铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测方法及系统与流程

本发明涉及电缆故障在线监测，特别是涉及铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、铁路运行为了提高电力供电的可靠性，在铁路长大隧道群区段电力综合负荷贯通线和一级负荷贯通线都采用电缆线路供电。目前，铁路非隧道区段的线路上一般设置有铁路电力贯通电缆线路在线故障定位系统，利用gps/bds卫星导航系统实现系统装置的精准时钟同步，实现贯通电缆的单相接地和相间短路故障的实时故障预警及故障定位，系统应用效果良好。

3、gps全球定位系统可在全球任何地方以及近地空间都能够提供准确的地理位置、车行速度及精确的时间信息，bds北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。但在铁路长大隧道群区段gps/bds卫星导航系统无法覆盖，隧道内的装置无法直接接受到gps/bds卫星导航系统的时钟信号，无法设置电缆线路在线故障定位系统。

4、由于电缆运输及储存不当、外力作用损伤、电缆连接头工艺缺陷、环境及环境温度影响、电缆本身的正常老化或自然灾害等原因对贯通电缆造成的故障，严重影响铁路运输的安全性和可靠性。尤其是在长大隧道群区段故障查找和维修难度更大，电缆发生故障直接影响车站信号、通信、售票系统、旅客服务系统等运输设备正常工作，给铁路运输生产造成严重经济损失并造成较大社会影响。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统及方法，实现铁路长大隧道群电力贯通电缆故障预警和精准故障定位，以满足隧道群铁路电缆线路的安全运行需求，提升铁路电力供电系统的自动化水平。

2、第一方面，本发明提供了铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统；

3、铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统，包括时间同步装置、故障在线监测装置和系统服务器：

4、所述时间同步装置设置于铁路长大隧道洞口；所述故障在线监测装置的数量为多个，分别设置于铁路长大隧道内的箱变内；

5、所述故障在线监测装置包括对时时钟收发单元、电流波形数据采集单元、电压波形数据采集单元和中央处理单元，电流波形数据采集单元用于采集箱变出线电缆的电流波形数据，电压波形数据采集单元用于采集箱变出线电缆的电压波形数据，中央处理单元用于根据电流波形数据和电压波形数据，分析电流波形和电压波形对应的时间节点；

6、系统服务器用于根据电流波形数据、电压波形数据及对应的时间节点，监测电缆是否发生故障；

7、时间同步装置与隧道内第一台故障在线监测装置的对时时钟收发单元连接，隧道内相邻的对时时钟收发单元级联，用于实现铁路长大隧道内的高精度时间同步。

8、进一步的，所述时间同步装置用于接收卫星导航系统的时钟信号，隧道内第一台故障在线监测装置的时钟收发单元用于接收时间同步装置的时钟信号，并向相邻的对时时钟收发单元发送对时信号，相邻的对时时钟收发单元向下一相邻的对时时钟收发单元发送对时信号。

9、优选的，所述对时时钟收发单元用于根据对时信号修正时钟信号。

10、进一步的，所述故障在线监测装置还包括存储单元和数据转换单元，所述存储单元用于存储线缆故障时的电压波形数据和电流波形数据，所述数据转换单元用于将电压波形数据和电流波形数据转换为数字信号。

11、进一步的，时间同步装置与隧道内第一台故障在线监测装置的时钟收发单元通过单模光纤通信连接，相邻的对时时钟收发单元之间通过单模光纤通信连接，所述中央处理单元通过铁路运维光纤传输通道与系统服务器通信连接。

12、第二方面，本发明提供了铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测方法；

13、铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测方法，基于上述铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统，包括：

14、对铁路长大隧道内的多个电缆故障在线监测装置进行时钟同步；

15、多个已经完成时钟同步的电缆故障在线监测装置，通过电流波形数据采集单元和电压波形数据采集单元采集箱变出线电缆的电流波形数据和电压波形数据；

16、分析电流波形数据和电压波形数据，监测线缆是否发生故障。

17、进一步的，对铁路长大隧道内的多个电缆故障在线监测装置进行时钟同步的具体方法为：

18、隧道内电缆故障在线监测装置收到对时信号发送方发送的对时信号，记录收到对时信号的第一时刻，从收到的对时信号中获取对时信号发送方发送对时信号时发送的第二时刻；

19、隧道内电缆故障在线监测装置向对时信号发送方发送回应报文，并记录发送时刻；

20、对时信号发送方收到回应报文，记录收到时刻并发送至隧道内电缆故障在线监测装置；

21、隧道内电缆故障在线监测装置根据第一时刻和第二时刻的差值以及收到时刻和发送时刻的差值，对隧道内电缆故障在线监测装置的本地时间进行修正。

22、进一步的，若线缆发生故障，将故障线缆对于的电流波形数据和电压波形数据存储至存储单元。

23、进一步的，还包括：

24、将采集的电流波形数据和电压波形数据传输至系统服务器，以供作业人员监控及下载。

25、进一步的，所述分析电流波形数据和电压波形数据，监测线缆是否发生故障包括：

26、监测电流波形数据和电压波形数据，判断是否出现电流行波和电压行波；若出现，则线缆发送故障；

27、根据电流行波首波头的到达时间和电压行波的到达时间，利用小波的双端定位原理，计算线缆故障点位置。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、(1)本发明提供的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统通过在隧道洞口北斗边缘计算终端设置时间同步装置，隧道内装置依次采用对时光纤形成级联，实现隧道内所有装置高精度时间同步功能。

30、(2)本发明提供的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统，通过安装于隧道箱变内的装置，通过电流波形数据采集单元和电压波形数据采集单元进行箱变出线电缆的电流基波和行波、电压基波和行波数据采集，并对数据进行分析，实现对隧道电力贯通电缆状态监测，建立电缆故障预警机制，预防电缆故障的发生。

31、(3)本发明提供的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统，通过在线实时监测电缆故障的电流和电压行波信号，实现定位故障点，为故障原因分析和快速恢复供电提供辅助决策支持；极大的降低了铁路隧道恶劣环境下的电力贯通电缆的运维检修困难。满足铁路长大隧道群电力贯通电缆线路的运维需求，保障了铁路的安全供电，提升了铁路电力供电系统的自动化和运维管理水平。

技术特征：

1.铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统，其特征是，包括时间同步装置、故障在线监测装置和系统服务器：

2.如权利要求1所述的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统，其特征是，所述时间同步装置用于接收卫星导航系统的时钟信号，隧道内第一台故障在线监测装置的时钟收发单元用于接收时间同步装置的时钟信号，并向相邻的对时时钟收发单元发送对时信号，相邻的对时时钟收发单元向下一相邻的对时时钟收发单元发送对时信号。

3.如权利要求2所述的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统，其特征是，所述对时时钟收发单元用于根据对时信号修正时钟信号。

4.如权利要求1所述的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统，其特征是，所述故障在线监测装置还包括存储单元和数据转换单元，所述存储单元用于存储线缆故障时的电压波形数据和电流波形数据，所述数据转换单元用于将电压波形数据和电流波形数据转换为数字信号。

5.如权利要求1所述的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统，其特征是，时间同步装置与隧道内第一台故障在线监测装置的时钟收发单元通过单模光纤通信连接，相邻的对时时钟收发单元之间通过单模光纤通信连接，所述中央处理单元通过铁路运维光纤传输通道与系统服务器通信连接。

6.铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测方法，其特征是，基于权利要求1-5任一项所述的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统；

7.如权利要求6所述的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测方法，其特征是，对铁路长大隧道内的多个电缆故障在线监测装置进行时钟同步的具体方法为：

8.如权利要求6所述的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测方法，其特征是，若线缆发生故障，将故障线缆对于的电流波形数据和电压波形数据存储至存储单元。

9.如权利要求6所述的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测方法，其特征是，还包括：

10.如权利要求6所述的铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测方法，其特征是，所述分析电流波形数据和电压波形数据，监测线缆是否发生故障包括：

技术总结
本发明公开了铁路长大隧道群电力贯通电缆故障在线监测系统及方法，属于电缆故障在线监测技术领域。通过安装于隧道箱变内的装置，通过电流波形数据采集单元和电压波形数据采集单元进行箱变出线电缆的电流基波和行波、电压基波和行波数据采集，并对数据进行分析，实现对隧道电力贯通电缆状态监测，建立电缆故障预警机制，预防电缆故障的发生；解决了现有技术中存在“在铁路长大隧道群区段隧道内的装置无法直接接受到GPS/BDS卫星导航系统的时钟信号，无法设置电缆线路在线故障定位系统”的问题。

技术研发人员：于杰,谭梅,李煜伟,廖睿,陈艳梅,赵琛,刘李军,陈珊珊,李文
受保护的技术使用者：成昆铁路有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12