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浅析接触网隔离开关集中监控系统 　　1　概述 　　接触网隔离开关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。在枢纽站场存在数量众多、分布范围较广的接触网隔离开关, 因此对其实施远动操作及集中监控具有极大的实用意义。目前, 国外电气化铁路发达的国家如日本、法国、德国等均已实现了接触网隔离开关的远动集中监控。但是, 在国内除对牵引变电所、开闭锁、分停区实现了远距离监控外, 只在少数几条铁路线上安装了电动机远动操作系统和集中监控系统, 如南宁至昆明线, 贵阳南机务段和六盘水南站。而在这几条线上, 对接触网隔离开关的集中监控信号均采用电缆或光缆的有线方式进行传输, 都必须面对一个非常棘手的问题, 即电缆或光缆必须穿越轨道。这对既有线路来说, 施工量大, 而且可能影响到铁路运营。有人提出采用电磁波的传输方式, 但是电磁干扰、现场气候(如大雾)、无线电频率占用等问题迟迟未得到解决。由此, 决定采用无线光通信结合光纤通信的方式进行监控信号的传输。 　　2　无线光通信的技术特性 　　自由空间光通信(FSO :Free Space Optical Communication)或称无线光通信是光通信和无线通信结合的产物, 它是用小功率的红外激光束在大气中传送光信号的通信系统。FSO 是物理层传输设备, 以光为传输媒介, 任何传输协议均很容易叠加上去, 对数据、语音、图像信息等业务实现全双工传输。激光具有直线性和窄波束的特点, FSO 主要用于点对点的视距传输, 任何光束的遮挡都将对通信造成影响。同时, 要求两端设备对准且固定牢稳, 以保证对光信号的直接有效接收。红外波段较微波波段的波长更小, 这使得FSO 具有更宽的传输带宽、更高的接收灵敏度、更强的抗干扰抗恶劣气候的能力。FSO 常用的两种工作波长为850 nm和1 550 nm。850 nm 波长的设备便宜, 但传输距离不太远;1 550 nm 波长的设备价格稍高, 但它具有更大的输出功率, 更远的工作距离, 从而可以消除恶劣气候的影响(FSO 最大的干扰是恶劣气候)。同时, FSO 只需进行屋顶天线安装等简单的布设, 避免了铺设有线电缆或光缆时挖沟的繁琐工作(尤其是需要跨匦布设时), 能以最快的时间提供高质量的服务。 　　FSO 具有以下的特点和优势: 　　(1)频带宽, 速率高, 容量大从理论上讲, FSO 的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同。目前投入商用的无线光通信, 最高速率可达622Mbit/s , 这足以进行各种控制信号和视频信号的传输。 　　(2)架设灵活便捷 　　铺设光缆是件头疼的事, 尤其是要穿越已经铺设好的铁轨。但是采用FSO 却方便得多, 只需在隔离开关下方电杆的适当高度安装无线光通信的发射和接收装置,这可以在几小时内完成, 因此大大缩短了施工周期。 　　(3)通信协议透明 　　FSO 产品是一种物理层的传输设备, 它以光为传输媒介, 适用于任何通信协议, 支持高速率的数据、声音和图像等各种信息的传输。 　　(4)无需频率许可证 　　无线电通信(如微波)在铁路上的使用必须向当地铁路局无线科申请频率许可证, 经当地政府无线电管理委员会备案后, 方可使用。如果采用FSO , 则无需频率申请。 　　(5)小型化 　　FSO 的光学发射天线尺寸很小(10 ～ 30 cm), 其无线接收器大小跟一部保安摄像机相比拟, 可以方便架设。光学天线对激光束具有很好的聚束作用, 增益很高。另外, FSO 一般采用的半导体激光器发光效率很高, 功耗却很小, 因此系统设备极易小型化, 而且具有集成化的可能。 　　当然, FSO 激光光束在大气传输中易受大雾等恶劣天气的影响, 使通信可靠性降低。此时可以加大激光输出功率, 同时采用1 550 nm 的激光可增大激光穿透大雾的能力, 确保正常通信。 　　3　系统结构及工作原理 　　3.1　系统组成 　　采用无线光通信结合光纤通信的接触网隔离开关集中监控系统可以分为四大组成部分:中心控制系统、光纤传输信道、有线/无线光数据转发(FSO 设备)、当地无线受控电机. 　　(1)中心控制系统　主要包括2 台P4 工业控制计算机(主机A 和备用机B), 17 寸彩色液晶显示器;101工业键盘, 鼠标, 打印机, 话筒, 一对音像;UPS 电源;前置机, 调制解调器;模拟屏(用灯光显示各股道接触网隔离开关的开合状况)。其功能是供值班人员在值班室通过操作计算机就可实现隔离开关的远动操作。中心控制系统可细分为:计算机操作系统、语音系统、视频监控系统、身份验证系统、控制信