铁路10kV电力电缆头发热分析与安全监测

周博，刘军峰

中国铁路乌鲁木齐局乌鲁木齐供电段，新疆乌鲁木齐，830000

摘要：本文针对铁路10kV电力电缆头的发热问题进行了深入分析，探讨了电缆头发热的原因和可能对铁路电力系统造成的影响。同时，本文还介绍了多种安全监测技术，包括基于热成像技术、振动分析、电力参数监测和人工智能的预警系统等，旨在提高铁路电力系统的稳定性和安全性，这样一来也能够为相关工作的开展起到参考作用。

关键词：10kV电力电缆；电缆导体；预警系统

1.铁路10kV电力电缆头的基本构造与工作原理

铁路10kV电力电缆头通常由以下几个组件构成：（1）导体：导体是电缆头的主要构成部分，一般采用铜或铝制成。导体负责将电能从供电线路传输到其他部件。（2）绝缘层：绝缘层包覆在导体上，用于隔离导体与其他部件之间的电位差。常用的绝缘材料包括交联聚乙烯（XLPE）和橡胶等。（3）外护套：外护套是保护电缆头免受机械损伤和环境因素影响的外层。外护套通常由聚氯乙烯（PVC）或交联聚乙烯（XLPE）等材料制成。（4）终端头：终端头是电缆头与设备或用户连接的部分[1]。通过连接器或接线盒实现与其他电力设备的连接，同时提供电气绝缘和机械保护。

铁路10kV电力电缆头的工作原理主要是通过导体传输电流，实现电能的传输。在传输过程中，电流会经过绝缘层，由于绝缘层的电阻较小，能够保证电流的传输效率。同时，由于密封材料的密封作用，能够防止水分和其他有害物质进入电缆内部，保证电力电缆的安全运行。

2.铁路10kV电力电缆头发热的原因分析
2.1电缆导体电阻不匹配

当电缆导体电阻不匹配时，电缆头在通电后会产生额外的热能，这是由于电流流过导体时产生的电阻损耗造成的。如果电缆导体的材质、截面、长度等因素与设计要求不符，就可能导致电阻不匹配，从而引发电缆头的发热问题。

2.2电缆绝缘材料性能下降

绝缘材料性能下降可能是由于长时间运行、环境因素（如紫外线、氧化）导致的材料老化，也可能是因为绝缘材料受潮、损伤或质量不良等原因。当绝缘材料性能下降时，电流通过绝缘层时的能量损耗增加，导致电缆头发热。

2.3电缆头接触不良

电缆头接触不良可能是由于连接件松动、接触面氧化等原因导致的。当接触不良时，电流在通过连接件或接触面时会产生额外的电阻，导致能量损耗增加，从而引发电缆头的发热[2]。

2.4电缆头过载或短路

过载或短路可能是由于电缆头所承受的电流超过其额定值，或者电路中出现短路故障等原因导致的。当过载或短路发生时，电流在通过电缆头时会产生大量的能量损耗，导致电缆头的温度迅速上升。

3.电缆头发热对铁路电力系统的影响
电缆头发热问题不仅会对电缆头本身产生不良影响，还会对整个铁路电力系统造成一系列负面影响，主要包括以下几个方面：（1）降低电力传输效率：电缆头发热将导致电能在传输过程中损耗部分能量，降低了电力的传输效率。这意味着供电线路需要供应更多的电能才能满足设备或用户的需求，从而增加了电力系统的负荷和能源消耗。（2）增加电力损耗：电缆头发热会导致电力系统的额外损耗。当电缆头发生局部过热时，周围环境的温度升高，导致电缆头周边环境的散热能力下降。这将引起电缆头处的能量损失，增加了电力系统的总体损耗。（3）引发设备故障和安全隐患：电缆头发热可能导致设备故障和安全隐患。高温环境下的电缆头可能会损坏绝缘材料，导致电缆头的短路、漏电等故障。此外，电缆头发热也可能引起附近设备的过热，甚至引发火灾等安全事故[3]。（4）影响铁路信号传输和电力供应：电缆头发热还可能对铁路信号传输和电力供应造成影响。高温环境下的电缆头可能会干扰信号传输，导致信号丢失或失真。此外，电缆头过热可能导致供电线路的不稳定性，影响电力供应的可靠性和稳定性。

4.铁路10kV电力电缆头的安全监测技术

4.1基于热成像技术的监测方法
热成像技术是一种非接触式的测温方法，可以通过红外热像仪捕捉电力电缆头的热场分布，从而监测电力电缆头的温度。以下是基于热成像技术的监测方法的具体步骤：（1） 红外热像仪的应用：使用红外热像仪定期对铁路10kV电力电缆头进行热图像采集。通过红外热像仪，可以实现对电力电缆头表面温度的快速、准确检测。红外热像仪能够将电力电缆头的热辐射转换为可见的图像，显示出电缆头的热分布情况。（2）监测数据的分析与处理：将红外热像仪采集的温度数据进行处理和分析。通过对采集到的热图像进行分析，可以获取电力电缆头的温度信息。首先，对采集到的热图像进行预处理，去除背景噪声和干扰因素。然后，将热图像转化为温度分布图，以便更直观地了解电力电缆头的温度情况。接着，与正常工作状态下的温度数据进行对比，如果发现电力电缆头存在异常发热情况，即温度超出了正常范围，需要及时采取措施进行处理[4]。

4.2基于振动分析的监测方法
基于振动分析的监测方法是一种通过监测电力电缆头的振动情况来评估其安全状态的方法。以下是基于振动分析的监测方法的具体步骤：（1）振动传感器的安装与布置：在铁路10kV电力电缆头上安装振动传感器，用于捕捉电缆头的振动信号。传感器的布置要考虑到电缆头的结构、运行状态等因素，以确保获取有效的振动数据。（2）振动数据的分析与处理：对收集到的振动数据进行处理和分析。通过分析振动信号的频率、振幅等特征，可以评估电力电缆头的运行状态。如果发现异常振动，可能预示着电力电缆头存在某些故障或问题，需要及时采取措施进行处理。

4.3基于电力参数监测的监测方法
基于电力参数监测的监测方法是通过监测电力电缆头的电流、电压等电力参数来评估其安全状态的方法。以下是基于电力参数监测的监测方法的具体步骤：

（1）电流、电压等电力参数的监测：通过安装电力参数监测设备，实时监测铁路10kV电力电缆头的电流、电压等电力参数。这些参数可以反映电力电缆头的运行状态，如果参数出现异常，可能预示着电力电缆头存在某些故障或问题。

（2）电力参数异常报警与处理：当监测到的电力参数出现异常时，需要触发报警系统进行报警，通知相关人员及时处理。通过对异常参数的分析和处理，可以及时发现并解决潜在的故障和问题，确保电力电缆头的安全运行。

4.4基于人工智能的预警系统
基于人工智能的预警系统是通过利用数据挖掘、模式识别等技术来预测电力电缆头的安全状态，并触发预警的方法。以下是基于人工智能的预警系统的具体步骤：（1）数据挖掘与模式识别技术的应用：利用数据挖掘技术对监测到的电力电缆头数据进行处理和分析，提取出与安全状态相关的特征。通过模式识别技术，将这些特征与已知的安全状态模式进行比较，从而预测电力电缆头的安全状态。（2）预警系统的设计与实现：根据数据挖掘和模式识别技术的结果，设计并实现一个预警系统。预警系统需要具备实时监测、数据分析和预警触发等功能。当预测到电力电缆头可能出现异常时，预警系统需要及时触发报警，通知相关人员处理。（3）系统性能评估与优化：在预警系统实现后，需要进行性能评估和优化。通过测试和实际运行，评估预警系统的准确性和可靠性。根据评估结果，对预警系统进行优化和改进，以提高系统的性能和准确性。

结语

总之，本文通过对铁路10kV电力电缆头发热问题的深入分析和多种安全监测技术的介绍，为提高铁路电力系统的稳定性和安全性提供了有价值的参考。未来，随着新技术的发展和应用，铁路电力系统的安全监测和预警将更加准确和可靠。

参考文献：

[1]熊伟. 高速铁路10～35 kV电力电缆与信号电缆平行间距研究[J]. 铁道标准设计, 2021, 65 (08): 139-143+165.

[2]张海晶. 铁路10kV电力电缆施工技术及质量控制分析[J]. 绿色环保建材, 2021, (02): 185-186.

[3]刘家军, 杜智亮, 李娟绒, 段玮. 铁路10kV电力电缆头发热分析与安全监测[J]. 电力系统保护与控制, 2019, 47 (24): 131-138.

[4]杜智亮. 电气化铁路10kV电力电缆头发热分析与安全监测[D]. 西安理工大学, 2019.