一种接触网防雷加强及光纤分布式监测系统的制作方法

本实用新型涉及电气化铁路技术领域，特别涉及一种接触网防雷加强及光纤分布式监测系统。

背景技术：

电气化铁路的特点是列车速度快，行车密度高，一旦接触网发生故障导致接触网断电，将直接影响列车运行，给铁路运输系统造成严重的混乱。因此，电气化铁路对牵引供电系统的可靠性要求极高。

以往运行经验表明，接触网因雷击而发生跳闸现象频有发生，加之恶劣的户外运行工况，受户外天气、环境因素影响较大，常因风害、覆冰、冻雨、污秽、异物入侵等而发生倒塌、断线、闪络等故障。接触网并非绝对平直导线，在机车行进过程中，受电弓在接触网硬点处经常发生拉弧，易对机车受电弓和接触网造成损伤。

针对上述问题，该领域已经存在一些解决方案，例如采取架设避雷线的方式来减少雷击，或者采取在接触网沿线布设测温传感器、风力传感器等方式来监测户外环境，通过在接触网绝缘子处安装泄漏电流传感器来监测绝缘子闪络故障等。但这些方案各自为政，不成系统，因其硬件投资成本高、传感器种类繁多庞杂、户外运行可靠性差、组网困难等原因，其运行效果并不理想。

技术实现要素：

本实用新型实施例的主要目的在于提出一种接触网防雷加强及光纤分布式监测系统，用来解决硬件投资成本高、运行效果不理想的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种接触网防雷加强及光纤分布式监测系统，包括：

光纤复合架空地线、光纤分布式监测主机；其中，所述光纤复合架空地线内部包括通讯光纤和备用光纤；

所述光纤复合架空地线整体架设于铁路的接触网上方，所述光纤复合架空地线中的通讯光纤用于与通讯设备相连；所述光纤复合架空地线中的备用光纤通过光纤跳线与所述光纤分布式监测主机相连。

可选的，在本实用新型一实施例中，所述光纤复合架空地线的路径与所述接触网的路径完全相同。

可选的，在本实用新型一实施例中，所述光纤分布式监测主机包括电源、中央处理器，光源模块和监测分析模块；其中，所述光源模块的一端与所述备用光纤相连，所述光源模块的另一端与所述监测分析模块的一端相连；所述监测分析模块的另一端与所述中央处理器相连；

所述电源，用于对所述光纤分布式监测主机的各部件提供电能；

所述光源模块，用于向所述备用光纤发射测试光源；

所述监测分析模块，用于实时监测所述测试光源在所述备用光纤上的反射参数，利用监测到的反射参数分析接触网沿线的运行状态；并将数据传送给中央处理器。

上述技术方案具有如下有益效果：

本技术方案使用一套系统具有防雷功能和分布式综合监测功能，相比于传统的技术方案，本实用新型具有显著的优势包括：

1)一套系统即实现了接触网防雷加强及沿线分布式监测的功能，减少了系统设备数量和投资；

2)该系统采用光纤复合架空地线中的光纤替代现有技术中的监测传感器，无需另行布设传感器以及数据传输网络，相比于沿线布设传感器的方式，抗恶劣运行环境能力强，抗电磁干扰能力强；

3)光纤复合架空地线始终位于接触网上方，与接触网的路径完全相同，在接触网发生故障时，能够做到故障点精准定位。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提出的一种接触网防雷加强及光纤分布式监测系统连接示意图；

图2为光纤复合架空地线的剖面示意图；

图3为光纤分布式监测主机的功能框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型提出的一种接触网防雷加强及光纤分布式监测系统连接示意图。包括：

光纤复合架空地线1和光纤分布式监测主机2。所述光纤复合架空地线1整体架设于铁路的接触网4上方，所述光纤复合架空地线1中的通讯光纤通过光纤跳线与通讯设备3相连；所述光纤复合架空地线1中的备用光纤通过光纤跳线与所述光纤分布式监测主机2相连。

采用光纤复合架空地线1作为防雷线架设于接触网4上方，光纤复合架空地线1完全处于接触网上方，当雷击发生时，雷击首先落到光纤复合架空地线1上，从而形成对接触网4的防雷保护。

如图2所示，为光纤复合架空地线的剖面示意图。由图2可知，架空地线的内部配置有多根光纤，光纤由光纤11和光纤外部包裹的钢铠12构成。除此之外，架空地线还配置有铝合金导线13和铝覆钢导线14。其中，多根铝覆钢导线13置于一体，与铝覆钢导线14一起将架空地线内部配置的光纤隔离开。

光纤复合架空地线1中的一部分光纤作为电气化铁路通信通道使用，通过光纤跳线与通讯设备3相连。光纤复合架空地线1中的备用光纤作为分布式传感器使用，通过光纤跳线与光纤分布式监测主机2相连。

如图3所示，为光纤分布式监测主机的功能框图。光纤分布式监测主机2包括电源21、中央处理器22，光源模块23和监测分析模块24；其中，所述光源模块23的一端与所述备用光纤相连，所述光源模块23的另一端与所述监测分析模块24的一端相连；所述监测分析模块24的另一端与所述中央处理器22相连；

所述电源21，用于对所述光纤分布式监测主机的各部件提供电能；

所述光源模块23，用于向所述备用光纤发射测试光源；

所述监测分析模块24，用于实时监测测试光源在所述备用光纤上的反射参数，分析接触网沿线的运行状态；并将数据传送给中央处理器。

光纤复合架空地线整体架设于接触网上端，由于光纤复合架空地线处于接触网的最高位置，其落雷概率远大于接触线，此时接地的光纤复合架空地线可对接触线起到一定的屏蔽保护作用，进而可有效地减少雷击跳闸概率。

光纤复合架空地线中的通讯光纤作为光通讯通道，传输站间信息。光纤复合架空地线中的备用光纤作为分布式传感器及传输媒介，利用光纤跳线接至光纤分布式监测主机，光纤分布式监测主机向备用光纤发射测试光源，光纤分布式监测主机采集光学基础参量，建立光学参量与接触网沿线各状态量之间的关系，并根据模型进行分析、修订，从而实现对接触网沿线的各监测参量的数据采集，这些监测参量涵盖：雷击定位、闪络定位、接触线硬点及离线、光纤断线、覆冰及冻雨、温度、风害等。

下文将阐释分布式监测主机对于接触网沿线各参数的监测原理：

雷击定位：雷击电流产生的强磁场、强电场、瞬时高温会使OPGW内部光纤传输光的偏振态发生变化，光纤分布式监测主机通过探测光纤复合架空地线1沿线光纤背向瑞利散射光偏振态的变化，通过数据处理就可实现雷击监测。

闪络故障定位：当接触网发生闪络故障时，瞬时电流高达数十至数百千安，产生的强磁场、强电场会使光纤复合架空地线1内部光纤传输光的偏振态发生变化，光纤分布式监测主机通过监测光纤内偏振光信号状态可监测其闪络异常，实现故障定位。

接触线硬点及离线监测：在接触网的硬点处或者离线状态下，受电弓和接触线会发生异常振动，同时，在接触线硬点处，受电弓会发生一定拉弧，在离线状态下供电电流消失，同闪络故障定位原理，这些都会使光的偏振状态发生变化，光纤分布式监测主机通过监测光纤内偏振光信号状态，并建立相关模型，即可检测到接触网硬点和离线故障。

光纤断线监测：运用OTDR技术，利用瑞利散射和菲涅尔反射两个物理现象，确定光纤各处的损耗，进而判断其接头、弯曲、障碍或者断点等各种故障情况，以用其监测光纤的运行状况。

覆冰及冻雨监测：覆冰荷载作用于光纤复合架空地线1表现为缆线温度和应变的变化。光纤分布式监测主机利用光纤的后向拉曼散射温度效应可分析出温度变化点，利用背向散射光的布里渊频移和布里渊散射光的回波时间来确定受力点应力变化和位置，结合两个分析结果，即可确定接触网覆冰或者冻雨地点定位。

温度监测：光纤分布式监测主机利用光纤的后向拉曼散射温度效应可分析出接触网沿线各处温度值。

风害监测：风激励会导致光纤复合架空地线内部光纤的折射率发生改变，不同等级的风对内部光折射率影响存在差别，通过监测内部光纤光折射率可实现不同等级风对缆线影响的监测。

分布式光纤监测主机将采集并分析的数据通过通讯网络传送给信息管理系统。信息管理系统将数据进行实时显示、存储或者转发，并可提供历史数据查询和分析功能，给电气化铁路系统的薄弱环节改进提供参考。

由上述实施例可知，光纤复合架空地线架设于接触网上方，对接触网形成有效的屏蔽，可有效降低接触网雷击跳闸和闪络概率。光纤复合架空地线内部设有多根光纤，取备用光纤作为传感器，并连接至分布式光纤监测主机，分布式光纤监测主机通过采集光学基础参量，建立光学参量与接触网沿线各状态量之间的关系，最终实现整对接触网线路的雷击定位、闪络故障定位、接触线硬点及离线、光纤断线、覆冰及冻雨、温度、风害的监测。

以上具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。