1   目标和概述

高速铁路牵引供电系统中下锚补偿装置的重要性不言而喻，如果超出标准值（极限值），将影响行车安全，对供电系统的安全性造成威胁。补偿装置的高度是一个动态值，一天24小时都会发生变化，特别是遇到外界特殊天气（狂风暴雨、冰冻雨雪等），极有可能导致补偿装置出现问题，如果不及时发现处理，就可能造成恶劣影响。

截至目前，国内外对于下锚补偿装置都是人工定期巡检，查看是否出现超出标准值、卡滞、落地等现象。 这种定期巡检最大的缺点就是获取信息不及时，因为在 发现问题时，问题已经产生了。为了弥补获取信息的不及时，以及避免人为定期巡检带来的麻烦，公司研发了一种下锚补偿装置在线云平台监控系统，实现24小时不间断实时监测，出现极端情况马上触发报警。

2　系统解决方案详细介绍

2.1　方案介绍

该系统可以监测下锚装置的高度变化，避免下锚装置出现卡滞、落地等威胁行车安全的情况。该系统通过太阳能供电，采用GPRS实时数据传输，可充分利用现有资源——中国移动全国范围的电信网络，方便、快 速、低建设成本为数据终端提供远程接入部署。云平台 不仅可以监测每小时的高度变化，还可以将采集到的数据可视化，有效地传达监测信息。适用于城市轨道交 通、高速铁路等领域，尤其在距离远的线路上优势更加 明显。

2.2　系统组成

该系统主要包括硬件数据采集系统和监测系统，通过传感器实时监测补偿装置的高度，将采集到的外界环境参数比如温湿度、风速等数据一并传到后台服务器，后台通过数据处理，监测平台以统计图表的形式将变量展现出来，可以清楚地看到每个补偿装置的变化率和历史数据，进而有针对性地处理超出标准值或有发展趋势的补偿装置，达到健康管理的效果。 核心设备介绍

（1）高精度激光测距传感器

· 该项目采用高精度的激光测距传感器作为感知单元；

· 该传感器支持高精度定时位移测距，支持本地 LED距离显示；

· 测量量程：0.3m~30m、80m、200m可选；

·测量精度：±1cm和±1mm两种精度可选；

· 测量频率：100Hz；

· 自带继电器报警输出；

· 探测角度：1.5°；

· 光源类型：一类安全光源（CLASSI）。

（2）边缘智能数据采集主板

该主板紧贴项目应用需求，采用32位处理器可以在本地实现一定的数据换算和分析功能，具备10种不同的数据接口，支持18位AD采样，具备千分之一的高精度换算分析功能，可同时支持6种不同信号采集形式的传感器，最多可同时处理8个传感器数据，如：位移、 温湿度、风力、风速、PM2.5等，该主板还自带一路继 电器控制输出功能，可以通过云平台进行远程手动控制，还可根据计算结果实现云端或本地自动控制功能， 如声光报警灯、电机、除湿机、排风扇等自动控制。

（3）小型UPS电源管理主板

· 专为传感器数据采集供电设计，支持多种电池类型；

· 提供DC4.2V标准充电接口；

· 支持18V标准太阳能供电；

· 自带一体化户外防水机壳；

· 自带防雷及防水电源开关设计；

· 支持市电供电及备用电池充放电；

· 最大充电电流：2.4A；

· 电池容量：21,000mA·h（一体化设备标准容量）

· 输出电压：DC12V；

· 输出最大电流450mA。

（4）高强度一体化移动导轨

该装置采用高强度国标钢材设计，外表面采用镀锌处理，具备较好的抗氧化能力，设计可移动式轨道槽，可以自由移动传感器的安装位置，并配有紧固装置，方便在不同杆体结构的基础上调整激光传感器的对应角度，该导轨还设计有太阳能固定装置、探测主机固定装置，整体设计牢固美观，适用性强。

（5）数据管理平台

数据管理平台是本次设计的重点环节，该平台采用最新的微服务架构，模块化设计，支持两级授权、三级 访问，支持电子地图和GIS地图两种形式，可进行公有云和私有云布署，同时具备大数据分析功能，可以通过历史数据分析每个区段、每个设备的报警数据、故障数 据、隐患排名等，还可以对上传的监测数据进行特征值设置，超过设置值后，系统会自动发出报警提示，并可关联对应的联动装置，及时作出反馈。

2.3　系统创新

（1）下锚补偿装置实时监测系统是国内首例将补偿装置与物联网结合的案例，符合牵引供电系统整体的发展方向；

（2）利用前沿的智能算法及大数据进行健康管理，预判该补偿装置下一步可能出现的情况，防患于未然；

（3）该系统的监测平台，通过界面切换和调取数据库可以监控多条线，完全满足城市轨道交通的运营模式和需求。

2.4　技术优势

（1）获取下锚补偿装置信息及时、准确，不受环境影响；

（2）节省人力和时间，不用现场巡检，通过人机界面可以在PC端实时监测查看，清晰明了；

（3）信息反应更加直观和立体。不仅可以看到每个下锚补偿装置实时监测值，通过图形反应24小时的变化情况，还能反映出近期每个补偿装置的整体走 向，对于超出标准值补偿装置，可以通过告警来获取位置和偏离高度；

（4）可以挖掘数据，结合历史数据和外界环境因素等利用智能算法分析数据走向，判断该补偿装置下一步的情况，达到健康管理的目的；

（5）应用范围广，可以应用在高速铁路牵引供电系统，也可以应用在城市轨道交通牵引供电系统中。

3　代表性及推广价值

该系统的首套装置已在高铁线路中得到应用，结合采集的数据和曲线图，符合下锚装置一天的动态变化，经过实测，精度误差维持在0.5~1cm，在标准范围内。目前已在44个监测点长期运行采集，该领域目前尚属空白，根据中铁推广计划，全国高铁里程目前已经超过2.9万公里，按照每两公里有4个，至少5.8万 个，预计未来市场预期将突破10亿产值，此方案的投入使用，大量降低铁路巡检工作的负担，为铁路运营安全提供可靠的技术保证。

摘自《自动化博览》2021年5月刊