电气化接触网防盗预警系统开发与应用

唐忠国

(中国铁建电气化局集团第二工程有限公司，山西太原 030023)

电气化铁路接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。随着电气化铁路建设的加快、铜铝等金属价格的上涨，在建和新建铁路接触网线材的被盗频繁发生，严重影响了施工进度和行车安全，造成巨大的经济损失和社会影响。接触网——特别是在建和新建线路接触网的防盗是困扰多时、悬而未决的难题，传统的人工巡视及蹲点守候防护方式不但成本较高，而且也存在巡视人员自身安全问题。由于铁路接触网与电力线路不同，传统的防盗方式对接触网并不适用，必须提出针对性较强的解决方案。为解决电气化铁路接触网线索频繁被盗的情况，根据接触网设备的结构特点、被盗特征，在认真调研了相关实际需求的基础上，结合目前社会上成熟的太阳能光电技术、微波多普勒雷达探测传感技术、GSM网络通讯技术，成功开发出了电气化接触网防盗预警产品，现已在内蒙古鄂尔多斯新恩陶电气化铁路项目上得到了全面的推广应用，并取得了较好的经济效益和社会效益。其特点是:该预警新产品防护范围可大可小，可在任何气候下全天候工作，系统主机和接警分机(手机)可同一时间及时收到防盗信息。该系统软件可以将报警地段的名称、具体位置、预警类型、时间进行准确接收。可广泛应用于新建、在建和已建成的接触网线索的防盗安全保护工作中。

1 系统设计

1.1 系统设计的思想及原理

传统的人工巡视及蹲点守候防护方式，以增加人力密度或提高巡查频率为基本保证，以期达到遏制偷盗破坏的目的。显然这种“原始”的防盗方式并未结合接触网的自身特点，其工作效率低、人力需求大、看护成本高，并不符合科学发展观的基本思路。科技是第一生产力，电气化接触网防盗预警系统采用太阳能光电技术提供电能，超声波移动探测技术实现盗窃人员登杆报警功能，并配合先进的GSM短信模块，实现远程报警信息传输，实现了科学防盗预警功能。

1.2 总体需求

在对以往电气化接触网线索盗窃的案例作了充分的理论分析和结合接触网自身特点的情况下，系统设计总体功能如下:

1)远程监控。由于铁路接触网线路较长，且多数地处偏远、布局分散，防盗方案利用网络或无线通讯设施进行远距离监控，实现无人值守。

2)不间断性。防盗系统无论在白天、夜晚，或是风、雨、雪等天气条件下，具备能够24 h持续监控的能力。

3)自带电源。由于铁路接触网存在无电区，且在建和新建线路往往无法具备有效的电源保证，布置在现场的防盗设施自带维持运行所需的电源。

4)装拆便利。铁路接触网线路较长，此系统施工量小、安装简便，同时在建或新建线路正式通车后，能方便地将防盗设施拆卸移植到其他线路上，实现重复利用。

5)安全可靠。安全运行是铁路行业的重中之重，此防盗系统在保证技术先进的前提下，运行故障率低、稳定可靠性高，同时也杜绝了采用“原始方式”进行线路巡视造成巡视人员自身发生安全事故的可能性。

6)操作简便。此防盗系统软件具备良好的可视化人机界面和易上手性，操作简单。

7)成本低廉。此防盗设施采购和实施成本低廉，所需人员投入少。

1.3 功能模块设计

本系统分为供电系统、防盗分机、监测系统三大子系统，每个子系统又划分成若干个功能模块(系统结构设计见图1)。各主要子系统设计介绍如图1，图2所示。

1)太阳能供电系统。a.蓄电池。该系统蓄电池将太阳能电池板转换的电能进行储存，保证夜晚或阴天为设备供电。其容量根据设备能耗及太阳能电池功率确定，保证设备能够在任何气候条件下全天候正常工作。b.太阳能电池组件。太阳能电池组件为系统户外分机提供电能，其功率由设备能耗确定。

2)防盗分机。a.微波传感器模块。图2是一种10.525 GHz微波多普勒雷达探测器，具有如下的特点:非接触探测;不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线等影响，适合恶劣环境;抗射频干扰能力强;输出功率仅有5 mA，对人体构不成危害;感应距离:0.3 m～10 m(可调)。b.防拆开关。在探头或主机内均有一机械联动感应开关，当保护盖被拆开时，此开关接点会断开，从而提供报警讯号，称为防拆开关。防拆开关都是压片式的，松开报警。

3)监测系统。a.微波传感器探测异常(主要在夜间使用)。当有不明物体进入微波探测区域后，都能自动快速的触动探测异常模块报警，及时通知执勤人员。b.防拆传感器探测异常。当传感器遭到不明原因拆除破坏时(系统布防状态)，及时启动传感器保护功能，自动触动防拆传感器探测异常模块报警，及时通知执勤人员，防止器材遭到恶意破坏。c.断线传感器探测异常。当电车线两端接触网电缆处于断开状态时(系统布防状态)，系统自动触动断线传感器探测异常模块，及时通知执勤人员。防止接触网电缆被盗，及时制止违法行为(见图3)。

2 技术应用

2.1 同类技术对比

目前在社会上其他领域采用类似技术进行防盗预警的产品已得到了较广泛的运用。但在电气化铁路施工项目中，对于接触网防盗基本上还是沿用传统的人工巡视方法。此种利用热感应原理及GSM无线通讯网络对接触网线索进行防盗预警的方法尚不多见。

2.2 应用简介

根据接触网设备的结构特点、被盗特征，系统主机一般安装在设备管理单位的调度中心或值班室，同时可将报警信息通过GSM无线通讯网络传送至值班员手机。当发生盗窃时，在主机发出报警鸣笛并自动记录的同时，相关信息也同时发送至值班员手机上，便于及时出警。预警信息可显示被盗时间和地点(如接触网杆号或铁路里程)。

盗窃者一般会选择地处偏僻行人稀少的接触网锚段关节或中心锚节处下手，因此系统分机一般安装在该处的接触网支柱上(距地面约5 m处)。

目前在在建的内蒙古鄂尔多斯新恩陶电气化铁路上已使用该套防盗预警系统，其中安装主机一台，分机96台。通过18个月的监测防护，除在测试运行阶段和偶尔的工人夜间作业时发生报警外，没有发生过误报警现象，也没有被盗情况发生。

2.3 系统测试

系统运行示意图见图4。

2.3.1 太阳能电池板供电测试

自带太阳能供电系统，具备连续提供4 d以上恶劣天气情况下持续工作能力、各种天气条件下24 h无人值守、主机铝压铸全密封外壳，防水性能好，适用于野外安装。通过测试自带电源满足设备运行需要。

2.3.2 报警测试

前面介绍了三种报警方式(登杆报警、破坏分机报警、接触网断线报警)，通过对三种报警方式的测试，收到信息时间一般为断线后10 s内。主机界面示意图略。

2.4 效益分析

传统人工巡视线路费用统计:

按100 km线路看护时间6个月，1.5 km/人计算，约需各种费用120万元～150万元。详细计算略。

电气化接触网防盗预警系统投入费用统计:

设备主机及系统软件:18万元;防盗分机:新恩陶DK0～DK100正线公里共投入96台防盗分机，2 500元/台，小计:42万元;其他日常管理及少量值班人员费用约10万元～20万元，以上合计:52万元～62万元。两种方式比较半年内直接的成本节约在68万元～88万元。如果考虑防盗预警系统的可重复利用性、人员看护安全风险的不确定性、人员看护报警不及时造成的间接损失扩大化等因素，如果全面推广该技术，则使用该系统获得的经济效益和社会效益会更为可观。

3 结语

电气化接触网防盗预警系统在鄂尔多斯新恩陶电气化铁路上的成功应用，得到了呼和浩特铁路局公安系统的高度认可，目前正着手在全局内在建电气化项目上推广应用。当然该新产品也存在因偶尔的自然因素或人为因素造成设备误报、太阳能电池板在成本合理的前提下使用寿命有待提高、在无线通讯盲区无法报警等缺陷。如果该技术得到社会的广泛关注和认可，相信这些缺陷也会迎刃而解。在全社会提倡科技创新的今天，我们也相信原始的工艺或方法终将逐渐被科学技术所代替。