本實用新型涉及一種鐵路綜合接地系統(tǒng)中使用的接地電纜，尤其涉及一種能夠遠程監(jiān)控并預警的貫通地線。

背景技術(shù)：

鐵路貫通地線系統(tǒng)是將軌道沿線的牽引供電回流系統(tǒng)、電力供電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、通信及其他電子信息系統(tǒng)，以及橋梁、站臺、道床等需要接地的裝置通過貫通地線連成一體的接地系統(tǒng)，形成一個共同接地系統(tǒng)的等電位體，它是保障鐵路行車安全，實現(xiàn)列車高速、重載、通信信號技術(shù)數(shù)字化智能化的關(guān)鍵設(shè)施，是軌道交通技術(shù)領(lǐng)域中尖端技術(shù)產(chǎn)品之一。

鐵路貫通地線由于保證了全線路接線等電位，消除了因不同設(shè)備之間的電位差引起的不平衡電流，滿足了大型接地系統(tǒng)長期良好接地電阻值的要求，實現(xiàn)了對人員和設(shè)備的有效保護。但在人為和不可抗拒的外力作用下，仍可能會造成接地裝置中貫通地線的斷裂，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并實施維護會影響信號傳輸系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的準確控制和信息傳輸信號控制的可靠性，給高速鐵路的安全留下隱患。及時發(fā)現(xiàn)貫通地線斷裂狀況及運行狀態(tài)是保證鐵路系統(tǒng)可靠、安全的基礎(chǔ)和保障，尤其是隨著鐵路無砟軌道、信號系統(tǒng)設(shè)備綜合接地、“四電”集成的廣泛應(yīng)用，接地系統(tǒng)的安全性越來越重要，貫通地線的作用顯得更加關(guān)鍵。

但是貫通地線斷裂后不易發(fā)現(xiàn)，而貫通地線斷裂后，會導致部分接地點接地電阻偏大，信號傳輸系統(tǒng)會產(chǎn)生接地電位不平衡，而影響信號傳輸系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的準確性，直接影響鐵路的安全運行。目前解決貫通地線斷線最常用的技術(shù)手段是在貫通地線的銅鉸線中加入一根或兩根的信號報警線。如本申請人申請的國家專利“高安全護套貫通地線”，專利號：201120244011.6；正常情況下信號線報警處于導通狀態(tài)，顯示正常，當貫通地線在外力作用下斷裂后，其信號線也會呈開路狀態(tài)，報警設(shè)備發(fā)出斷線報警信號，但這種報警線往往僅能反映貫通地線是否斷裂，不能確定斷點位置。中國專利“一種遠程監(jiān)控斷線報警貫通地線”，專利號：201220385635.4中的報警單元則是由兩根絕緣單線絞合而成，當貫通地線受外力作用斷裂時，該報警單元內(nèi)的兩根絕緣單線之間的工作電容發(fā)生變化，監(jiān)測設(shè)備可根據(jù)變化的工作電容值自動計算出斷點位置并進行報警，方便維修人員的快速定位和快速修復，這種具有兩根絕緣單線的報警單元既能區(qū)別是否斷線，還可以大體確定斷線的位置。但是不管單根絕緣線或兩根絕緣線的報警線均只能在貫通地線斷裂后作出報警反映，而不能監(jiān)測貫通地線的實時狀況，尤其不能監(jiān)測和控制造成貫通地線斷裂的主要原因——拉力大小的變化狀態(tài)。隨著鐵路的不斷提速，對線路穩(wěn)定性、安全性要求越來越高，能夠監(jiān)測并預警貫通地線工作狀況勢在必行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能準確監(jiān)測地線工作狀況，有效防止地線斷裂損壞的遠程監(jiān)控預警貫通地線。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的遠程監(jiān)控預警貫通地線，包括纜芯和設(shè)置于纜芯外的金屬外護套，所述纜芯由若干根金屬導體相互絞合而成，在纜芯中設(shè)置有監(jiān)控傳感器。

在上述結(jié)構(gòu)中，由于在纜芯中設(shè)置有監(jiān)控傳感器，監(jiān)控傳感器可以靈敏地感知貫通地線的實際工作狀況，當貫通地線受到意外機械作用或地線軸向拉伸力變大、變小時，監(jiān)控傳感器會將這些機械信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸至監(jiān)控設(shè)備并發(fā)出預警信號，使人們能及時干預和處理，變傳統(tǒng)的事后損壞處理為事前預防，從而保證了貫通地線始終處于安全可靠的工作狀況，有效地確保了列車運行。也由于在纜芯中設(shè)置有監(jiān)控傳感器，這就可以根據(jù)貫通地線的工作環(huán)境和工作需求，對貫通地線的使用溫度、壓力、彎曲、應(yīng)力變化等運行參數(shù)進行及時監(jiān)控，既可有效地預防貫通地線斷線等損壞事故的發(fā)生，也可以對貫通地線運行狀態(tài)和工作壽命進行準確及時的評估，使人們能夠及時消除隱患，避免斷線等故障發(fā)生。

本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述監(jiān)控傳感器為壓電傳感器和光纖傳感器。所述壓電傳感器位于纜芯的中心位置，金屬導體絞合于該壓電傳感器的外周；所述光纖傳感器位于纜芯的周邊并與金屬外護套內(nèi)壁相鄰。該結(jié)構(gòu)中壓電傳感器和光纖傳感器發(fā)揮各自優(yōu)勢，并且性能互補，更能有效地預防和避免事故發(fā)生。壓電傳感器及時反映貫通地線彎曲、拉伸和壓縮應(yīng)力的變化，準確感知貫通地線的異常表現(xiàn)；而光纖傳感器不僅抗電磁干擾性能優(yōu)越，耐腐蝕靈敏性高，而且能精確測量應(yīng)力松弛、應(yīng)力變化及位移和溫度多種使用運行參數(shù)。

本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述壓電傳感器包括鋼索芯，在鋼索芯上膠粘有壓電薄膜，在所述壓電薄膜外依次包覆有內(nèi)護層和屏蔽層，在該屏蔽層上擠包有外護層。拉伸力的意外增加是貫通地線斷裂的主要原因，由于意外軸向拉伸力的增加往往是貫通地線遭受破壞斷裂的主要原因，而具有良好導電性能的銅材拉伸強度又相對較低，該結(jié)構(gòu)中的鋼索芯大大增強了貫通地線的抗拉機械強度，彌補了銅質(zhì)纜芯機械強度相對較弱的不足，使貫通地線具有更好的機械性能。采用壓電薄膜作為壓電傳感器的壓電器件，壓電薄膜不僅輕薄、柔軟、靈敏度極好，而且具有很強的機械韌性，直接貼附在鋼絲上不會對貫通地線及鋼絲芯的彎曲和布線造成影響，特別適應(yīng)于貫通地線的工作環(huán)境。

本實用新型的進一步實施方式，所述壓電薄膜通過膠粘層膠粘于鋼索芯上，壓電薄膜沿鋼索芯長度方向間隔設(shè)置。沿長度方向間隔設(shè)置的壓電薄膜能反映不同區(qū)段貫通地線的張力變化，并針對不同區(qū)段發(fā)出預警信號；當鋼索芯隨貫通地線被拉伸壓縮或彎曲時，粘附于鋼索芯上的壓電薄膜受到力的作用產(chǎn)生相應(yīng)電荷，使機械變化轉(zhuǎn)換為電信號傳輸給監(jiān)測設(shè)備發(fā)生指示信號。

本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述鋼索芯為單根鋼絲或鋼絲束；所述屏蔽層為鍍錫絲編織層。采用鋼絲或鋼絲束能使貫通地線既具有極好的抗拉性能，又具有良好的柔性。鍍錫銅絲編織層的屏蔽結(jié)構(gòu)具有屏蔽效果好、柔性好的雙重優(yōu)點。壓電薄膜外的屏蔽層，能有效避免外部電磁場對壓電信號的干擾，保證壓電信號的準確可靠獲取。

本實用新型優(yōu)選實施方式，所述光纖傳感器為傳感型光纖傳感器。所述光纖維傳感器埋設(shè)于光纖填埋膠中。傳感型傳感器中的光纖兼有對被測信號的敏感及信號的傳輸作用，將信號的“傳”和“感”合二為一，更加適用于貫通地線中各種參數(shù)的監(jiān)測預警。光纖傳感器埋設(shè)于光纖填埋膠中能更加準確測試貫通地線中金屬導體和金屬外護層的拉伸、壓縮和彎曲所引起的應(yīng)力變化，能夠起到更加及時、準確的預警效果。

本實用新型優(yōu)選實施方式，所述金屬外護套為銅合金護套，在該金屬外護套上包覆有耐腐層。銅合金護套不僅具有良好的導電性能，而且具有較好耐腐性和地域適應(yīng)性。在金屬外護套上設(shè)有耐腐層，能有效地提高貫通地線在各種土壤環(huán)境中的適應(yīng)性，具有較好的耐腐、環(huán)保性能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型遠程監(jiān)控預警貫通地線作進一步說明。

圖1是本實用新型遠程監(jiān)控預警貫通地線一種具體實施方式的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示實施方式中的壓電傳感器放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型遠程監(jiān)控預警貫通地線又一種具體實施方式的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型遠程監(jiān)控預警貫通地線再一種具體實施方式的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型遠程監(jiān)控預警貫通地線第四種具體實施方式的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實用新型遠程監(jiān)控預警貫通地線第五種具體實施方式的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1—纜芯、2—金屬導體、3—壓電傳感器、31—鋼索芯、32—膠粘層、33—壓電薄膜、34—內(nèi)護層、35—屏蔽層、36—外護層、4—光纖傳感器、41—光纖填埋膠、5—金屬外護套、6—耐腐層。

具體實施方式

如圖1所示的遠程監(jiān)控預警貫通地線，該貫通地線包括17根銅質(zhì)的金屬導體2，金屬導體2通過層絞或同心絞合于一起形成纜芯1，在纜芯1上包裹有金屬外護套5，該金屬外護套5為銅合金護套，銅合金護套的材料為銅鋅合金。在金屬外護套5上還包覆有耐腐層6，該耐腐層6的材料為導電塑料。

在纜芯1中設(shè)置有壓電傳感器3和光纖傳感器4，該壓電傳感器3和光纖傳感器4構(gòu)成監(jiān)控傳感器。監(jiān)控傳感器的壓電傳感器3位于纜芯1的中心位置，金屬導體2則絞合于壓電傳感器4的外周；監(jiān)控傳感器的光纖傳感器4位于纜芯1的周邊位置并與金屬外護套5的內(nèi)壁相鄰。光纖傳感器4埋設(shè)于光纖填埋膠41中，光纖填埋膠41將光纖傳感器4周邊的金屬導體2、金屬外護套5和光纖傳感器連接固定于一體。光纖傳感器4采用傳感型光纖傳感器，光纖傳感器沿地線軸向連續(xù)布置。根據(jù)貫通地線的使用條件和設(shè)計要求，可以選用不同類型的光纖傳感器以監(jiān)測地線的溫度、應(yīng)力、位移等相關(guān)參數(shù)，以保證貫通地線系統(tǒng)的安全可靠運行。

如圖2所示，纜芯1中的壓電傳感器3包括有鋼索芯31，在鋼索芯31上通過膠粘層32貼附有壓電薄膜33，即包覆于鋼索芯31外周的壓電薄膜33與鋼索芯31之間設(shè)有膠粘層32。壓電薄膜33是由共聚物聚偏氟乙烯（PVDF）材料而制成，它具有很高的壓電性能和極佳的柔順性，鋼索芯31既可是單根鋼絲，也可以是若干鋼絲絞合而成。壓電薄膜33沿鋼索芯的長度方向間隔地設(shè)置有多片壓電薄膜，以監(jiān)測不同地線區(qū)段的拉伸、壓縮、彎曲等機械應(yīng)力。各片壓電薄膜均與監(jiān)測設(shè)備電連接，在壓電薄膜33外設(shè)有內(nèi)護套34。在內(nèi)護套34上設(shè)有屏蔽層35，該屏蔽層35由鍍錫銅絲編織而成，在屏蔽層35上包覆有外護層36。內(nèi)護套34和外護層36均以聚乙烯為材料。

圖3所示的遠程監(jiān)控預警貫通地線，該貫通地線的纜芯1包括有18根銅質(zhì)的金屬導體2，18根金屬導體2以層絞或同心絞的方式相互絞合于壓電傳感器3的外周，壓電傳感器3構(gòu)成監(jiān)控傳感器。壓電傳感器3的結(jié)構(gòu)與上述實施例相同。在纜芯1的外周包覆有金屬外護套5，該金屬外護套5以鋁合金為材料，在金屬外護套5的外周噴涂有導電陶瓷而形成了耐腐層6。壓電傳感器3的結(jié)構(gòu)與上述實施例中圖2所示結(jié)構(gòu)相同；壓電傳感器3位于纜芯1的中心位置。

在圖4所示實施方式中除纜芯1的金屬導體2的根數(shù)與上述實施例不同外，其他均相同。該實施例中在壓電傳感器3的外周絞合有6根金屬導體2，金屬導體2也以銅為材料。

圖5所示的遠程監(jiān)控預警貫通地線，該貫通地線的監(jiān)控傳感器僅包括一光纖傳感器4，纜芯1包括有18根銅質(zhì)的金屬導體2，光纖傳感器4位于纜芯1的中心位置，18根銅質(zhì)金屬導體2絞合于光纖傳感器4的外周，光纖傳感器4埋設(shè)于光纖填埋膠41中，并通過光纖填埋膠41與其外周的金屬導體2相互固連一起。光纖填埋膠41為硅膠等市售膠，光纖傳感器4仍采用傳感型光纖傳感器。在纜芯1的外周包覆有合金銅質(zhì)的金屬外護套5、在金屬外護套5上噴涂有導電陶瓷而形成的耐腐層6。

圖6所示的實施方式與圖5實施方式的不同之處僅在于纜芯1的金屬導體2的根數(shù)，在本實施例中，光纖傳感器4的外周通過光纖填埋膠41絞合固定有6根金屬導體2。