蘭曉鳳

（晉能控股山西煤業(yè)股份有限公司塔山鐵路分公司，山西 大同 037000）

引言

接觸網是我國高速鐵路中最為關鍵的組件，對于高鐵列車的電能輸送有著重要的作用，想要保證高速鐵路運轉的安全性和穩(wěn)定性，就要保證接觸網持續(xù)處于平穩(wěn)狀態(tài)。接觸網沿鐵路線露天架設、線路長、點位多，承擔著繁重、忙碌的運輸職責。因此，要將接觸網供電風險監(jiān)測系統(tǒng)重視起來，不斷加以完善，保障我國高速鐵路的正常運行。

1 鐵路接觸網中供電風險監(jiān)測系統(tǒng)總體架構設計

為確保本次設計的供電風險監(jiān)測系統(tǒng)滿足鐵路接觸網的供電監(jiān)測要求，優(yōu)化信息采集模塊及組網模塊，本文借助了ZigBee 網絡技術，構建傳輸協(xié)議，強化信息傳輸控制程序，達到更具實時信息傳輸效果的虛擬通信環(huán)境[1]。此次系統(tǒng)在總體架構方面主要包含上下兩個機位，由ADSP-BF537BBC-5A 進行通信指令加載，此時監(jiān)測程序被寫入程序加載模塊當中，以智能化的方式進行供電風險監(jiān)測信息收集[2]。按照上述設計思路，形成如圖1 所示的供電風險監(jiān)測系統(tǒng)結構圖。系統(tǒng)設計的核心模塊為信息數(shù)據(jù)采樣模塊，系統(tǒng)在對接觸網進行監(jiān)測期間，獲取風險數(shù)據(jù)，經過信息融合分析，在濾波處理技術的作用下，匯入到AD 采集系統(tǒng)當中，最終經過主控電路及軟件處理系統(tǒng)，直接顯示給風險監(jiān)測終端并對接觸網供電電源實現(xiàn)自動化控制[3]。

圖1 鐵路接觸網供電風險監(jiān)測系統(tǒng)總體架構設計圖

圖2 所示為供電風險監(jiān)測系統(tǒng)的功能結構圖，在完成接觸網的共性信息采集以后，采用DSP 技術讀取信號采樣值，在FIR 濾波的輔助下，將信號傳輸?shù)睫D換器當中，此時信號被放大處理，經由DSP 模塊，被傳輸?shù)絑igBee 終端節(jié)點當中，PC 機獲取風險監(jiān)測結果，并將結果輸出給終端監(jiān)測人員。

圖2 供電風險監(jiān)測系統(tǒng)功能結構設計圖

2 鐵路接觸網中供電風險監(jiān)測系統(tǒng)功能模塊設計

前文分析中提到構建ZigBee 無限傳輸協(xié)議，此時的接觸網在形成供電風險信息以后，將被直接傳輸?shù)叫畔⒉蓸幽K當中，經過供電風險監(jiān)測模型構建，數(shù)據(jù)能夠被直接分析并提取出來。此時的系統(tǒng)將保持在20～250 kbit/s 的工作速率，實現(xiàn)了硬件結構的低功耗。

系統(tǒng)的功能模塊主要包含了數(shù)據(jù)采集模塊、風險預警模塊、數(shù)據(jù)分析存儲模塊以及能耗管理模塊四個方面。

1）數(shù)據(jù)采集模塊的主要作用是進行風險信號的采集，在獲取信號采樣值以后，經過信號檢測處理與放大，最終傳輸出通信指令。

2）風險預警模塊在發(fā)現(xiàn)供電風險以后及時預警，具備預測和警報功能。在借助ZigBee 協(xié)議達成風險預警模塊構建以后，經過數(shù)字脈沖信號分析，完成數(shù)字模型轉換，輸出風險預警控制指令，能夠在后臺終端顯示出風險監(jiān)測結果。

3）數(shù)據(jù)分析存儲模塊根據(jù)系統(tǒng)中的具體線路情況，先設定好供電風險的預警閾值，經過前端模塊獲取的風險數(shù)據(jù)分析，對比數(shù)據(jù)是否已經超出閾值范疇，分類整理數(shù)據(jù)當中處于標準值狀態(tài)、缺陷值狀態(tài)以及預警值狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲起來[4]。

4）能耗管理模塊主要是為了對系統(tǒng)當中的電源輸入情況進行有效管理，如果是在夜間天窗點條件下進行鐵路接觸網檢修工作，系統(tǒng)將自動調低能耗。如果處于天窗點結束狀態(tài)下進行鐵路接觸網檢修，控制器將會喚醒能耗管理模塊中的芯片時間，此時經過時間讀取以后，芯片為處理器被喚醒，芯片也將恢復到正常工作狀態(tài)[5]。當然，如果供電風險監(jiān)測系統(tǒng)失去電量支持，能耗管理模塊將重新切換電源狀態(tài)，將原本的線路電源切換為太陽能電池，確保系統(tǒng)始終處于正常工作狀態(tài)。

3 鐵路接觸網中供電風險監(jiān)測系統(tǒng)測試分析

為了驗證本次供電風險監(jiān)測系統(tǒng)的設計結果，明確該系統(tǒng)與鐵路接觸網連接后呈現(xiàn)出的實際性能，開展仿真模擬實驗，實驗的主要設定為鐵路接觸網的輸出功率為2 500 kW，此時該接觸網的標準輸出電壓是1 200 V，按照設定，此次系統(tǒng)的輸出范圍將保持在-2.5～0 V 之間。遵從上述仿真模擬設定參數(shù)，完成供電風險監(jiān)測系統(tǒng)模擬，得到關于風險監(jiān)測系統(tǒng)的仿真模擬結果。經過結果分析，發(fā)現(xiàn)本次設計的系統(tǒng)呈現(xiàn)出明顯的風險監(jiān)測數(shù)據(jù)峰值，實際證明，在鐵路接觸網中設計供電風險監(jiān)測系統(tǒng)，能夠準確地獲取風險監(jiān)測數(shù)據(jù)，經過系統(tǒng)中各個功能模塊運作，最終傳輸?shù)胶笈_的監(jiān)測結果能夠為監(jiān)測人員提供合理的數(shù)據(jù)參考，且系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測結果將會被轉化為確切的控制指令，以智能化的方式控制系統(tǒng)進行運作方式切換，切實保證鐵路接觸網的供電安全與穩(wěn)定。

4 結語

如今，我國在鐵路方面的基礎建設越來越完善，在鐵路運作系統(tǒng)設計水平越來越高的情況下，鐵路列車運轉越來越穩(wěn)定，對我國經濟發(fā)展起到重要的推動作用。通過不斷優(yōu)化鐵路接觸網的供電監(jiān)測系統(tǒng)，融入更多高新技術，供電風險監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集效果及組網架構的自動化和智能化水平越來越高。因此，我國相關部門需要為鐵路接觸網的工作人員搭建良好設計平臺，將供電監(jiān)測系統(tǒng)與接觸網的風險監(jiān)測系統(tǒng)結合起來，健全接觸網供電風險的監(jiān)測措施，維系我國鐵路運營處于長久可持續(xù)狀態(tài)。