基本信息
- 项目名称：
- 一种铁路信号电缆断线在线监测仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 铁路信号电缆故障严重影响列车的安全运营。由于铁路信号电缆中间接头过多，致使传统的电缆故障检测方法应用受到了极大的限制。为此，通过增加电阻设备，将备用芯线对形成闭合回路，然后在线监测其阻值变化来反映电缆状态，进而在不影响正常列控信号传输的情况下实现了信号电缆的故障在线监测，基于此通过LabVIEW编程语言及数据采集卡等相关硬件实现了在线监测仪，结构合理，性能稳定。经实验室测试，达到了设计性能。
- 详细介绍：
- 铁路信号电缆是信号设备的重要组成部分，担负着传输列车控制信息的重要任务，是信息传送的必经通道。随着铁路向“高速、重载”方向的发展，信号电缆故障对铁路安全运营造成的影响越来越大，而且由于信号电缆的隐蔽敷设，造成电缆故障定位及处理难度增大，干扰正常的铁路运输秩序，影响运输畅通，严重时威胁和危害着人民生命财产的安全。 目前检测铁路信号电缆故障主要采取电桥法和低压脉冲反射法，这些方法在线缆中间接头较少，线缆较短的情况下，可以准确地检测和定位故障点的位置，再辅助利用放音法精确定位故障点；但随着铁路的发展，区间距离越来越长，因此区间信号电缆的敷设也越来越长，经分线盒的中间接头也越来越多，使得电桥法和低压脉冲反射法实施越来越困难，误差越来越大，因此对信号电缆的故障检测与定位也越来越困难。再有，目前的铁路信号微机监测系统也通常配置有信号电缆绝缘监测系统，但该系统只能判断整条电缆的绝缘状态，且不能定位故障位置。为此，迫切需要一种在新形势下铁路信号电缆的故障监测定位装置。 在充分根据信号电缆的敷设特点，依据每根信号电缆都留有备用芯线对的原则，通过在分线盒为备用芯线对增加无源阻抗的方式，利用双端比较测量阻抗的原理来实现对备用信号电缆芯线对的在线监测，并能迅速准确的判断故障发生的信号盒区段，在故障区段内再利用脉冲反射法等现有成熟的方法二次精确定位故障点，极大的缩短了故障查找时间。并以监测备用芯线代替在用芯线的方法实现在线监测，从而提高了信号电缆利用率，确保了列车的安全营运。 在此理论基础上，利用美国NI公司LabVIEW虚拟仪器编程平台，结合阿尔泰工控机ART720，配合台湾研华PCA6006CPU卡及阿尔泰数据采集卡PCI8613，以及武汉精良高精度霍尔型电压传感器JLD1U2P2、电流传感器JLD11I2P2，雷旭防雷器AD/KZ-250，组成了两路铁路信号电缆断线在线检测系统，用户界面友好，简单易用，并能根据测试结果预测线缆状态，为用户维护与检修提供了科学依据。经过实验室测试，符合设计指标。 后期将与铁路局电务段等用户进行现场上架测试。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：铁路信号电缆断线将严重影响列车的安全运营。由于其经多个分线盒接线柱连接的敷设特点，存在中间接头过多，致使传统的电缆断线检测方法不能准确判断断线位置或者判断时间过长劳动强度过大，而且由于信号电缆传输信号的特殊性，不允许在在用芯线对中加入非列控信号，故无法实现在线监测。为此，研制一种设备能够在线监测信号电缆断线。 基本思路：通过在电缆中间分线盒的备用芯线对接线柱中接入固定阻值的电阻，将备用芯线对形成闭合回路网络，然后在线监测其电阻阻值，利用回路阻值的变化来反映电缆状态，并以在线监测备用芯线对代替在用芯线对，进而在不影响正常列控信号传输的情况下实现了信号电缆的故障在线监测并准确的定位故障发生的区段，然后再辅助其他成熟故障检测方法，精确定位故障点，极大的降低了劳动强度及缩短了故障时间。
科学性、先进性
- 目前检测铁路信号电缆故障主要采取电桥法和低压脉冲反射法，这些方法在线缆中间接头较少，线缆较短的情况下，可以准确地检测和定位故障点的位置，再辅助利用放音法精确定位故障点；但随着铁路的发展，区间距离越来越长，因此区间信号电缆的敷设也越来越长，经分线盒的中间接头也越来越多，使得电桥法和低压脉冲反射法实施越来越困难，误差越来越大，因此对信号电缆的故障检测与定位也越来越困难。再有，目前的铁路信号微机监测系统也通常配置有信号电缆绝缘监测系统，但该系统只能判断整条电缆的绝缘状态，且不能定位故障位置。在充分根据信号电缆的敷设特点，依据每根信号电缆都留有备用芯线对的原则，通过在分线盒为备用芯线对增加无源阻抗的方式，利用双端比较测量阻抗的原理来实现对备用信号电缆芯线对的在线监测，并能迅速准确的判断故障发生的信号盒区段，在故障区段内再利用脉冲反射法等现有成熟的方法二次精确定位故障点，极大的缩短了故障查找时间。并以监测备用芯线代替在用芯线的方法实现在线监测，从而提高了信号电缆利用率，确保了列车的安全营运。
获奖情况及鉴定结果
- 基于此原理的论文 A Dual-side Comparison Method of Online Fault Monitoring for Railway Signal Cable. in Testing and Diagnosis,发表在2010年在中国昆明举办的IEEE国际会议ICINA 2010 IEEE International Conference on Information, Networking and Automation上，被EI/ISTP检索。 （EI 检索号：20105213520517）。
作品所处阶段
- 样机试制阶段。
技术转让方式
- 授权转让。
作品可展示的形式
- 实物展示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术优点：1.可以在线监测信号电缆断线。 2.迅速定位短线点，缩短故障时间。 3.设备简单，电磁兼容性好。 适应领域：1.普通铁路信号电缆。 2.高速铁路信号电缆。 3.城市轨道交通铁路信号电缆。 推广前景：我国铁路正在迅猛发展，且向着“高速、重载”方向发展，信号电缆越来越重要，2020年我国铁路网营业里程将达到12万公里以上，为此该产品有极大的推广前景，按每50km装设1台产品，将至少会有6000台的市场需求。以每台1万元成本记，将有6000万元的市场。
同类课题研究水平概述
- 公知的其他查找电线及电缆断线故障点的方法及装置有以下几种： 第一种为跟踪信号强度法。由发送器向被查线条发送交变的查找信号，然后沿线条由接收器跟踪接收此信号，通过比较信号强度的变化而判定故障点。而大多数的高阻接地及混线，由于线条对地分布电容及线间分布电容对查找信号的漏流远大于故障点高阻的漏流，所以故障点前后信号强度变化不大。对于地埋电缆来说，电缆埋深也将直接影响接收信号强度，所以无法以接收信号强度来准确定位故障点。 第二种脉冲反射回波法。查找仪向电缆被查芯线发送一脉冲信号，此信号波沿芯线向终端传播，若途中遇阻抗突变，如断线、短路、混线、接地等，则将产生反射回波信号。根据此反射信号返回的时间，再结合信号波在芯线内传播的速度（波速）即可计算出故障点距离，但此法也只适用于少数的低阻接地及混线，对于大部分的高阻接地及混线，由于线条阻抗变化不大，回波反射信号太小，无法辨别而难以定位。 第三种为电桥法或参数值法。此法也只适用于电缆。用电桥或参数表测出芯线至故障点的阻值或参数，再根据电缆参数换算为距离，此法只适合在少数接地及混线阻值稳定不变且无其他电源干扰的情况下使用，而对于多数高阻接地及混线阻值是极其不稳定的，且大地中有干扰电流存在，从而导致无法完成测量。 第四种为高压放电听音法。此法也只适用于电缆。由高压发生器向被查芯线内发送高压脉冲，此高压经线条绝缘不良处击穿放电，将发出强烈的放电声，用听声器接收此放电声波并结合放电电波，由于二者传播速度不同，可根据收到两者的时间间隔来判定故障点远近，声波与电波时间间隔最近处为放电点即故障点，此法只能应用于高压电力电缆接地及混线的查找，对于低压电缆将无法使用，可能会造成电缆的损伤。 综上所述，目前检测铁路信号电缆故障主要采取电桥法和低压脉冲反射法，这些方法在线缆中间接头较少，线缆较短的情况下，可以准确地检测和定位故障点的位置，再辅助利用放音法精确定位故障点；但随着铁路的发展，区间距离越来越长，因此区间信号电缆的敷设也越来越长，经分线盒的中间接头也越来越多，使得电桥法和低压脉冲反射法实施越来越困难，误差越来越大，因此对信号电缆的故障检测与定位也越来越困难。再有，目前的铁路信号微机监测系统也通常配置有信号电缆绝缘监测系统，但该系统只能判断整条电缆的绝缘状态，且不能定位故障位置。
