本實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)防雷加強及光纖分布式監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電氣化鐵路的特點是列車速度快，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，將直接影響列車運行，給鐵路運輸系統(tǒng)造成嚴重的混亂。因此，電氣化鐵路對牽引供電系統(tǒng)的可靠性要求極高。

以往運行經(jīng)驗表明，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)并非絕對平直導(dǎo)線，在機車行進過程中，受電弓在接觸網(wǎng)硬點處經(jīng)常發(fā)生拉弧，易對機車受電弓和接觸網(wǎng)造成損傷。

針對上述問題，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)測溫傳感器、風(fēng)力傳感器等方式來監(jiān)測戶外環(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、戶外運行可靠性差、組網(wǎng)困難等原因，其運行效果并不理想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種接觸網(wǎng)防雷加強及光纖分布式監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

光纖復(fù)合架空地線、光纖分布式監(jiān)測主機；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)測主機相連。

可選的，在本實用新型一實施例中，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，在本實用新型一實施例中，所述光纖分布式監(jiān)測主機包括電源、中央處理器，光源模塊和監(jiān)測分析模塊；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)測分析模塊的一端相連；所述監(jiān)測分析模塊的另一端與所述中央處理器相連；

所述電源，用于對所述光纖分布式監(jiān)測主機的各部件提供電能；

所述光源模塊，用于向所述備用光纖發(fā)射測試光源；

所述監(jiān)測分析模塊，用于實時監(jiān)測所述測試光源在所述備用光纖上的反射參數(shù)，利用監(jiān)測到的反射參數(shù)分析接觸網(wǎng)沿線的運行狀態(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)測功能，相比于傳統(tǒng)的技術(shù)方案，本實用新型具有顯著的優(yōu)勢包括：

1)一套系統(tǒng)即實現(xiàn)了接觸網(wǎng)防雷加強及沿線分布式監(jiān)測的功能，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，抗惡劣運行環(huán)境能力強，抗電磁干擾能力強；

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，能夠做到故障點精準定位。

附圖說明

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

圖1為本實用新型提出的一種接觸網(wǎng)防雷加強及光纖分布式監(jiān)測系統(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)測主機的功能框圖。

具體實施方式

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

如圖1所示，為本實用新型提出的一種接觸網(wǎng)防雷加強及光纖分布式監(jiān)測系統(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)測主機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)測主機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，雷擊首先落到光纖復(fù)合架空地線1上，從而形成對接觸網(wǎng)4的防雷保護。

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)測主機2相連。

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

所述電源21，用于對所述光纖分布式監(jiān)測主機的各部件提供電能；

所述光源模塊23，用于向所述備用光纖發(fā)射測試光源；

所述監(jiān)測分析模塊24，用于實時監(jiān)測測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，其落雷概率遠大于接觸線，此時接地的光纖復(fù)合架空地線可對接觸線起到一定的屏蔽保護作用，進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)測主機，光纖分布式監(jiān)測主機向備用光纖發(fā)射測試光源，光纖分布式監(jiān)測主機采集光學(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)模型進行分析、修訂，從而實現(xiàn)對接觸網(wǎng)沿線的各監(jiān)測參量的數(shù)據(jù)采集，這些監(jiān)測參量涵蓋：雷擊定位、閃絡(luò)定位、接觸線硬點及離線、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)測主機對于接觸網(wǎng)沿線各參數(shù)的監(jiān)測原理：

雷擊定位：雷擊電流產(chǎn)生的強磁場、強電場、瞬時高溫會使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)測主機通過探測光纖復(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)處理就可實現(xiàn)雷擊監(jiān)測。

閃絡(luò)故障定位：當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生閃絡(luò)故障時，瞬時電流高達數(shù)十至數(shù)百千安，產(chǎn)生的強磁場、強電場會使光纖復(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)測主機通過監(jiān)測光纖內(nèi)偏振光信號狀態(tài)可監(jiān)測其閃絡(luò)異常，實現(xiàn)故障定位。

接觸線硬點及離線監(jiān)測：在接觸網(wǎng)的硬點處或者離線狀態(tài)下，受電弓和接觸線會發(fā)生異常振動，同時，在接觸線硬點處，受電弓會發(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，這些都會使光的偏振狀態(tài)發(fā)生變化，光纖分布式監(jiān)測主機通過監(jiān)測光纖內(nèi)偏振光信號狀態(tài)，并建立相關(guān)模型，即可檢測到接觸網(wǎng)硬點和離線故障。

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

覆冰及凍雨監(jiān)測：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)測主機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，利用背向散射光的布里淵頻移和布里淵散射光的回波時間來確定受力點應(yīng)力變化和位置，結(jié)合兩個分析結(jié)果，即可確定接觸網(wǎng)覆冰或者凍雨地點定位。

溫度監(jiān)測：光纖分布式監(jiān)測主機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：風(fēng)激勵會導(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，不同等級的風(fēng)對內(nèi)部光折射率影響存在差別，通過監(jiān)測內(nèi)部光纖光折射率可實現(xiàn)不同等級風(fēng)對纜線影響的監(jiān)測。

分布式光纖監(jiān)測主機將采集并分析的數(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)進行實時顯示、存儲或者轉(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)改進提供參考。

由上述實施例可知，光纖復(fù)合架空地線架設(shè)于接觸網(wǎng)上方，對接觸網(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)測主機，分布式光纖監(jiān)測主機通過采集光學(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，最終實現(xiàn)整對接觸網(wǎng)線路的雷擊定位、閃絡(luò)故障定位、接觸線硬點及離線、光纖斷線、覆冰及凍雨、溫度、風(fēng)害的監(jiān)測。

以上具體實施方式，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。