鐵路接觸網隔離開關遠程無線控制系統研究

田 雨

0 引言

電氣化鐵路27.5 kV 高壓隔離開關多分布于接觸網錨段關節、關節式分相、車站接觸網貨運線、機車整備線等場所，是電氣化鐵路電力牽引供電的重要設備，其主要功能是隔離故障、分段作業及改變運行方式等。在樞紐站場和接觸網存在數量眾多、分布范圍較廣的接觸網隔離開關，多采用人工現場手動或有線遠程操作的傳統操作方式。人工現場手動操作工作效率非常低，而有線的遠程操作需要敷設電纜，人工成本大、施工難度大、周期長，耗費大量的人力財力。這就制約了整個接觸網線路自動化水平的提高。因此對其實施無線遠動操作及集中監控意義重大。

本文主要研究以Wi-Fi 技術為無線傳輸平臺在鐵路接觸網高壓隔離開關上的應用，實現遠程高壓隔離開關控制、數據采集、視頻監控等多種功能。

1 Wi-Fi 技術

（1）Wi-Fi 技術定義。Wi-Fi 是英文Wireless Fidelity 的縮寫，即無線局域網，它是IEEE（美國電工電子技術協會）定義的一個無線網絡通信的工業標準。Wi-Fi 產品的標準是遵循IEEE 所制定的802.11 系列標準，它是美國電機電子工程師協會為解決無線網絡設備互聯、于1997 年制定發布的無線局域網標準。而為推動無線網絡的發展，滿足人們的需要，IEEE 相繼推出了3 個新標準，即802.11b、802.11a 和802.11g 標準，因此一般所謂的802.11x 系列標準都屬于Wi-Fi。跟傳統的有線局域網相比，基于Wi-Fi 協議的無線局域網具有可移動性，動態拓撲結構和易搭建的特點，用戶可以根據需求和環境選擇合適的局域網技術來構建自己的網絡。

（2）Wi-Fi 技術的網絡結構組成。Wi-Fi 技術的網絡結構由站點（STATION）、基本服務單元（BSS）、分配系統（DS）、接入點（AP）、擴展服務單元（ESS）、關口（PORTAL）等6 部分組成。Wi-Fi 技術的網絡結構如圖1 所示。

圖1 Wi-Fi 技術的網絡結構圖

（3）Wi-Fi 的關鍵技術。Wi-Fi 所遵循的802.11標準是一種抗干擾能力很強的無線電通信技術。Wi-Fi 采用的關鍵技術有直序擴頻技術（DSSS）和跳頻擴頻技術（FHSS）。

（4）Wi-Fi 的技術優勢。

a.具有可移動性。Wi-Fi 網絡擺脫了以往上網一定要依靠電纜線的限制，這一方面使用戶端在使用服務時更加舒適和方便，同時也降低了網絡配置的成本和靈活的可擴展性。

b.組建方便。組建Wi-Fi 網絡硬件設備的要求與有線網絡相比，更加簡潔方便。不同品牌的接入點AP 以及客戶網絡接口之間在基本的服務層面上都可實現互操作。

c.完全開放的頻率使用段。支持2.4，4.9，5 GHz 等多個頻段，是免許可證頻段。

d.支持高達54 Mb/s 的帶寬。

e.組網模式多種多樣。有點對點模式、點對多點模式、多接入點漫游模式、橋接模式、路由模式等。

2 接觸網隔離開關遠程無線控制系統

2.1 系統組成

基于Wi-Fi 技術的鐵路接觸網隔離開關遠程無線控制系統主要由3 個部分組成：控制中心、無線傳輸網絡以及終端控制系統（圖2）。

圖2 基于Wi-Fi 技術的鐵路接觸網隔離開關遠程無線控制系統構成圖

控制中心包括Wi-Fi 主基站、控制主機以及安裝在主機上的客戶端管理平臺等?？刂浦鳈C通過Wi-Fi 基站搭建的無線局域網來接收和發送數據。用戶可在客戶端管理平臺下發和接收高壓開關動作狀態的命令和信息，相應地在顯示器上顯示各隔離開關實時的視頻監控畫面。

無線傳輸網絡采用基于Wi-Fi 無線網絡的中繼通道。Wi-Fi 無線網絡中繼通道設備提供了一個自動發現、自動配置、自我調節以及自我修復的無線網絡，通過模塊化、多頻、多信道、蜂窩狀、高性能、可管理的網絡系統為用戶集成了健壯的安全性和全面的可管理性解決方案。

終端控制系統包括隔離開關及其機構、攝像機、RTU 以及Wi-Fi 基站等。攝像機和RTU 配備Wi-Fi 模塊，和Wi-Fi 基站通信。Wi-Fi 基站和Wi-Fi無線網絡中繼通道設備構建成無線網絡來傳輸視頻和數據。RTU 輸入輸出開關量對高壓開關機構進行分合控制。

2.2 系統特點

（1）利用Wi-Fi 無線通道同時傳輸數據和實時視頻圖像?？梢岳脝蝹€無線通道同時傳輸遠動數據和實時視頻圖像，實現了真正意義上的通道復用，優化了系統結構，減少了運營成本。

（2）組網靈活簡便。采用的Wi-Fi 無線網絡技術，能夠隨時根據需要組網，安裝方便。能夠實現自動組網、自動修復、自動配置等功能，降低部署成本和運營維護成本。

（3）安全性高。系統使用共享密鑰來認證企業安全服務器和網絡節點，通過認證才可訪問。且加密所有的網絡管理和控制數據，提高其安全性。

3 結語

基于Wi-Fi 技術的鐵路接觸網隔離開關遠程無線控制系統應用了Wi-Fi 技術搭建無線局域網，集無線局域網技術、視頻監控技術、網絡控制技術為一體，提供了高壓開關遠程動作操作、視頻在線監測的解決方案。使鐵路接觸網各處高壓開關均可實現遙控、遙信、遙測、遙視的功能，且具有無線網絡組建靈活方便、施工周期短、投資低、免維護、抗干擾性好、安全可靠等優點，對解決鐵路樞紐及站場高壓開關遠程操作、視頻圖像傳輸等問題具有實際應用價值，從整體上提高了牽引供電系統的自動化水平。從經濟效益上講，無線技術取代了傳統的敷設線纜的方式，無須耗費人力、物力、財力和時間，能夠做到即插即用，且遠動系統和視頻監控系統也無須工作人員來回往復現場操作和查看，大大提高了工作效率，節省了工作時間，保證了作業人員的人身安全。據統計，目前西安、成都、太原、昆明、武漢等各鐵路局管內和分界處的隔離開關，全路約有數萬臺，這些開關安裝無線遠程控制與視頻監控系統將大大節省經濟成本，產生較大的經濟效益，具有良好的推廣前景。