铁路接触网隔离开关远程无线控制系统研究

田 雨

0 引言

电气化铁路27.5 kV 高压隔离开关多分布于接触网锚段关节、关节式分相、车站接触网货运线、机车整备线等场所，是电气化铁路电力牵引供电的重要设备，其主要功能是隔离故障、分段作业及改变运行方式等。在枢纽站场和接触网存在数量众多、分布范围较广的接触网隔离开关，多采用人工现场手动或有线远程操作的传统操作方式。人工现场手动操作工作效率非常低，而有线的远程操作需要敷设电缆，人工成本大、施工难度大、周期长，耗费大量的人力财力。这就制约了整个接触网线路自动化水平的提高。因此对其实施无线远动操作及集中监控意义重大。

本文主要研究以Wi-Fi 技术为无线传输平台在铁路接触网高压隔离开关上的应用，实现远程高压隔离开关控制、数据采集、视频监控等多种功能。

1 Wi-Fi 技术

（1）Wi-Fi 技术定义。Wi-Fi 是英文Wireless Fidelity 的缩写，即无线局域网，它是IEEE（美国电工电子技术协会）定义的一个无线网络通信的工业标准。Wi-Fi 产品的标准是遵循IEEE 所制定的802.11 系列标准，它是美国电机电子工程师协会为解决无线网络设备互联、于1997 年制定发布的无线局域网标准。而为推动无线网络的发展，满足人们的需要，IEEE 相继推出了3 个新标准，即802.11b、802.11a 和802.11g 标准，因此一般所谓的802.11x 系列标准都属于Wi-Fi。跟传统的有线局域网相比，基于Wi-Fi 协议的无线局域网具有可移动性，动态拓扑结构和易搭建的特点，用户可以根据需求和环境选择合适的局域网技术来构建自己的网络。

（2）Wi-Fi 技术的网络结构组成。Wi-Fi 技术的网络结构由站点（STATION）、基本服务单元（BSS）、分配系统（DS）、接入点（AP）、扩展服务单元（ESS）、关口（PORTAL）等6 部分组成。Wi-Fi 技术的网络结构如图1 所示。

图1 Wi-Fi 技术的网络结构图

（3）Wi-Fi 的关键技术。Wi-Fi 所遵循的802.11标准是一种抗干扰能力很强的无线电通信技术。Wi-Fi 采用的关键技术有直序扩频技术（DSSS）和跳频扩频技术（FHSS）。

（4）Wi-Fi 的技术优势。

a.具有可移动性。Wi-Fi 网络摆脱了以往上网一定要依靠电缆线的限制，这一方面使用户端在使用服务时更加舒适和方便，同时也降低了网络配置的成本和灵活的可扩展性。

b.组建方便。组建Wi-Fi 网络硬件设备的要求与有线网络相比，更加简洁方便。不同品牌的接入点AP 以及客户网络接口之间在基本的服务层面上都可实现互操作。

c.完全开放的频率使用段。支持2.4，4.9，5 GHz 等多个频段，是免许可证频段。

d.支持高达54 Mb/s 的带宽。

e.组网模式多种多样。有点对点模式、点对多点模式、多接入点漫游模式、桥接模式、路由模式等。

2 接触网隔离开关远程无线控制系统

2.1 系统组成

基于Wi-Fi 技术的铁路接触网隔离开关远程无线控制系统主要由3 个部分组成：控制中心、无线传输网络以及终端控制系统（图2）。

图2 基于Wi-Fi 技术的铁路接触网隔离开关远程无线控制系统构成图

控制中心包括Wi-Fi 主基站、控制主机以及安装在主机上的客户端管理平台等。控制主机通过Wi-Fi 基站搭建的无线局域网来接收和发送数据。用户可在客户端管理平台下发和接收高压开关动作状态的命令和信息，相应地在显示器上显示各隔离开关实时的视频监控画面。

无线传输网络采用基于Wi-Fi 无线网络的中继通道。Wi-Fi 无线网络中继通道设备提供了一个自动发现、自动配置、自我调节以及自我修复的无线网络，通过模块化、多频、多信道、蜂窝状、高性能、可管理的网络系统为用户集成了健壮的安全性和全面的可管理性解决方案。

终端控制系统包括隔离开关及其机构、摄像机、RTU 以及Wi-Fi 基站等。摄像机和RTU 配备Wi-Fi 模块，和Wi-Fi 基站通信。Wi-Fi 基站和Wi-Fi无线网络中继通道设备构建成无线网络来传输视频和数据。RTU 输入输出开关量对高压开关机构进行分合控制。

2.2 系统特点

（1）利用Wi-Fi 无线通道同时传输数据和实时视频图像。可以利用单个无线通道同时传输远动数据和实时视频图像，实现了真正意义上的通道复用，优化了系统结构，减少了运营成本。

（2）组网灵活简便。采用的Wi-Fi 无线网络技术，能够随时根据需要组网，安装方便。能够实现自动组网、自动修复、自动配置等功能，降低部署成本和运营维护成本。

（3）安全性高。系统使用共享密钥来认证企业安全服务器和网络节点，通过认证才可访问。且加密所有的网络管理和控制数据，提高其安全性。

3 结语

基于Wi-Fi 技术的铁路接触网隔离开关远程无线控制系统应用了Wi-Fi 技术搭建无线局域网，集无线局域网技术、视频监控技术、网络控制技术为一体，提供了高压开关远程动作操作、视频在线监测的解决方案。使铁路接触网各处高压开关均可实现遥控、遥信、遥测、遥视的功能，且具有无线网络组建灵活方便、施工周期短、投资低、免维护、抗干扰性好、安全可靠等优点，对解决铁路枢纽及站场高压开关远程操作、视频图像传输等问题具有实际应用价值，从整体上提高了牵引供电系统的自动化水平。从经济效益上讲，无线技术取代了传统的敷设线缆的方式，无须耗费人力、物力、财力和时间，能够做到即插即用，且远动系统和视频监控系统也无须工作人员来回往复现场操作和查看，大大提高了工作效率，节省了工作时间，保证了作业人员的人身安全。据统计，目前西安、成都、太原、昆明、武汉等各铁路局管内和分界处的隔离开关，全路约有数万台，这些开关安装无线远程控制与视频监控系统将大大节省经济成本，产生较大的经济效益，具有良好的推广前景。