铁路运输业是我国的基础产业,它的安全问题关系到国民经济发展的命脉。然而,随着铁路产业高速发展的同时,列车运行速度和密度也不断提高,铁路事故发生的概率也随之增大。近几年,信号电缆逐渐老化,由它引发的故障也日益引起关注。铁路通信电缆是传输铁路信号的主要通道,与铁路沿线的设备和电路配套使用,比如它常与继电器、色灯信号机、轨道电路、计算机连锁设备等连接在一起。使用通信电缆可以把电能、控制信号及监控信号传输到相应的控制设备和信号设备上,从而实现机车信号、调度集中与行车指挥的自动化。可见,铁路通信电缆是铁路正常运输的“神经通道”。

通信电缆常用的是低频对称的专用电缆,是套内层充气维护型电缆,它容易折断和漏气。再加上人为地面开挖和施工等诸多因素,造成信号电缆故障发生的概率增大。另一方面,通信电缆多埋在地下,而且它的绝缘层也比较厚。如果通信电缆发生了故障,就需要花费巨大的物力和人力去寻找故障点的位置。而且,电缆故障类型也越来越多,加大了排查故障的难度。可见,电缆线路事故对社会造成的影响将越来越大,因此保障电缆线路的安全和铁路的运输安全尤为重要。

在电缆故障发生概率高和故障种类多的情况下,为保证铁路安全运输,对供电的安全性要求将变得更高,因此,对信号电缆故障的测试水平要求也随着提高。然而,传统的检测方法,比如脉冲电压法、脉冲电流法和电桥法等,都是离线检测。这种测量方法存在许多弊端,面临着许多问题。它相当于故障发生的事后补丁,在修复的过程中,也会造成额外的停车和停电的损失。因此,效率很低,费时又费力,测距时间过长,检测精度也不高。还有某些故障,比如电缆某点的绝缘层损坏,一滴水刚好滴到这个地方,就会产生间隙性电弧故障,它的维持的时间就非常短,一般就几毫秒,一般在电缆不工作时无法重现,所以需要采用在线检测方法对它们进行持续检测。铁路信号电缆在运行过程中出现的这种间歇性故障,采用离线检测,便会无法预这类故障的发生。

实际中,电缆故障的测试也成为信号电缆中最麻烦的问题之一,从整个电缆故障的测试技术来看,主要存在几个方面的技术问题:

(1)电缆故障的粗侧在实际应用中巳不存在技术方面的问题,存在的问题是故障点的精确定位(<2m范围),目前用声测法定位,精确度还不是太高,这成为电缆故障定位的最大瓶颈;(2)当电缆发生故障时,测试过程一般都是切断电源,使信号电缆处于停电状态,这也就是进行离线检测,离线检测实际应用中己比较成熟,但是会造成铁路运输业的额外损失;(3)电缆故障的类型多样化,传统的检测方法已经无法检测出某些故障,这给检修人员带来了的极大的不便。

面对电缆故障检测中存在的问题,急需一套高效率、高精度的实时检测系统,不但可以实现信号电缆的实时在线监测,而且又能高精度确定电缆故障的所在位置。这样就可以把故障消除在萌芽状态,及时准确的定位电缆故障,为安全供电提供了保障。另外,又可将故障造成的损失降到了最低程度。就针对目前的状况,本课题依托兰州铁路局项目“信号电缆绝缘与屏蔽状态在线检测技术研究”,以“基于STDR/SSTDR的铁路信号电缆故障在线检测系统的研究”为题,研究了用扩展频谱时域反射法(SSTDR)来实现电缆故障的在线检测,它在故障发生时就能定位出故障点,供电部门就能及时、准确的发现和排除故障,极大的方便了维修人员,确保了安全、可靠供电。