電氣化接觸網防盜預警系統開發與應用

唐忠國

(中國鐵建電氣化局集團第二工程有限公司，山西太原 030023)

電氣化鐵路接觸網是沿鐵路線上空架設的向電力機車供電的特殊形式的輸電線路。隨著電氣化鐵路建設的加快、銅鋁等金屬價格的上漲，在建和新建鐵路接觸網線材的被盜頻繁發生，嚴重影響了施工進度和行車安全，造成巨大的經濟損失和社會影響。接觸網——特別是在建和新建線路接觸網的防盜是困擾多時、懸而未決的難題，傳統的人工巡視及蹲點守候防護方式不但成本較高，而且也存在巡視人員自身安全問題。由于鐵路接觸網與電力線路不同，傳統的防盜方式對接觸網并不適用，必須提出針對性較強的解決方案。為解決電氣化鐵路接觸網線索頻繁被盜的情況，根據接觸網設備的結構特點、被盜特征，在認真調研了相關實際需求的基礎上，結合目前社會上成熟的太陽能光電技術、微波多普勒雷達探測傳感技術、GSM網絡通訊技術，成功開發出了電氣化接觸網防盜預警產品，現已在內蒙古鄂爾多斯新恩陶電氣化鐵路項目上得到了全面的推廣應用，并取得了較好的經濟效益和社會效益。其特點是:該預警新產品防護范圍可大可小，可在任何氣候下全天候工作，系統主機和接警分機(手機)可同一時間及時收到防盜信息。該系統軟件可以將報警地段的名稱、具體位置、預警類型、時間進行準確接收。可廣泛應用于新建、在建和已建成的接觸網線索的防盜安全保護工作中。

1 系統設計

1.1 系統設計的思想及原理

傳統的人工巡視及蹲點守候防護方式，以增加人力密度或提高巡查頻率為基本保證，以期達到遏制偷盜破壞的目的。顯然這種“原始”的防盜方式并未結合接觸網的自身特點，其工作效率低、人力需求大、看護成本高，并不符合科學發展觀的基本思路。科技是第一生產力，電氣化接觸網防盜預警系統采用太陽能光電技術提供電能，超聲波移動探測技術實現盜竊人員登桿報警功能，并配合先進的GSM短信模塊，實現遠程報警信息傳輸，實現了科學防盜預警功能。

1.2 總體需求

在對以往電氣化接觸網線索盜竊的案例作了充分的理論分析和結合接觸網自身特點的情況下，系統設計總體功能如下:

1)遠程監控。由于鐵路接觸網線路較長，且多數地處偏遠、布局分散，防盜方案利用網絡或無線通訊設施進行遠距離監控，實現無人值守。

2)不間斷性。防盜系統無論在白天、夜晚，或是風、雨、雪等天氣條件下，具備能夠24 h持續監控的能力。

3)自帶電源。由于鐵路接觸網存在無電區，且在建和新建線路往往無法具備有效的電源保證，布置在現場的防盜設施自帶維持運行所需的電源。

4)裝拆便利。鐵路接觸網線路較長，此系統施工量小、安裝簡便，同時在建或新建線路正式通車后，能方便地將防盜設施拆卸移植到其他線路上，實現重復利用。

5)安全可靠。安全運行是鐵路行業的重中之重，此防盜系統在保證技術先進的前提下，運行故障率低、穩定可靠性高，同時也杜絕了采用“原始方式”進行線路巡視造成巡視人員自身發生安全事故的可能性。

6)操作簡便。此防盜系統軟件具備良好的可視化人機界面和易上手性，操作簡單。

7)成本低廉。此防盜設施采購和實施成本低廉，所需人員投入少。

1.3 功能模塊設計

本系統分為供電系統、防盜分機、監測系統三大子系統，每個子系統又劃分成若干個功能模塊(系統結構設計見圖1)。各主要子系統設計介紹如圖1，圖2所示。

1)太陽能供電系統。a.蓄電池。該系統蓄電池將太陽能電池板轉換的電能進行儲存，保證夜晚或陰天為設備供電。其容量根據設備能耗及太陽能電池功率確定，保證設備能夠在任何氣候條件下全天候正常工作。b.太陽能電池組件。太陽能電池組件為系統戶外分機提供電能，其功率由設備能耗確定。

2)防盜分機。a.微波傳感器模塊。圖2是一種10.525 GHz微波多普勒雷達探測器，具有如下的特點:非接觸探測;不受溫度、濕度、噪聲、氣流、塵埃、光線等影響，適合惡劣環境;抗射頻干擾能力強;輸出功率僅有5 mA，對人體構不成危害;感應距離:0.3 m～10 m(可調)。b.防拆開關。在探頭或主機內均有一機械聯動感應開關，當保護蓋被拆開時，此開關接點會斷開，從而提供報警訊號，稱為防拆開關。防拆開關都是壓片式的，松開報警。

3)監測系統。a.微波傳感器探測異常(主要在夜間使用)。當有不明物體進入微波探測區域后，都能自動快速的觸動探測異常模塊報警，及時通知執勤人員。b.防拆傳感器探測異常。當傳感器遭到不明原因拆除破壞時(系統布防狀態)，及時啟動傳感器保護功能，自動觸動防拆傳感器探測異常模塊報警，及時通知執勤人員，防止器材遭到惡意破壞。c.斷線傳感器探測異常。當電車線兩端接觸網電纜處于斷開狀態時(系統布防狀態)，系統自動觸動斷線傳感器探測異常模塊，及時通知執勤人員。防止接觸網電纜被盜，及時制止違法行為(見圖3)。

2 技術應用

2.1 同類技術對比

目前在社會上其他領域采用類似技術進行防盜預警的產品已得到了較廣泛的運用。但在電氣化鐵路施工項目中，對于接觸網防盜基本上還是沿用傳統的人工巡視方法。此種利用熱感應原理及GSM無線通訊網絡對接觸網線索進行防盜預警的方法尚不多見。

2.2 應用簡介

根據接觸網設備的結構特點、被盜特征，系統主機一般安裝在設備管理單位的調度中心或值班室，同時可將報警信息通過GSM無線通訊網絡傳送至值班員手機。當發生盜竊時，在主機發出報警鳴笛并自動記錄的同時，相關信息也同時發送至值班員手機上，便于及時出警。預警信息可顯示被盜時間和地點(如接觸網桿號或鐵路里程)。

盜竊者一般會選擇地處偏僻行人稀少的接觸網錨段關節或中心錨節處下手，因此系統分機一般安裝在該處的接觸網支柱上(距地面約5 m處)。

目前在在建的內蒙古鄂爾多斯新恩陶電氣化鐵路上已使用該套防盜預警系統，其中安裝主機一臺，分機96臺。通過18個月的監測防護，除在測試運行階段和偶爾的工人夜間作業時發生報警外，沒有發生過誤報警現象，也沒有被盜情況發生。

2.3 系統測試

系統運行示意圖見圖4。

2.3.1 太陽能電池板供電測試

自帶太陽能供電系統，具備連續提供4 d以上惡劣天氣情況下持續工作能力、各種天氣條件下24 h無人值守、主機鋁壓鑄全密封外殼，防水性能好，適用于野外安裝。通過測試自帶電源滿足設備運行需要。

2.3.2 報警測試

前面介紹了三種報警方式(登桿報警、破壞分機報警、接觸網斷線報警)，通過對三種報警方式的測試，收到信息時間一般為斷線后10 s內。主機界面示意圖略。

2.4 效益分析

傳統人工巡視線路費用統計:

按100 km線路看護時間6個月，1.5 km/人計算，約需各種費用120萬元～150萬元。詳細計算略。

電氣化接觸網防盜預警系統投入費用統計:

設備主機及系統軟件:18萬元;防盜分機:新恩陶DK0～DK100正線公里共投入96臺防盜分機，2 500元/臺，小計:42萬元;其他日常管理及少量值班人員費用約10萬元～20萬元，以上合計:52萬元～62萬元。兩種方式比較半年內直接的成本節約在68萬元～88萬元。如果考慮防盜預警系統的可重復利用性、人員看護安全風險的不確定性、人員看護報警不及時造成的間接損失擴大化等因素，如果全面推廣該技術，則使用該系統獲得的經濟效益和社會效益會更為可觀。

3 結語

電氣化接觸網防盜預警系統在鄂爾多斯新恩陶電氣化鐵路上的成功應用，得到了呼和浩特鐵路局公安系統的高度認可，目前正著手在全局內在建電氣化項目上推廣應用。當然該新產品也存在因偶爾的自然因素或人為因素造成設備誤報、太陽能電池板在成本合理的前提下使用壽命有待提高、在無線通訊盲區無法報警等缺陷。如果該技術得到社會的廣泛關注和認可，相信這些缺陷也會迎刃而解。在全社會提倡科技創新的今天，我們也相信原始的工藝或方法終將逐漸被科學技術所代替。