接觸網電流監測系統研究

朱海峰

摘 要：隨著電氣化鐵路快速發展，鐵路運輸組織對接觸網的要求越來越高，接觸網的安全責任業越來越重要。而由于接觸網存在架設線路長、地理環境復雜、氣候環境多樣、供電電流大、負荷變化快、電流沖擊大等客觀事實，使得接觸網不可避免的會發生各種故障，為了及時發現由于電力機車在運行過程中出現電流過大出現燒斷接觸線的現象，本文提出一種接觸網電連接過流監測系統，實現對電氣化區段接觸網電流監測和故障分析預警。

關鍵詞：接觸網； GSM數據傳輸

引言：接觸網過流監測系統，通過對電連接流過電流監測，對日常統計電連接電流大小進行分析，實現對過流故障提前預警，同時具有維護自動提醒和歷史數據查詢功能，可有效的解決高鐵特有的高架橋、高路基、長大隧道、全封閉的線路狀況造成的人員無法巡視、檢測的難題，同時也擺脫了傳統的依靠人盯、眼看，最大限度降低人工成本。本裝置的硬件核心采用嵌入式微處理器設計，軟件為面向對象的設計方法，其完善的功能和穩定的性能對進一步提升供電設備管理信息化水平，對確保供電安全和運輸高效暢通具有十分重要的意義。實現了鐵道總公司關于推行供電安全風險管理，加強供電安全基礎建設，提高供電設備運行質量的要求。從一定程度上保證了鐵路運營和維護的安全。

一、工作原理

通過在接觸網點連接上安裝電流測量傳感器、嵌入式數據采集設備和GSM模塊，通過傳感器實時監測流過接觸網電連接的電流，將實時監測到的電流進行數據壓縮和處理，最后通過GSM發送模塊實時發送相關數據到控制中心的綜合數據處理設備和顯示設備。

二、硬件系統構成

本系統由電流傳感器、GSM模塊（包含接收和發送模塊）、嵌入式處理模塊、綜合數據處理設備（含控制模塊和語音報警）和顯示設備五大部分組成。系統硬件結構圖如圖1所示。

圖1 系統硬件結構圖

其中電流傳感器、GSM數據發送模塊、嵌入式處理模塊安裝于接觸網點連接上，綜合數據處理設備（含控制模塊和語音報警）和GSM數據接收模塊、顯示設備安裝于數據管理中心 。電流傳感器主要實現對接觸網電連接流過的電流大小進行檢測，嵌入式處理模塊主要完成電流數據信息的分析和處理、GSM數據發送模塊主要用于發送各個電連接的電流信息到數據管理中心的GSM數據接收模塊；綜合數據處理設備（含控制模塊和語音報警）主要用于實現電流數據分析、對比和預警，顯示設備用于對監測數據實時顯示。系統硬件實物見圖2。

圖2 系統硬件實物圖

三、GSM技術及通信原理

GSM系統主要由四部分組成，即移動臺（MS）、移動網子系統（NSS）、基站子系統（BSS）、操作維護子系統（OSS）四部分，系統結構圖如下圖3所示。其中，PSTN為共用電話網，PLMN為公共陸地移動網絡，ISDN為綜合業務數字網，PSPDN為分組交換共用數據網。

圖3 GSM系統結構圖

車輛定位跟蹤數據傳輸方式根據其無線通信鏈路的不同有以下兩種，一種是集群通信系統，另一種就是GSM移動網絡。在本裝置中采用GSM移動網絡，有如下三大優勢：（1）GSM移動網絡最大限度節省了成本。（2）采用GSM網絡，可以通過短消息完成數據交換，由于這套系統每次所需傳輸的數據量相對較小，短消息業務是最理想的選擇。（3）GSM移動網絡可以有效地降低系統的通信誤碼率，且速度也比較快，對系統的穩定性也有保證。

四、數據庫

監測裝置運行時，必須提前對每個電連接編輯位置等數據信息，以建立數據庫，為實時監測數據提供定位信息，便于數據查找和分析。

五、軟件系統構成及流程

圖5 軟件系統流程圖

在設備運行對系統進行初始設置，設置該電連接的當前位置信息編號，否則系統將報錯。系統正常運行后，在規定時間內進行數據發送，進入下一個數據采集循環。

六、結論

通過該系統在實際鐵路中運行可驗證該系統的設計性能可達到以下指標：

（1）實時監測接觸網電連接流過電流；（2）通過對電連接電流數據進行分析得到，該區段接觸網電流的變化趨勢；（3）實現管理中心實時監控。

本文提出的接觸網電連接過流監測系統，從根本上有效解決接觸網過流分析和預警，同時對軟件從功能上進行了劃分，對系統軟件的框架進行了描述。在實際運行中該系統也得到了驗證。設計接觸網電連接過流檢測系統對接觸網安全運營具有重要意義。

參考文獻：

[1] 中興通訊NC教育管理中心.GSM移動通信技術原理與應用 [M].北京：人民郵電，2009.

[2]楊玉菲.電氣化鐵道供電系統[M] 北京：中國鐵道出版社，2005.