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(wǎng)是沿鐵路線上空架設(shè)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(shè)的加快、銅鋁等金屬價格的上漲，在建和新建鐵路接觸網(wǎng)線材的被盜頻繁發(fā)生，嚴重影響了施工進度和行車安全，造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。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、懸而未決的難題，傳統(tǒng)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(wǎng)與電力線路不同，傳統(tǒng)的防盜方式對接觸網(wǎng)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(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、被盜特征，在認真調(diào)研了相關(guān)實際需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前社會上成熟的太陽能光電技術(shù)、微波多普勒雷達探測傳感技術(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目上得到了全面的推廣應(yīng)用，并取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。其特點是:該預(yù)警新產(chǎn)品防護范圍可大可小，可在任何氣候下全天候工作，系統(tǒng)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(tǒng)軟件可以將報警地段的名稱、具體位置、預(yù)警類型、時間進行準確接收?？蓮V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工作中。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計的思想及原理

傳統(tǒng)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(jié)合接觸網(wǎng)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(fā)展觀的基本思路?？萍际堑谝簧a(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，超聲波移動探測技術(shù)實現(xiàn)盜竊人員登桿報警功能，并配合先進的GSM短信模塊，實現(xiàn)遠程報警信息傳輸，實現(xiàn)了科學防盜預(yù)警功能。

1.2 總體需求

在對以往電氣化接觸網(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)自身特點的情況下，系統(tǒng)設(shè)計總體功能如下:

1)遠程監(jiān)控。由于鐵路接觸網(wǎng)線路較長，且多數(shù)地處偏遠、布局分散，防盜方案利用網(wǎng)絡(luò)或無線通訊設(shè)施進行遠距離監(jiān)控，實現(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、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)場的防盜設(shè)施自帶維持運行所需的電源。

4)裝拆便利。鐵路接觸網(wǎng)線路較長，此系統(tǒng)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(shè)施拆卸移植到其他線路上，實現(xiàn)重復(fù)利用。

5)安全可靠。安全運行是鐵路行業(yè)的重中之重，此防盜系統(tǒng)在保證技術(shù)先進的前提下，運行故障率低、穩(wěn)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(fā)生安全事故的可能性。

6)操作簡便。此防盜系統(tǒng)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(shè)施采購和實施成本低廉，所需人員投入少。

1.3 功能模塊設(shè)計

本系統(tǒng)分為供電系統(tǒng)、防盜分機、監(jiān)測系統(tǒng)三大子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)又劃分成若干個功能模塊(系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖1)。各主要子系統(tǒng)設(shè)計介紹如圖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)換的電能進行儲存，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)戶外分機提供電能，其功率由設(shè)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(huán)境;抗射頻干擾能力強;輸出功率僅有5 mA，對人體構(gòu)不成危害;感應(yīng)距離:0.3 m～10 m(可調(diào))。b.防拆開關(guān)。在探頭或主機內(nèi)均有一機械聯(lián)動感應(yīng)開關(guān)，當保護蓋被拆開時，此開關(guān)接點會斷開，從而提供報警訊號，稱為防拆開關(guān)。防拆開關(guān)都是壓片式的，松開報警。

3)監(jiān)測系統(tǒng)。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(qū)域后，都能自動快速的觸動探測異常模塊報警，及時通知執(zhí)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(tǒng)布防狀態(tài))，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(zhí)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(wǎng)電纜處于斷開狀態(tài)時(系統(tǒng)布防狀態(tài))，系統(tǒng)自動觸動斷線傳感器探測異常模塊，及時通知執(zhí)勤人員。防止接觸網(wǎng)電纜被盜，及時制止違法行為(見圖3)。

2 技術(shù)應(yīng)用

2.1 同類技術(shù)對比

目前在社會上其他領(lǐng)域采用類似技術(shù)進行防盜預(yù)警的產(chǎn)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(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)對接觸網(wǎng)線索進行防盜預(yù)警的方法尚不多見。

2.2 應(yīng)用簡介

根據(jù)接觸網(wǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點、被盜特征，系統(tǒng)主機一般安裝在設(shè)備管理單位的調(diào)度中心或值班室，同時可將報警信息通過GSM無線通訊網(wǎng)絡(luò)傳送至值班員手機。當發(fā)生盜竊時，在主機發(fā)出報警鳴笛并自動記錄的同時，相關(guān)信息也同時發(fā)送至值班員手機上，便于及時出警。預(yù)警信息可顯示被盜時間和地點(如接觸網(wǎng)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(wǎng)錨段關(guān)節(jié)或中心錨節(jié)處下手，因此系統(tǒng)分機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)，其中安裝主機一臺，分機96臺。通過18個月的監(jiān)測防護，除在測試運行階段和偶爾的工人夜間作業(yè)時發(fā)生報警外，沒有發(fā)生過誤報警現(xiàn)象，也沒有被盜情況發(fā)生。

2.3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)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(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(shè)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(wǎng)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(nèi)。主機界面示意圖略。

2.4 效益分析

傳統(tǒng)人工巡視線路費用統(tǒng)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(wǎng)防盜預(yù)警系統(tǒng)投入費用統(tǒng)計:

設(shè)備主機及系統(tǒng)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(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(shù)，則使用該系統(tǒng)獲得的經(jīng)濟效益和社會效益會更為可觀。

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)的高度認可，目前正著手在全局內(nèi)在建電氣化項目上推廣應(yīng)用。當然該新產(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、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)無法報警等缺陷。如果該技術(shù)得到社會的廣泛關(guān)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(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技術(shù)所代替。