電氣化接觸網(wǎng)防盜預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

唐忠國

(中國鐵建電氣化局集團(tuán)第二工程有限公司，山西太原 030023)

電氣化鐵路接觸網(wǎng)是沿鐵路線上空架設(shè)的向電力機(jī)車供電的特殊形式的輸電線路。隨著電氣化鐵路建設(shè)的加快、銅鋁等金屬價(jià)格的上漲，在建和新建鐵路接觸網(wǎng)線材的被盜頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度和行車安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。接觸網(wǎng)——特別是在建和新建線路接觸網(wǎng)的防盜是困擾多時(shí)、懸而未決的難題，傳統(tǒng)的人工巡視及蹲點(diǎn)守候防護(hù)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(wǎng)與電力線路不同，傳統(tǒng)的防盜方式對(duì)接觸網(wǎng)并不適用，必須提出針對(duì)性較強(qiáng)的解決方案。為解決電氣化鐵路接觸網(wǎng)線索頻繁被盜的情況，根據(jù)接觸網(wǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、被盜特征，在認(rèn)真調(diào)研了相關(guān)實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前社會(huì)上成熟的太陽能光電技術(shù)、微波多普勒雷達(dá)探測(cè)傳感技術(shù)、GSM網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，成功開發(fā)出了電氣化接觸網(wǎng)防盜預(yù)警產(chǎn)品，現(xiàn)已在內(nèi)蒙古鄂爾多斯新恩陶電氣化鐵路項(xiàng)目上得到了全面的推廣應(yīng)用，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。其特點(diǎn)是:該預(yù)警新產(chǎn)品防護(hù)范圍可大可小，可在任何氣候下全天候工作，系統(tǒng)主機(jī)和接警分機(jī)(手機(jī))可同一時(shí)間及時(shí)收到防盜信息。該系統(tǒng)軟件可以將報(bào)警地段的名稱、具體位置、預(yù)警類型、時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確接收。可廣泛應(yīng)用于新建、在建和已建成的接觸網(wǎng)線索的防盜安全保護(hù)工作中。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想及原理

傳統(tǒng)的人工巡視及蹲點(diǎn)守候防護(hù)方式，以增加人力密度或提高巡查頻率為基本保證，以期達(dá)到遏制偷盜破壞的目的。顯然這種“原始”的防盜方式并未結(jié)合接觸網(wǎng)的自身特點(diǎn)，其工作效率低、人力需求大、看護(hù)成本高，并不符合科學(xué)發(fā)展觀的基本思路。科技是第一生產(chǎn)力，電氣化接觸網(wǎng)防盜預(yù)警系統(tǒng)采用太陽能光電技術(shù)提供電能，超聲波移動(dòng)探測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)盜竊人員登桿報(bào)警功能，并配合先進(jìn)的GSM短信模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警信息傳輸，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)防盜預(yù)警功能。

1.2 總體需求

在對(duì)以往電氣化接觸網(wǎng)線索盜竊的案例作了充分的理論分析和結(jié)合接觸網(wǎng)自身特點(diǎn)的情況下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體功能如下:

1)遠(yuǎn)程監(jiān)控。由于鐵路接觸網(wǎng)線路較長(zhǎng)，且多數(shù)地處偏遠(yuǎn)、布局分散，防盜方案利用網(wǎng)絡(luò)或無線通訊設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無人值守。

2)不間斷性。防盜系統(tǒng)無論在白天、夜晚，或是風(fēng)、雨、雪等天氣條件下，具備能夠24 h持續(xù)監(jiān)控的能力。

3)自帶電源。由于鐵路接觸網(wǎng)存在無電區(qū)，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(xiàn)場(chǎng)的防盜設(shè)施自帶維持運(yùn)行所需的電源。

4)裝拆便利。鐵路接觸網(wǎng)線路較長(zhǎng)，此系統(tǒng)施工量小、安裝簡(jiǎn)便，同時(shí)在建或新建線路正式通車后，能方便地將防盜設(shè)施拆卸移植到其他線路上，實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。

5)安全可靠。安全運(yùn)行是鐵路行業(yè)的重中之重，此防盜系統(tǒng)在保證技術(shù)先進(jìn)的前提下，運(yùn)行故障率低、穩(wěn)定可靠性高，同時(shí)也杜絕了采用“原始方式”進(jìn)行線路巡視造成巡視人員自身發(fā)生安全事故的可能性。

6)操作簡(jiǎn)便。此防盜系統(tǒng)軟件具備良好的可視化人機(jī)界面和易上手性，操作簡(jiǎn)單。

7)成本低廉。此防盜設(shè)施采購和實(shí)施成本低廉，所需人員投入少。

1.3 功能模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為供電系統(tǒng)、防盜分機(jī)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三大子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)又劃分成若干個(gè)功能模塊(系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1)。各主要子系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹如圖1，圖2所示。

1)太陽能供電系統(tǒng)。a.蓄電池。該系統(tǒng)蓄電池將太陽能電池板轉(zhuǎn)換的電能進(jìn)行儲(chǔ)存，保證夜晚或陰天為設(shè)備供電。其容量根據(jù)設(shè)備能耗及太陽能電池功率確定，保證設(shè)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(tǒng)戶外分機(jī)提供電能，其功率由設(shè)備能耗確定。

2)防盜分機(jī)。a.微波傳感器模塊。圖2是一種10.525 GHz微波多普勒雷達(dá)探測(cè)器，具有如下的特點(diǎn):非接觸探測(cè);不受溫度、濕度、噪聲、氣流、塵埃、光線等影響，適合惡劣環(huán)境;抗射頻干擾能力強(qiáng);輸出功率僅有5 mA，對(duì)人體構(gòu)不成危害;感應(yīng)距離:0.3 m～10 m(可調(diào))。b.防拆開關(guān)。在探頭或主機(jī)內(nèi)均有一機(jī)械聯(lián)動(dòng)感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)保護(hù)蓋被拆開時(shí)，此開關(guān)接點(diǎn)會(huì)斷開，從而提供報(bào)警訊號(hào)，稱為防拆開關(guān)。防拆開關(guān)都是壓片式的，松開報(bào)警。

3)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。a.微波傳感器探測(cè)異常(主要在夜間使用)。當(dāng)有不明物體進(jìn)入微波探測(cè)區(qū)域后，都能自動(dòng)快速的觸動(dòng)探測(cè)異常模塊報(bào)警，及時(shí)通知執(zhí)勤人員。b.防拆傳感器探測(cè)異常。當(dāng)傳感器遭到不明原因拆除破壞時(shí)(系統(tǒng)布防狀態(tài))，及時(shí)啟動(dòng)傳感器保護(hù)功能，自動(dòng)觸動(dòng)防拆傳感器探測(cè)異常模塊報(bào)警，及時(shí)通知執(zhí)勤人員，防止器材遭到惡意破壞。c.斷線傳感器探測(cè)異常。當(dāng)電車線兩端接觸網(wǎng)電纜處于斷開狀態(tài)時(shí)(系統(tǒng)布防狀態(tài))，系統(tǒng)自動(dòng)觸動(dòng)斷線傳感器探測(cè)異常模塊，及時(shí)通知執(zhí)勤人員。防止接觸網(wǎng)電纜被盜，及時(shí)制止違法行為(見圖3)。

2 技術(shù)應(yīng)用

2.1 同類技術(shù)對(duì)比

目前在社會(huì)上其他領(lǐng)域采用類似技術(shù)進(jìn)行防盜預(yù)警的產(chǎn)品已得到了較廣泛的運(yùn)用。但在電氣化鐵路施工項(xiàng)目中，對(duì)于接觸網(wǎng)防盜基本上還是沿用傳統(tǒng)的人工巡視方法。此種利用熱感應(yīng)原理及GSM無線通訊網(wǎng)絡(luò)對(duì)接觸網(wǎng)線索進(jìn)行防盜預(yù)警的方法尚不多見。

2.2 應(yīng)用簡(jiǎn)介

根據(jù)接觸網(wǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、被盜特征，系統(tǒng)主機(jī)一般安裝在設(shè)備管理單位的調(diào)度中心或值班室，同時(shí)可將報(bào)警信息通過GSM無線通訊網(wǎng)絡(luò)傳送至值班員手機(jī)。當(dāng)發(fā)生盜竊時(shí)，在主機(jī)發(fā)出報(bào)警鳴笛并自動(dòng)記錄的同時(shí)，相關(guān)信息也同時(shí)發(fā)送至值班員手機(jī)上，便于及時(shí)出警。預(yù)警信息可顯示被盜時(shí)間和地點(diǎn)(如接觸網(wǎng)桿號(hào)或鐵路里程)。

盜竊者一般會(huì)選擇地處偏僻行人稀少的接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)或中心錨節(jié)處下手，因此系統(tǒng)分機(jī)一般安裝在該處的接觸網(wǎng)支柱上(距地面約5 m處)。

目前在在建的內(nèi)蒙古鄂爾多斯新恩陶電氣化鐵路上已使用該套防盜預(yù)警系統(tǒng)，其中安裝主機(jī)一臺(tái)，分機(jī)96臺(tái)。通過18個(gè)月的監(jiān)測(cè)防護(hù)，除在測(cè)試運(yùn)行階段和偶爾的工人夜間作業(yè)時(shí)發(fā)生報(bào)警外，沒有發(fā)生過誤報(bào)警現(xiàn)象，也沒有被盜情況發(fā)生。

2.3 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)運(yùn)行示意圖見圖4。

2.3.1 太陽能電池板供電測(cè)試

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

2.3.2 報(bào)警測(cè)試

前面介紹了三種報(bào)警方式(登桿報(bào)警、破壞分機(jī)報(bào)警、接觸網(wǎng)斷線報(bào)警)，通過對(duì)三種報(bào)警方式的測(cè)試，收到信息時(shí)間一般為斷線后10 s內(nèi)。主機(jī)界面示意圖略。

2.4 效益分析

傳統(tǒng)人工巡視線路費(fèi)用統(tǒng)計(jì):

按100 km線路看護(hù)時(shí)間6個(gè)月，1.5 km/人計(jì)算，約需各種費(fèi)用120萬元～150萬元。詳細(xì)計(jì)算略。

電氣化接觸網(wǎng)防盜預(yù)警系統(tǒng)投入費(fèi)用統(tǒng)計(jì):

設(shè)備主機(jī)及系統(tǒng)軟件:18萬元;防盜分機(jī):新恩陶DK0～DK100正線公里共投入96臺(tái)防盜分機(jī)，2 500元/臺(tái)，小計(jì):42萬元;其他日常管理及少量值班人員費(fèi)用約10萬元～20萬元，以上合計(jì):52萬元～62萬元。兩種方式比較半年內(nèi)直接的成本節(jié)約在68萬元～88萬元。如果考慮防盜預(yù)警系統(tǒng)的可重復(fù)利用性、人員看護(hù)安全風(fēng)險(xiǎn)的不確定性、人員看護(hù)報(bào)警不及時(shí)造成的間接損失擴(kuò)大化等因素，如果全面推廣該技術(shù)，則使用該系統(tǒng)獲得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益會(huì)更為可觀。

3 結(jié)語

電氣化接觸網(wǎng)防盜預(yù)警系統(tǒng)在鄂爾多斯新恩陶電氣化鐵路上的成功應(yīng)用，得到了呼和浩特鐵路局公安系統(tǒng)的高度認(rèn)可，目前正著手在全局內(nèi)在建電氣化項(xiàng)目上推廣應(yīng)用。當(dāng)然該新產(chǎn)品也存在因偶爾的自然因素或人為因素造成設(shè)備誤報(bào)、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(qū)無法報(bào)警等缺陷。如果該技術(shù)得到社會(huì)的廣泛關(guān)注和認(rèn)可，相信這些缺陷也會(huì)迎刃而解。在全社會(huì)提倡科技創(chuàng)新的今天，我們也相信原始的工藝或方法終將逐漸被科學(xué)技術(shù)所代替。