接觸網(wǎng)電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

朱海峰

摘 要：隨著電氣化鐵路快速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸組織對(duì)接觸網(wǎng)的要求越來(lái)越高，接觸網(wǎng)的安全責(zé)任業(yè)越來(lái)越重要。而由于接觸網(wǎng)存在架設(shè)線路長(zhǎng)、地理環(huán)境復(fù)雜、氣候環(huán)境多樣、供電電流大、負(fù)荷變化快、電流沖擊大等客觀事實(shí)，使得接觸網(wǎng)不可避免的會(huì)發(fā)生各種故障，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)由于電力機(jī)車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)電流過(guò)大出現(xiàn)燒斷接觸線的現(xiàn)象，本文提出一種接觸網(wǎng)電連接過(guò)流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣化區(qū)段接觸網(wǎng)電流監(jiān)測(cè)和故障分析預(yù)警。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)； GSM數(shù)據(jù)傳輸

引言：接觸網(wǎng)過(guò)流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)電連接流過(guò)電流監(jiān)測(cè)，對(duì)日常統(tǒng)計(jì)電連接電流大小進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)流故障提前預(yù)警，同時(shí)具有維護(hù)自動(dòng)提醒和歷史數(shù)據(jù)查詢功能，可有效的解決高鐵特有的高架橋、高路基、長(zhǎng)大隧道、全封閉的線路狀況造成的人員無(wú)法巡視、檢測(cè)的難題，同時(shí)也擺脫了傳統(tǒng)的依靠人盯、眼看，最大限度降低人工成本。本裝置的硬件核心采用嵌入式微處理器設(shè)計(jì)，軟件為面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，其完善的功能和穩(wěn)定的性能對(duì)進(jìn)一步提升供電設(shè)備管理信息化水平，對(duì)確保供電安全和運(yùn)輸高效暢通具有十分重要的意義。實(shí)現(xiàn)了鐵道總公司關(guān)于推行供電安全風(fēng)險(xiǎn)管理，加強(qiáng)供電安全基礎(chǔ)建設(shè)，提高供電設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的要求。從一定程度上保證了鐵路運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的安全。

一、工作原理

通過(guò)在接觸網(wǎng)點(diǎn)連接上安裝電流測(cè)量傳感器、嵌入式數(shù)據(jù)采集設(shè)備和GSM模塊，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流過(guò)接觸網(wǎng)電連接的電流，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的電流進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮和處理，最后通過(guò)GSM發(fā)送模塊實(shí)時(shí)發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)到控制中心的綜合數(shù)據(jù)處理設(shè)備和顯示設(shè)備。

二、硬件系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)由電流傳感器、GSM模塊（包含接收和發(fā)送模塊）、嵌入式處理模塊、綜合數(shù)據(jù)處理設(shè)備（含控制模塊和語(yǔ)音報(bào)警）和顯示設(shè)備五大部分組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

其中電流傳感器、GSM數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、嵌入式處理模塊安裝于接觸網(wǎng)點(diǎn)連接上，綜合數(shù)據(jù)處理設(shè)備（含控制模塊和語(yǔ)音報(bào)警）和GSM數(shù)據(jù)接收模塊、顯示設(shè)備安裝于數(shù)據(jù)管理中心 。電流傳感器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)電連接流過(guò)的電流大小進(jìn)行檢測(cè)，嵌入式處理模塊主要完成電流數(shù)據(jù)信息的分析和處理、GSM數(shù)據(jù)發(fā)送模塊主要用于發(fā)送各個(gè)電連接的電流信息到數(shù)據(jù)管理中心的GSM數(shù)據(jù)接收模塊；綜合數(shù)據(jù)處理設(shè)備（含控制模塊和語(yǔ)音報(bào)警）主要用于實(shí)現(xiàn)電流數(shù)據(jù)分析、對(duì)比和預(yù)警，顯示設(shè)備用于對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)硬件實(shí)物見(jiàn)圖2。

圖2 系統(tǒng)硬件實(shí)物圖

三、GSM技術(shù)及通信原理

GSM系統(tǒng)主要由四部分組成，即移動(dòng)臺(tái)（MS）、移動(dòng)網(wǎng)子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、操作維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）四部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖3所示。其中，PSTN為共用電話網(wǎng)，PLMN為公共陸地移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，ISDN為綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，PSPDN為分組交換共用數(shù)據(jù)網(wǎng)。

圖3 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

車(chē)輛定位跟蹤數(shù)據(jù)傳輸方式根據(jù)其無(wú)線通信鏈路的不同有以下兩種，一種是集群通信系統(tǒng)，另一種就是GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。在本裝置中采用GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，有如下三大優(yōu)勢(shì)：（1）GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)最大限度節(jié)省了成本。（2）采用GSM網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)短消息完成數(shù)據(jù)交換，由于這套系統(tǒng)每次所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對(duì)較小，短消息業(yè)務(wù)是最理想的選擇。（3）GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可以有效地降低系統(tǒng)的通信誤碼率，且速度也比較快，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也有保證。

四、數(shù)據(jù)庫(kù)

監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行時(shí)，必須提前對(duì)每個(gè)電連接編輯位置等數(shù)據(jù)信息，以建立數(shù)據(jù)庫(kù)，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供定位信息，便于數(shù)據(jù)查找和分析。

五、軟件系統(tǒng)構(gòu)成及流程

圖5 軟件系統(tǒng)流程圖

在設(shè)備運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)置，設(shè)置該電連接的當(dāng)前位置信息編號(hào)，否則系統(tǒng)將報(bào)錯(cuò)。系統(tǒng)正常運(yùn)行后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，進(jìn)入下一個(gè)數(shù)據(jù)采集循環(huán)。

六、結(jié)論

通過(guò)該系統(tǒng)在實(shí)際鐵路中運(yùn)行可驗(yàn)證該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能可達(dá)到以下指標(biāo)：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接觸網(wǎng)電連接流過(guò)電流；（2）通過(guò)對(duì)電連接電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到，該區(qū)段接觸網(wǎng)電流的變化趨勢(shì)；（3）實(shí)現(xiàn)管理中心實(shí)時(shí)監(jiān)控。

本文提出的接觸網(wǎng)電連接過(guò)流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從根本上有效解決接觸網(wǎng)過(guò)流分析和預(yù)警，同時(shí)對(duì)軟件從功能上進(jìn)行了劃分，對(duì)系統(tǒng)軟件的框架進(jìn)行了描述。在實(shí)際運(yùn)行中該系統(tǒng)也得到了驗(yàn)證。設(shè)計(jì)接觸網(wǎng)電連接過(guò)流檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)接觸網(wǎng)安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。

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