铁路专用线安全防护系统设计

摘要：由于铁路运输业发展异常迅速，承担着非常大的旅客和货物的运输工作，列车的安全和作业人员的人身安全也就越来越重要。文章介绍了针对四川白马600MW CFB示范工程铁路专用线的安全作业而设计的安全联锁监控系统。

关键词：铁路专用线；安全防护系统；高压负荷开关；远程操作系统；视频监控系统

中图分类号：U177

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2011)07-0061-03

一、概述

近年来，伴随着国民经济的持续增长和人民生活水平的日益提高，带动了社会各领域对安全方面需求的普遍上升。由于铁路运输业发展异常迅速，承担着非常大的旅客和货物的运输工作，列车的安全和作业人员的人身安全也就越来越重要。本设计就是针对四川白马600MWCFB示范工程铁路专用线的安全作业而设计的安全联锁监控系统。

本次设计中，新建铁路专用线必须达到整列到发，因此，从内江南到新建专用线必须挂网，由于从内江南到新建电厂专用线，必须经过华电白马电厂，白马电厂部分生产建筑物跨越了铁路走行线，且这部分跨线建筑物净空高度过低，并有华电白马电厂的工作人员在铁路上部建筑物上作业，必须确保工作人员的人身安全和上部建筑物内的设备安全。作业区是被隔离的无电区，在作业前应通过隔离开关将额定电压为25kV的接触网断开并挂接地线。为了确保上述作业条件，必须通过人防和技防相结合，对隔离开关的动作、跨线建筑物上部作业人员的动向、作业区之外电力机车的移动等状态进行全程安全监控和警示，防止意外发生。

二、设计依据

(一)系统实用性原则

本次设计不片面的追求系统的超前性，追求超前势必造成投资过大，不实际。因此，较高的性价比是首先应遵循的第一原则，就是做到既实惠又实用。

(二)系统可靠性原则

系统中任何一个关键系统出现差错或停机工作将直接影响到整个系统的动作，因此，系统中的各个设备应尽可能属于NO STOP(不停机)系统，以保证工作的正常运行。

(三)系统的完整性原则

功能完善，设备齐全，管理综合是本次设计应考虑的一个因素。

(四)系统的安全性原则

系统中的所有设备及配件在性能安全可靠运转的同时，还应符合中国或国际有关的安全指标，并可在非理想环境下有效地工作。

(五)系统的可扩展的原则

技术不断向前发展，用户需求也发生变化，因此，系统的设计与实施应考虑到将来可扩展的实际需要，可灵活增减或更新各个新的设备，以满足不同时期的需求。

(六)系统易维护性原则

系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行。系统的运转真正做到一通电即可工作，而且维护过程中无需使用过多的专用维护工具。

(七)系统实施可靠性原则

系统实施的工程质量关系到整个系统正常持续的运行，所以本次设计的安防系统的实施应严格按照相关国家标准执行。确保整个系统的可靠性。

三、系统组成及功能要求

本系统由高压负荷开关远程操作系统、视频监控系统、警示系统三部分组成。

(一)高压负荷开关远程操作系统

高压负荷远程控制系统，基于PC机的自动化控制，包括组态软件、监控软件、管理软件及PCI2037继电器控制卡通信接口等组成。

第一，系统的构成。本系统通过工控机软件和硬件结合，运用弱电对远程220V或380V以上的高压进行开关控制，继电器多重级联，实时状态返回，监控辅助操作的自动化控制系统，主要包含弱电控制系统、继电器级联控制电路、多重操作方式电路三个方面。

首先，弱电控制系统。弱电控制系统以部件来分，可分为工控机部分和继电器级联部分。工控部分通过PCI2037分析采集及发出工作指令。安全方便的控制外部其它系统，融合了反馈电路的工控机更全面的完成所有操作。它是由若干子电路构成的，这些子系统共同保障了整个系统的安全运行，并将所有操作信息连接软件进行显示及操作。让操作更方便，直观。

其次，继电器级联控制电路。继电器级联控制电路主要分为主控级联电路和采集级联电路，有效的对强电和弱电进行分离，并且又紧密配合。主控级联电路对分出的信号进行有效的转换，一一对应的发给指定的负荷开关，安全，可靠。

再次，多重操作方式电路。多重操作方式电路，为了方便使用，开关共分为三种操作方式：远控，本地，手动。每一种操作对应的状态，远控软件都对应显示。当闭合时，对应的负荷开关外部警示灯会显示绿灯，提示此负荷开关为开关状态。只有在负荷开关电源灯亮，而且，处于远控操作时，才能远控操作；在本地转换本地时，才可以在负荷开关上用电动进行操作。当电源故障时，紧急状态下，可以用手动操作。

第二，系统功能。

首先，视频监控系统。视频监控主要是对负荷开关的状态进行实时监控。本监控系统使用1TB的空间进行数据存储，最高可存30天，使用LINUX操作系统，嵌入式机箱，方便使用。监控系统分为四个画面，每一个画面对面一个负荷开关，进行日夜监控。以下为主要功能介绍。

其次，监视：监视功能是嵌入式硬盘录像机最主要的功能之一，实时、清晰的监视摄像机的画面。

再次，录像：录像效果是数字主机的核心和生命力所在，在监视器上看去实时和清晰的图像，录下来回放效果不一定好，而取证效果最主要的还是要看录像效果，一般情况下录像效果比监视效果更重要。大部分DVR的录像都可以做到实时25帧／秒录像，有部分录像机总资源小于5帧／秒，通常情况下分辨率都是CIF或者4CIF，1路摄像机录像1小时大约需要180MB～1GB的硬盘空间。

(二)视频监控系统

视频监控是实现控制室对华电跨线建筑物区段、接触网负荷隔离开关进行实时监控，为作业的进行提供图像依据，并保留存档备查。大部分采用智能一体化球机，最大限度的监控发现危险隐患。

(三)警示系统

警示系统又分为广播系统、黄色信号警示灯、红白信号指引灯。其中广播系统可用于通电时的清场，命令的；警示灯和广播系统对高压线的工作情况进行警示；红白信号指引灯对电力机车提供行动指引和依据。总言之是将当时高压情况和执行动作反映出来。

四、各子系统要求

(一)中控室部分

中控室由操作控制台、负荷开关远程操作系统服务器、视频监控服务器、警示系统操作面板构成。其中操作控制台是设备载体，预留一窗为三窗操作台，开孔为21寸液晶显示器，冷轧钢板制作，表面喷塑。在操作台通过对负荷开关远程操作系统服务器、视频监控服务器以及警示操作面板可对整个系统进行全程监控管理。

(二)视频监控系统部分

第一，系统概述及要求。闭路电视监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分，是一种先进的， 防范能力极强的综合系统，它可以通过摄像机及其辅助设备直接观看被监视场所的一切情况，可以把被监控场所的图像内容传递到监控中心，使被监控场所的情况一目了然。特别是近几年来，多媒体技术的发展以及计算机图像文件处理技术的发展，使电视监控系统在实现处理等方面更有了长足发展，从而使电视监控系统在整个安全技术防范体系中具有举足轻重的作用。电视监控系统的另一特点是它可以把被监控场所的图像全部记录下来，这样就为日后对某些事件的处理提供了方便条件及重要依据。总之，电视监控系统已成为安全及保卫工作中不可缺少的重要组成部分。

监控范围：K1、K2、K3、K4负荷隔离开关的开合状态以及华电白马电厂跨线建筑物区段。

华电白马电厂内有25kV的高压，而且距离控制室较远，用传统的视频电缆传输有许多缺陷：第一就是距离过长引起信号衰减，影响图像质量；第二就是高压会对视频线造成严重的干扰，并且极易造成电流反馈，威胁控制室的人员和设备安全。所以在传输的选择上是选择的光纤传输，不受高压和距离的影响，图像质量也能达到最好。在前端设备的选择上选用的是工业场合专用的防爆型产品，最大限度的减少外界环境对设备的影响。控制室采用嵌入式硬盘录像机配以主控键盘，对系统实现实时录像和控制。

第二，设备要求。

首先，嵌入式监控录像主机。采用的嵌入式监控录像主机是当今闭路电视监控系统领域最新型的、性能最卓越的数字化图像记录设备，它将监控系统中所有的摄像机摄取的画面进行实时数字压缩并录制存档，可以根据任意检索要求对所记录的图像进行随机检索。由于采用了数字记录技术，能大大增强录制图像的抗衰减、抗干扰能力，因此无论经过多少次的检索或录像回放都不会影响播放图像的清晰度，而传统的模拟方式记录的录像带在经过若干次检索及回放后，图像质量将会有一定的衰减并引起信号信噪比的下降。当需要对已存储的图像进行复制时，数字记录的图像不存在复制劣化的问题，而模拟方式记录的图像每经过一次复制就要劣化一次。

嵌入式监控录像主机是集计算机网络化、多媒体智能化与监控电视为一体，以数字化的方式和全新的理念构造出的新一代监控图像硬盘录像系统。系统在实现本地数字图像监控管理，加强了整体安全管理。在系统中，所有图像数据均以数字形式保存，这与传统的模拟信号系统相比较，打印出的照片具有更高的清晰度和逼真感，数据的传输更可靠，速度更快。系统以模块化设计为基础，各个模块包括：信号采集模块、监控模块、图像录制模块、远程访问模块和中央控制模块。整个系统维护简便，易于安装。

嵌入式监控录像主机不再拘泥于传统的图像切换方式，使系统具有极强的安全管理能力。监控图像通过图像录制模块以高压缩率存储于高容量磁盘中，可随时供调阅、快速检索。也就是说，可将多个摄像机的多路图像实时显示于一台监视器上，同时，还可将所有的图像录制于其配套的存储服务器中，以备回放、查找和转换，并可将图像备份至外置硬盘中。相对于传统的磁带记录方式，操作简便，可靠性，回放质量更高。所有记录可供长时间保存，重复利用率极高，还可被转录制成光盘用于存档保存。

其次，智能球型摄像机。采用1／4sony EX viewHAD CCD与数字信号处理技术(DSP)；480线彩转黑IRCUT双虑光片，可感应红外最低照度：0.01LUX／0LUXLED 0N；22倍光学变焦(3.9～86.8mm)，25倍电子放大；屏幕菜单，RS－485通信控制／PELC0－D&P／SK－S3级背光补偿。

(三)警示系统部分

系统概述及要求：警示系统又分为广播系统、黄色信号警示灯、红自信号指引灯。其中广播系统可用于通电时的清场，命令的；广播系统、警示灯对高压线的工作情况进行警示；红自信号指引灯对动车组提供行动指引和依据。总之是将当时高压情况和执行动作反映出来。

在需要高压合闸时，广播系统提前5分钟连续播放清场指令通知在场人员退场，警示灯提前3分钟开始闪烁提示即将进入工作状态，时间到后信号指引灯发出指引信号，红色表示电力机车不能驶入，白色表示可以驶入。当无电力机车进出专用线时，信号指引灯应关闭，避免专用线内内燃机车的正常作业。

五、系统的质量保证体系

该系统的设计、安装、调试，软件开发，技术培训，售后服务等都由专业系统工程师自始至终负责。而系统工程师与软件工程师之间有标准的技术交接规范。施工阶段系统工程师都会在现场办公，对施工进行技术指导，及时解决施工中出现的问题，确保施工的进度和质量；系统调试时，将由系统工程师和软件工程师共同完成。

六、结语

综上所述，在内江白马电厂采用由高压负荷开关远程操作系统、视频监控系统、警示系统三部分组成的安全防护系统，较好地解决了铁路专用线上方构筑物的人身和设备安全，系统的维护简易，可靠性性很高，投资较为节约，具有很大的推广价值。