷保護(hù)。

如圖2所示，為光纖復(fù)合架空地線的剖面示意圖。由圖2可知，架空地線的內(nèi)部配置有多根光纖，光纖由光纖11和光纖外部包裹的鋼鎧12構(gòu)成。除此之外，架空地線還配置有鋁合金導(dǎo)線13和鋁覆鋼導(dǎo)線14。其中，多根鋁覆鋼導(dǎo)線13置于一體，與鋁覆鋼導(dǎo)線14一起將架空地線內(nèi)部配置的光纖隔離開。

光纖復(fù)合架空地線1中的一部分光纖作為電氣化鐵路通信通道使用，通過光纖跳線與通訊設(shè)備3相連。光纖復(fù)合架空地線1中的備用光纖作為分布式傳感器使用，通過光纖跳線與光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)2相連。

如圖3所示，為光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)的功能框圖。光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)2包括電源21、中央處理器22，光源模塊23和監(jiān)測(cè)分析模塊24；其中，所述光源模塊23的一端與所述備用光纖相連，所述光源模塊23的另一端與所述監(jiān)測(cè)分析模塊24的一端相連；所述監(jiān)測(cè)分析模塊24的另一端與所述中央處理器22相連；

所述電源21，用于對(duì)所述光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)的各部件提供電能；

所述光源模塊23，用于向所述備用光纖發(fā)射測(cè)試光源；

所述監(jiān)測(cè)分析模塊24，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試光源在所述備用光纖上的反射參數(shù)，分析接觸網(wǎng)沿線的運(yùn)行狀態(tài)；并將數(shù)據(jù)傳送給中央處理器。

光纖復(fù)合架空地線整體架設(shè)于接觸網(wǎng)上端，由于光纖復(fù)合架空地線處于接觸網(wǎng)的最高位置，其落雷概率遠(yuǎn)大于接觸線，此時(shí)接地的光纖復(fù)合架空地線可對(duì)接觸線起到一定的屏蔽保護(hù)作用，進(jìn)而可有效地減少雷擊跳閘概率。

光纖復(fù)合架空地線中的通訊光纖作為光通訊通道，傳輸站間信息。光纖復(fù)合架空地線中的備用光纖作為分布式傳感器及傳輸媒介，利用光纖跳線接至光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)，光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)向備用光纖發(fā)射測(cè)試光源，光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)采集光學(xué)基礎(chǔ)參量，建立光學(xué)參量與接觸網(wǎng)沿線各狀態(tài)量之間的關(guān)系，并根據(jù)模型進(jìn)行分析、修訂，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)沿線的各監(jiān)測(cè)參量的數(shù)據(jù)采集，這些監(jiān)測(cè)參量涵蓋：雷擊定位、閃絡(luò)定位、接觸線硬點(diǎn)及離線、光纖斷線、覆冰及凍雨、溫度、風(fēng)害等。

下文將闡釋分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)對(duì)于接觸網(wǎng)沿線各參數(shù)的監(jiān)測(cè)原理：

雷擊定位：雷擊電流產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)、瞬時(shí)高溫會(huì)使OPGW內(nèi)部光纖傳輸光的偏振態(tài)發(fā)生變化，光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)通過探測(cè)光纖復(fù)合架空地線1沿線光纖背向瑞利散射光偏振態(tài)的變化，通過數(shù)據(jù)處理就可實(shí)現(xiàn)雷擊監(jiān)測(cè)。

閃絡(luò)故障定位：當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生閃絡(luò)故障時(shí)，瞬時(shí)電流高達(dá)數(shù)十至數(shù)百千安，產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)會(huì)使光纖復(fù)合架空地線1內(nèi)部光纖傳輸光的偏振態(tài)發(fā)生變化，光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)通過監(jiān)測(cè)光纖內(nèi)偏振光信號(hào)狀態(tài)可監(jiān)測(cè)其閃絡(luò)異常，實(shí)現(xiàn)故障定位。

接觸線硬點(diǎn)及離線監(jiān)測(cè)：在接觸網(wǎng)的硬點(diǎn)處或者離線狀態(tài)下，受電弓和接觸線會(huì)發(fā)生異常振動(dòng)，同時(shí)，在接觸線硬點(diǎn)處，受電弓會(huì)發(fā)生一定拉弧，在離線狀態(tài)下供電電流消失，同閃絡(luò)故障定位原理，這些都會(huì)使光的偏振狀態(tài)發(fā)生變化，光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)通過監(jiān)測(cè)光纖內(nèi)偏振光信號(hào)狀態(tài)，并建立相關(guān)模型，即可檢測(cè)到接觸網(wǎng)硬點(diǎn)和離線故障。

光纖斷線監(jiān)測(cè)：運(yùn)用OTDR技術(shù)，利用瑞利散射和菲涅爾反射兩個(gè)物理現(xiàn)象，確定光纖各處的損耗，進(jìn)而判斷其接頭、彎曲、障礙或者斷點(diǎn)等各種故障情況，以用其監(jiān)測(cè)光纖的運(yùn)行狀況。

覆冰及凍雨監(jiān)測(cè)：覆冰荷載作用于光纖復(fù)合架空地線1表現(xiàn)為纜線溫度和應(yīng)變的變化。光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)利用光纖的后向拉曼散射溫度效應(yīng)可分析出溫度變化點(diǎn)，利用背向散射光的布里淵頻移和布里淵散射光的回波時(shí)間來確定受力點(diǎn)應(yīng)力變化和位置，結(jié)合兩個(gè)分析結(jié)果，即可確定接觸網(wǎng)覆冰或者凍雨地點(diǎn)定位。

溫度監(jiān)測(cè)：光纖分布式監(jiān)測(cè)主機(jī)利用光纖的后向拉曼散射溫度效應(yīng)可分析出接觸網(wǎng)沿線各處溫度值。

風(fēng)害監(jiān)測(cè)：風(fēng)激勵(lì)會(huì)導(dǎo)致光纖復(fù)合架空地線內(nèi)部光纖的折射率發(fā)生改變，不同等級(jí)的風(fēng)對(duì)內(nèi)部光折射率影響存在差別，通過監(jiān)測(cè)內(nèi)部光纖光折射率可實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)風(fēng)對(duì)纜線影響的監(jiān)測(cè)。

分布式光纖監(jiān)測(cè)主機(jī)將采集并分析的數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳送給信息管理系統(tǒng)。信息管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)或者轉(zhuǎn)發(fā)，并可提供歷史數(shù)據(jù)查詢和分析功能，給電氣化鐵路系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)改進(jìn)提供參考。

由上述實(shí)施例可知，光纖復(fù)合架空地線架設(shè)于接觸網(wǎng)上方，對(duì)接觸網(wǎng)形成有效的屏蔽，可有效降低接觸網(wǎng)雷擊跳閘和閃絡(luò)概率。光纖復(fù)合架空地線內(nèi)部設(shè)有多根光纖，取備用光纖作為傳感器，并連接至分布式光纖監(jiān)測(cè)主機(jī)，分布式光纖監(jiān)測(cè)主機(jī)通過采集光學(xué)基礎(chǔ)參量，建立光學(xué)參量與接觸網(wǎng)沿線各狀態(tài)量之間的關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)整對(duì)接觸網(wǎng)線路的雷擊定位、閃絡(luò)故障定位、接觸線硬點(diǎn)及離線、光纖斷線、覆冰及凍雨、溫度、風(fēng)害的監(jiān)測(cè)。

以上具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。