徐炳輝

【摘 要】鐵路信號(hào)電纜是信號(hào)設(shè)備的重要組成部分，隨著鐵路的發(fā)展，信號(hào)電纜故障對(duì)鐵路安全運(yùn)營(yíng)造成的影響越來越大，而且由于信號(hào)電纜的隱蔽敷設(shè)，造成電纜故障定位及處理難度增大，干擾正常的鐵路運(yùn)輸秩序，嚴(yán)重時(shí)威脅和危害行車安全。電纜故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)多條電纜進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)其阻抗發(fā)生變化（斷線或混線）自動(dòng)啟動(dòng)本機(jī)的脈沖回波測(cè)距設(shè)備，上位機(jī)通過對(duì)脈沖回波測(cè)距設(shè)備返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，將電纜名稱、故障點(diǎn)與本機(jī)間距離、故障點(diǎn)大概位置（公里標(biāo)）等信息，以手機(jī)短信形式通知有關(guān)人員。

【關(guān)鍵詞】電纜 故障監(jiān)測(cè) 脈沖測(cè)距 報(bào)警

電纜故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可對(duì)多條電纜備用芯線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生故障，可進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量并分析出故障點(diǎn)距本機(jī)間距離，故障點(diǎn)大概位置（公里標(biāo)），并已手機(jī)短信形式通知有關(guān)人員。通過本系統(tǒng)，可在不影響信號(hào)傳輸?shù)那闆r下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)電纜，信號(hào)電纜故障后，第一時(shí)間判斷出故障原因及故障點(diǎn)位置，有效縮短故障處理時(shí)間。

1系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由電纜切換電路、電阻測(cè)量電路、脈沖回波測(cè)距電路、分析軟件及短信通知組成。

在每條電纜中找出一對(duì)備用芯線作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，在該對(duì)芯線的遠(yuǎn)端接一終端電阻（考慮到鐵路信號(hào)電纜芯線的截面積和長(zhǎng)度等因素，終端電阻阻值采用2KΩ），將該對(duì)芯線的始端接至本機(jī)。在單片機(jī)的控制下，本機(jī)循環(huán)對(duì)每對(duì)芯線的阻抗進(jìn)行測(cè)試；一旦發(fā)現(xiàn)某對(duì)芯線阻抗超出范圍，自動(dòng)啟動(dòng)脈沖回波測(cè)距電路，并將測(cè)量結(jié)果送至工控機(jī)；工控機(jī)通過軟件分析，控制脈沖回波測(cè)距電路以不同的增益和采樣速率多次對(duì)該對(duì)芯線進(jìn)行測(cè)試，最后分析出故障點(diǎn)位置（故障點(diǎn)與本機(jī)間距離），控制短信通知模塊將電纜名稱、距離等信息發(fā)送至有關(guān)人員的手機(jī)。

1.1 電纜切換電路

電纜故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可同時(shí)監(jiān)測(cè)多條備用芯線（最多60條），由單片機(jī)控制繼電器來切換電纜，可循環(huán)對(duì)所接電纜進(jìn)行電阻測(cè)量，當(dāng)所測(cè)電纜電阻阻抗超出范圍，將該電纜切換至脈沖回波測(cè)距電路，分析故障點(diǎn)位置。

1.2 電阻測(cè)量電路

利用單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)所接電纜進(jìn)行阻抗測(cè)量，考慮到鐵路信號(hào)電纜芯線的截面積和長(zhǎng)度等因素，終端電阻阻值采用2 KΩ，因此當(dāng)測(cè)得電纜阻抗小于1.5 KΩ，判定電纜混線；當(dāng)測(cè)得電纜阻抗大于5 KΩ，判定電纜斷線。

1.3 脈沖回波測(cè)距電路

由工控機(jī)控制脈沖回波測(cè)距電路，在故障電纜上加上低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播直到阻抗失配的地方，在這些點(diǎn)上都會(huì)引起電波的反射，反射脈沖回到電纜測(cè)試端時(shí)被脈沖回波測(cè)距電路接收，并上傳至工控機(jī)，由分析軟件分析出故障點(diǎn)位置。

1.4 分析軟件

根據(jù)電纜的測(cè)試波形我們可以判斷故障的性質(zhì)，當(dāng)發(fā)射脈沖與反射脈沖同相時(shí)，表示是斷路故障或終端頭開路。當(dāng)發(fā)射脈沖與反射脈沖反相時(shí)，則是短路接地或低阻故障。

工控機(jī)控制脈沖回波測(cè)距電路以不同的增益和采樣速率多次對(duì)該對(duì)芯線進(jìn)行測(cè)試，最后分析出故障點(diǎn)位置。

1.5 短信通知

可在系統(tǒng)中提前設(shè)置站中心公里標(biāo)、電纜名稱、電纜重點(diǎn)公里標(biāo)、電纜長(zhǎng)度、短信接收人員電話號(hào)碼等信息，當(dāng)電纜故障后，軟件可自動(dòng)分析出故障點(diǎn)的距離，并將電纜名稱、故障點(diǎn)與本機(jī)間距離、故障點(diǎn)大概位置（公里標(biāo)）等信息，以手機(jī)短信形式通知所設(shè)置人員。

2設(shè)計(jì)原理

2.1電纜切換電路

系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)60條備用電纜，其中每條電纜都連接一個(gè)轉(zhuǎn)換繼電器（如上圖所示）。單片機(jī)可根據(jù)需求控制驅(qū)動(dòng)電路，動(dòng)作相應(yīng)繼電器，從而接通電纜。平時(shí)狀態(tài)，單片機(jī)根據(jù)電纜設(shè)置循環(huán)監(jiān)測(cè)所接電纜，通過ZHJ繼電器將電纜接至電阻測(cè)量模塊，所測(cè)電纜阻抗超出范圍，ZHJ繼電器立即將該電纜接至脈沖回?fù)軠y(cè)距電路，進(jìn)行故障點(diǎn)距離測(cè)量。

2.2 電阻測(cè)量電路

本系統(tǒng)單片機(jī)采用STC12C5A60S2，該單片機(jī)具有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)250KHz（25萬(wàn)次/秒），其A/D轉(zhuǎn)換口在P1口（P1.7-P1.0）。本系統(tǒng)通過測(cè)量電路中已知電阻R1（500Ω）的電壓VR1，求得流經(jīng)該已知電阻的電流I R1，從而求得電纜電阻R。

2.3 脈沖回波測(cè)距電路

圖1

上圖1為脈沖測(cè)試的基本原理圖。測(cè)量電纜故障時(shí)，電纜可視為一條均勻分布的傳輸線，根據(jù)傳輸線理論，在電纜一端加上脈沖電壓，該脈沖按一定的速度（決定于電纜介質(zhì)的介電常數(shù)和導(dǎo)磁系數(shù)）沿線向遠(yuǎn)端傳輸，當(dāng)脈沖遇到故障點(diǎn)（或阻抗不均勻點(diǎn)）就會(huì)產(chǎn)生反射，記錄下發(fā)送脈沖和反射脈沖之間的傳輸時(shí)間△T，則可按已知的傳輸速度V來計(jì)算出故障點(diǎn)的距離Lx，Lx=V·△T/2。

測(cè)試時(shí)，在電纜故障相上加上低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播直到阻抗失配的地方，如中間接頭、T型接頭、短路點(diǎn)、斷路點(diǎn)和終端頭等等，在這些點(diǎn)上都會(huì)引起電波的反射，反射脈沖回到電纜測(cè)試端時(shí)被保存并顯示。當(dāng)發(fā)射脈沖與反射脈沖同相時(shí)，表示是斷路故障或終端頭開路。當(dāng)發(fā)射脈沖與反射脈沖反相時(shí)，則是短路接地或低阻故障。

3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）電纜故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可在不影響信號(hào)傳輸?shù)那闆r下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)電纜，一旦信號(hào)電纜發(fā)生故障，可在第一時(shí)間判斷出故障原因及故障點(diǎn)位置，有效縮短故障處理時(shí)間。

（2）具有電纜切換電路，可同時(shí)監(jiān)測(cè)多條電纜（60條），并自由切換。

（3）自動(dòng)調(diào)節(jié)脈沖回波測(cè)試的頻率及增益，以便更準(zhǔn)確測(cè)量故障點(diǎn)位置。

（4）系統(tǒng)分析軟件可準(zhǔn)確分析出電纜故障點(diǎn)與本機(jī)間距離、故障點(diǎn)大概位置（公里標(biāo)），并及時(shí)將信息發(fā)送至有關(guān)人員。

參考文獻(xiàn)：

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