鐵路接觸網(wǎng)中供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

蘭曉鳳

（晉能控股山西煤業(yè)股份有限公司塔山鐵路分公司，山西 大同 037000）

引言

接觸網(wǎng)是我國(guó)高速鐵路中最為關(guān)鍵的組件，對(duì)于高鐵列車的電能輸送有著重要的作用，想要保證高速鐵路運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性和穩(wěn)定性，就要保證接觸網(wǎng)持續(xù)處于平穩(wěn)狀態(tài)。接觸網(wǎng)沿鐵路線露天架設(shè)、線路長(zhǎng)、點(diǎn)位多，承擔(dān)著繁重、忙碌的運(yùn)輸職責(zé)。因此，要將接觸網(wǎng)供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)重視起來(lái)，不斷加以完善，保障我國(guó)高速鐵路的正常運(yùn)行。

1 鐵路接觸網(wǎng)中供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

為確保本次設(shè)計(jì)的供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿足鐵路接觸網(wǎng)的供電監(jiān)測(cè)要求，優(yōu)化信息采集模塊及組網(wǎng)模塊，本文借助了ZigBee 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建傳輸協(xié)議，強(qiáng)化信息傳輸控制程序，達(dá)到更具實(shí)時(shí)信息傳輸效果的虛擬通信環(huán)境[1]。此次系統(tǒng)在總體架構(gòu)方面主要包含上下兩個(gè)機(jī)位，由ADSP-BF537BBC-5A 進(jìn)行通信指令加載，此時(shí)監(jiān)測(cè)程序被寫入程序加載模塊當(dāng)中，以智能化的方式進(jìn)行供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)信息收集[2]。按照上述設(shè)計(jì)思路，形成如圖1 所示的供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心模塊為信息數(shù)據(jù)采樣模塊，系統(tǒng)在對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)期間，獲取風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)信息融合分析，在濾波處理技術(shù)的作用下，匯入到AD 采集系統(tǒng)當(dāng)中，最終經(jīng)過(guò)主控電路及軟件處理系統(tǒng)，直接顯示給風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)終端并對(duì)接觸網(wǎng)供電電源實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制[3]。

圖1 鐵路接觸網(wǎng)供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖2 所示為供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖，在完成接觸網(wǎng)的共性信息采集以后，采用DSP 技術(shù)讀取信號(hào)采樣值，在FIR 濾波的輔助下，將信號(hào)傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器當(dāng)中，此時(shí)信號(hào)被放大處理，經(jīng)由DSP 模塊，被傳輸?shù)絑igBee 終端節(jié)點(diǎn)當(dāng)中，PC 機(jī)獲取風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果，并將結(jié)果輸出給終端監(jiān)測(cè)人員。

圖2 供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2 鐵路接觸網(wǎng)中供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

前文分析中提到構(gòu)建ZigBee 無(wú)限傳輸協(xié)議，此時(shí)的接觸網(wǎng)在形成供電風(fēng)險(xiǎn)信息以后，將被直接傳輸?shù)叫畔⒉蓸幽K當(dāng)中，經(jīng)過(guò)供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)模型構(gòu)建，數(shù)據(jù)能夠被直接分析并提取出來(lái)。此時(shí)的系統(tǒng)將保持在20～250 kbit/s 的工作速率，實(shí)現(xiàn)了硬件結(jié)構(gòu)的低功耗。

系統(tǒng)的功能模塊主要包含了數(shù)據(jù)采集模塊、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊、數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)模塊以及能耗管理模塊四個(gè)方面。

1）數(shù)據(jù)采集模塊的主要作用是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)的采集，在獲取信號(hào)采樣值以后，經(jīng)過(guò)信號(hào)檢測(cè)處理與放大，最終傳輸出通信指令。

2）風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊在發(fā)現(xiàn)供電風(fēng)險(xiǎn)以后及時(shí)預(yù)警，具備預(yù)測(cè)和警報(bào)功能。在借助ZigBee 協(xié)議達(dá)成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊構(gòu)建以后，經(jīng)過(guò)數(shù)字脈沖信號(hào)分析，完成數(shù)字模型轉(zhuǎn)換，輸出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警控制指令，能夠在后臺(tái)終端顯示出風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果。

3）數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)模塊根據(jù)系統(tǒng)中的具體線路情況，先設(shè)定好供電風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警閾值，經(jīng)過(guò)前端模塊獲取的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)分析，對(duì)比數(shù)據(jù)是否已經(jīng)超出閾值范疇，分類整理數(shù)據(jù)當(dāng)中處于標(biāo)準(zhǔn)值狀態(tài)、缺陷值狀態(tài)以及預(yù)警值狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)[4]。

4）能耗管理模塊主要是為了對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中的電源輸入情況進(jìn)行有效管理，如果是在夜間天窗點(diǎn)條件下進(jìn)行鐵路接觸網(wǎng)檢修工作，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)低能耗。如果處于天窗點(diǎn)結(jié)束狀態(tài)下進(jìn)行鐵路接觸網(wǎng)檢修，控制器將會(huì)喚醒能耗管理模塊中的芯片時(shí)間，此時(shí)經(jīng)過(guò)時(shí)間讀取以后，芯片為處理器被喚醒，芯片也將恢復(fù)到正常工作狀態(tài)[5]。當(dāng)然，如果供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)失去電量支持，能耗管理模塊將重新切換電源狀態(tài)，將原本的線路電源切換為太陽(yáng)能電池，確保系統(tǒng)始終處于正常工作狀態(tài)。

3 鐵路接觸網(wǎng)中供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試分析

為了驗(yàn)證本次供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果，明確該系統(tǒng)與鐵路接觸網(wǎng)連接后呈現(xiàn)出的實(shí)際性能，開展仿真模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)定為鐵路接觸網(wǎng)的輸出功率為2 500 kW，此時(shí)該接觸網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓是1 200 V，按照設(shè)定，此次系統(tǒng)的輸出范圍將保持在-2.5～0 V 之間。遵從上述仿真模擬設(shè)定參數(shù)，完成供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模擬，得到關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的仿真模擬結(jié)果。經(jīng)過(guò)結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)呈現(xiàn)出明顯的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)峰值，實(shí)際證明，在鐵路接觸網(wǎng)中設(shè)計(jì)供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確地獲取風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊運(yùn)作，最終傳輸?shù)胶笈_(tái)的監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠?yàn)楸O(jiān)測(cè)人員提供合理的數(shù)據(jù)參考，且系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果將會(huì)被轉(zhuǎn)化為確切的控制指令，以智能化的方式控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作方式切換，切實(shí)保證鐵路接觸網(wǎng)的供電安全與穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

如今，我國(guó)在鐵路方面的基礎(chǔ)建設(shè)越來(lái)越完善，在鐵路運(yùn)作系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平越來(lái)越高的情況下，鐵路列車運(yùn)轉(zhuǎn)越來(lái)越穩(wěn)定，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。通過(guò)不斷優(yōu)化鐵路接觸網(wǎng)的供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，融入更多高新技術(shù)，供電風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集效果及組網(wǎng)架構(gòu)的自動(dòng)化和智能化水平越來(lái)越高。因此，我國(guó)相關(guān)部門需要為鐵路接觸網(wǎng)的工作人員搭建良好設(shè)計(jì)平臺(tái)，將供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與接觸網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，健全接觸網(wǎng)供電風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)措施，維系我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)處于長(zhǎng)久可持續(xù)狀態(tài)。