基于ZigBee技术的铁路隧道应急通信系统研究与设计

<正>铁路作为国家的经济大动脉,在交通运输系统中起着举足轻重的作用,其旅客和货物的运输量大大超过了其他运输方式。也正因如此,在铁路系统中出现事故、险情等突发事件时,如果抢险不及时,损失将是巨大的,因此,在应急抢险过程中通信保障和调度指挥显得尤为重要。目前铁路隧道通信主要采用中继器、直放站、漏缆等设备实现无线场强覆盖,供电方式采用接触网供电。当发生自然灾害、隧道塌方、接触网断电、电缆损坏等异常情况时,上述通信手段将失去作用。尤其是一些长大隧道,由于无     

漏缆敷设与测试方法

1 漏缆的基本工作原理 漏缆全称是泄漏电缆.在基站与移动站之间的通信,通常是依靠无线传送.目前通信技术发展越来越要求基站与移动站之间随时随地能接通,即使在隧道中也是如此.然而在隧道中,移动通信传播效果不佳.隧道中利用天线传输通常也很困难,所以漏缆在隧道中得到了有效的应用.目前铁路GSM-R系统使用的E-GSM频段,漏缆主要用于隧道内无线信号覆盖.     

南昆线电力贯通线作业中感应电的危害及防范

阐述了南昆线电气化铁路接触网感应电压的产生，静电感应电压及电磁感应电动势的计算，以及电力贯通线和接触网平行距离与静电感应电压和感应电动势之间的对应关系。同时指出接触网感应电压可能给电力贯通线作业人员造成的危害，提出了相应的预防措施。     

铁路隧道GSM-R漏缆挂设高度研究

研究目的:目前,中、长铁路隧道主要采用漏泄同轴电缆(漏缆)作为载体进行无线信号覆盖。本文针对现有GSM-R漏缆挂设高度对线缆维护和检修的不便,建立隧道环境下的漏缆信号覆盖模型并进行仿真计算,分析隧道中漏缆挂设高度对无线信号覆盖效果的影响;并通过不同场景下的信号覆盖测试验证仿真计算的正确性,确定合适的漏缆挂设高度。研究结论:(1)在双线隧道中,当机车天线位于同侧靠近或异侧远离漏缆时,随着漏缆挂设高度降低,等效耦合损耗逐渐增大,但异侧变化幅度相较于同侧情况小;(2)综合考虑隧道内通信质量和漏缆维护两方面,对于非列控需求线路,可以将漏缆挂设高度降低至2. 5 m;(3)对于列控线路,将漏缆挂设高度降低至2. 5 m应谨慎;(4)增大设备发射功率或减小直放站间距能够弥补降低漏缆挂高后对信号覆盖的影响;(5)本研究成果可为相关铁路规范修编和工程设计提供参考。     

高速铁路牵引网感应电压的研究

研究目的:目前复线电气化铁路建设很快,复线并行线路的感应电压导致人身伤亡的事故时有发生。为解决这个问题,制定出正确的防护措施,分析感应电压机理,研究感应电压的大小,推理出感应电压的准确计算公式很有必要。本文根据电磁场理论中的唯一性定理——镜象法,分析推导出电影响和磁影响感应电压的计算公式,论证出电影响和磁影响感应电压的精确计算公式。研究结论:当带电接触网导线通过交流电流时,接触网导线周围形成电场和磁场,电磁场对邻近的停电接触网导体产生电磁影响,电影响感应电压与带电线路电压成正比,磁影响感应电压与牵引电流的大小及并行长度成正比,总的感应电压是两种感应电压的矢量和。     

轨道交通隧道内牵引网感应电压研究

中国部分城市轨道交通采用工频单相交流制式,以提升列车的运行速度和运输能力.牵引供电系统发生故障时,有可能采用单侧停电抢修方案,如果此时接触网的感应电压过高,将对检修人员造成安全威胁.依据广州地铁22号线设计资料,搭建地铁隧道的仿真模型,计算得到一侧线路停电检修,另一侧线路正常运行时接触网上的感应电压,获得牵引电流、隧道...     

石太客运专线GSM-R弱场解决方案

针对石太专线不同长度的隧道,利用光纤直放站加漏缆与GSM-R系统3种组网方式解决弱场覆盖问题;结合工程实际,对光纤直放站对基站的影响及漏缆的选型进行分析,对系统工程应用提出建议,使GSM-R系统更好满足客运专线无缝覆盖的通信要求,保证铁路通信系统安全和可靠。     

铁路漏泄同轴电缆直流隔断器设置方案研究

为解决电气化铁路中因漏泄同轴电缆(以下简称为"漏缆")直流隔断器设置不当而导致其损坏的问题,开展铁路直流隔断器设置方案的研究。首先计算静电感应电压和电磁感应电压的大小,给出计算示例;分析直流隔断器设置的必要性和作用;最后通过方案比选提出了建议的设置方案。每隔500~750 m在漏缆一端设置直流隔断器,阻断直流和低频电流通过漏缆,防止漏缆上的电磁感应电压超过规范的限定值;漏缆另一端接地,对静电感应进行防护和消除,保证人身和设备安全。     

长春轻轨无线通信系统改造方案分析

采用800 MHzTETRA数字集群通信系统进行系统改造,建立一套功能完善的无线通信系统。通过力学计算,利用接触网立柱悬挂漏缆,解决地面线路漏缆安装的难题,满足长春市城市轨道交通运营部门的使用需要。     

铁路隧道电分相结构参数与中性线过电压研究

动车组通过电分相时产生的冲击过电压可能危及接触网绝缘和安全运行,设计中对此十分重视,往往要反复计算和进行方案比较,动车组过分相过电压受电分相结构及其感应电压影响较大。针对隧道内电分相结构的等值电容参数计算,利用镜像法推导其计算公式,计算中性线的等值电容和感应电压,仿真动车组通过电分相的过电压,并与无隧道情况进行比较。结果表明,计入隧道影响时的中性线对地电容为11.21 pF/m,比不计隧道增加61.57%,互电容为11.269 pF/m,比不计隧道减小15.11%;中性线过电压比不计隧道增大30%～40%。隧道中电分相结构设计和运行,应高度重视动车组过分相的过电压升高,并采取必要的防护措施。     

基于单端测量的接触网电分相无电区带电状态在线监测系统

铁路接触网电分相非正常带电是接触网运行的重大安全隐患。基于电压感应原理,实时测量接触网电分相无电区的电压变化,通过zigbee低功耗无线模块实时传送给数据集中采集装置,其接收到多个电压采集单元采集的电压脉宽时间值后,经过相应算法实时计算出当前电压值,再由4G/5G网络实时将接触网电分相带电状况上传至接触网运维监控系统,精准诊断分析接触网电分相无电区的带电情况。相较于传统电压互感器在线检测,感应电压虽然误差较大,但从接触网安全运行以及成本和应用效果而言,感应电压检测技术完全可以实时准确地判断接触网电分相无电区的带电情况,并快速报警,为铁路安全可靠运行提供保障。     

地铁微带缝隙天线阵列的设计及其辐射性能研究

微带缝隙天线阵列结构紧凑,覆盖范围广,不容易产生通信盲区,可制成漏缆敷设于地铁隧道内,提高地铁无线通信的可靠性和便利性。基于电磁场与电磁波的传播原理,设计适用于地铁无线通信的微带缝隙天线阵列,运用三维电磁仿真软件HFSS模拟其各项辐射性能指标。仿真结果表明:缝隙的开缝角度和排列方式对天线的辐射性能有影响,当缝隙角度为30°时,回波损耗比增加,电压驻波比减小,天线的辐射效率上升,增益提高;当缝隙八字排列时,馈源端口的相互影响最低,天线的定向性最好,获得的增益最高。     

高铁接触网感应电压的理论分析

针对高铁复线并行线路的接触网感应电压导致人身伤亡事故时有发生的问题，根据电磁场理论中的唯一性定理，推导并论证出了电影响和磁影响感应电压的精确计算公式，以防止采用以前的简易近似计算法公式引起计算错误，避免对施工维护工作及周围电子设备的防护工作造成损失。     

应用地电流计算复线电气化铁道工频危险感应电压

分析直接供电方式中交流电气化铁道接触网间感应电产生的机理，给出感应电压的计算公式，并在计算电感耦合感应电压的过程中，考虑了大地回流对感应电压的影响。对比分析计算结果与以往论文计算结论差异的原因。     

接触网雷击跳闸率的新算法

结合接触网的受雷情况和结构特点建立接触网的雷击模型,分别给出线路遭受直接雷击和感应雷击时接触网的耐雷水平计算公式。基于广义积分法,提出计入感应雷击的计算接触网雷击跳闸率的方法。以常见的复线接触网为例,按照给出的模型和计算方法计算接触网的跳闸率,并将计算结果与实际情况比较。研究结果表明:接触网遭受感应雷击时的耐雷水平较低,因感应雷击造成的接触网雷击跳闸次数占总雷击跳闸次数的31.6%,感应雷击对接触网的跳闸影响是明显的;计入感应雷击计算的总跳闸次数更接近实际运行值。     

高速铁路27.5kV电缆金属护层的雷击感应电压

在建立并验证高速铁路27.5kV电缆分布式参数等效模型的基础上,采用MATLAB软件仿真研究接触网避雷器经接地电阻接地、避雷器故障导致绝缘子发生雷击闪络2种工况下,雷电流波经接触网入侵电缆线芯导体时接地电阻和土壤电阻率对电缆金属护层雷击感应电压的影响,以及电缆长度、雷电流波陡度对电缆金属护层雷击感应电压的影响。结果表明:电缆金属护层的雷击感应电压最大值随避雷器接地电阻的增加而增加,呈线性关系,当接地电阻增加到10Ω时,入侵电缆线芯的雷电流最大值约为13kA,说明避雷器发挥的保护作用受限;避雷器故障导致绝缘子发生雷击闪络时,如果土壤电阻率大于800Ω·m,电缆金属护层的雷击感应电压最大值超出外护套冲击耐受电压,可能导致击穿外护套;长度为500m的电缆其金属护层的雷击感应电压最大值最小;电缆金属护层的雷击感应电压最大值随着雷电流波陡度的增大而增大,但增长率逐渐下降。     

铁路集装箱中心站移动接触网感应电压计算

以国内首个铁路集装箱中心站移动接触网--昆明铁路集装箱中心站移动接触网为研究对象,提出了移动接触网上的静电和电磁感应电压的计算方法,根据昆明站的实际工况计算了移动接触网上的感应电压,可为铁路集装箱中心站移动接触网的设计、防护提供技术支持.     

国家铁道试验中心城轨试验线感应电压抑制装置研究

国家铁道试验中心城市轨道交通试验线建成后与既有环线并行,在城轨试验线接触网上存在严重的感应电压,危害人身安全和设备安全。通过对感应电压的形成进行分析计算,提出感应电压抑制装置的设计方案,并研制出感应电压抑制装置。     

津秦客运专线信号电缆受电磁影响测试与分析

研究目的:高速铁路沿线的信号电缆会受到牵引供电系统电磁危险影响。本文结合津秦客专联调联试,在唐山牵引变电所供电区段对一段2.7 km铁路信号电缆进行感应电压测试,设置电缆屏蔽层单端接地和双端接地,测试不同速度级正常行车情况下和接触网短路故障情况下,信号电缆芯线和屏蔽层的感应电压(电流),为评估高速铁路信号电缆受电磁干扰影响程度以及优化今后信号电缆电磁防护设计提供依据和参考。研究结论:(1)津秦客运专线正常行车情况下信号电缆芯线感应电压可达36 V,接触网故障情况下可达360 V;(2)目前信号电缆采用每3 km分段单端接地的设计方案在接触网正常运行情况下满足电磁干扰防护要求;(3)电缆近侧线路负荷产生的纵向感应电动势为远侧线路的1.3倍,牵引网直供方式产生的纵向感应电动势为全并联AT供电方式的4倍以上;(4)测试电缆屏蔽层双端接地时,对回流的分流很小,但同时在接触网发生短路故障时存在造成电缆烧损的风险,因此应根据信号电缆信息传输可靠性要求等级以及线路的具体情况来合理选择屏蔽层接地方式;(5)本研究成果能够为高速铁路信号电缆接地方式的选择和电磁兼容设计提供指导和参考。     

提高漏泄电缆接续的施工质量

在丘陵、山区铁路线及地铁、矿山通信中,越来越广泛地使用漏泄电缆.其漏缆接头的好坏,直接影响电磁波能量的大小和信号的可靠传输.以下结合京九铁路、神延铁路漏缆施工的经验,介绍提高漏缆接续质量的具体措施.