[发明专利]一种接触网电力线通信的发送端、接收端、系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路信号通信城轨信号通信技术领域，尤其涉及一种接触网电力线通信的发送端、接收端、系统及方法。

背景技术

铁路运输的最重要主题就是安全和效率，而信号通信系统就是提高效率保证安全的重要前提。目前,车—地信息传输方式主要包括轨道电路、轨道环线、漏泄波导、查询应答器、无线通信等。这些传统的通信方式各有优缺点，有可能由于受到地质结构、轨道污染锈蚀、机车牵引电流干扰等因素影响而使信号受阻，也可能由于雷暴泥石流等外力导致信号设备失灵。目前公开的技术使用物理结构稳定的接触网进行信号的传递。

1）电气化铁路和城轨的动力源都是电能，电气化铁路和城轨的牵引供电系统在结构上有所不同，但是其原理没有太大的差别，其牵引供电系统主要都是由牵引变电所和接触网两大部分组成。一般来说，电气化铁路的接触网采用的是架空接触网，而城轨的接触网既有采用架空接触网的形式，也有采用铺地的接触轨也称第三轨的形式。车上的受流器通过与接触网可靠地滑动接触受流，不断取得电能，以维持电动车组的稳定运行。电气化铁路是靠弓式受流器与架空式接触网滑动受流，接触轨式的受流器又称集电靴，电动车组通过机车侧面伸出集电靴与接触轨滑动接触而取得电能。

在我国电气化铁路的电力牵引系统中，高压输电线一般为110千伏左右，馈电线为27千伏，而接触网最高工作电压为27.5千伏，瞬时最大值为29千伏，最低工作电压为20千伏，非正常情况下，一般要求不得低于19千伏，且为单相工频电流。城轨的接触网或接触轨的电压等级一般为1500V或者750V。我国电气化铁路一般采用单相工频交流供电制式，为了使供电系统三相负载平衡同时提高电网利用效率，其接触网采用换相分段供电机制。因此，接触网在直供区段每20至25千米，AT供电方式区段每40至50千米，按照设计规范要设置90至200米的分相区，且有的供电方式采用的是单边供电，那么接触网一般在两个相邻的牵引变电所中间会断开，将供电区域分成两段，每一个供电段只从一侧的变电所取得电能。为了实现供电的灵活性并缩小事故影响范围及停电检修接触网的要求，接触网上还设置了许多没有在图上标注的电分段装置。因此，从信号传输的角度看，这些分相区、电分段装置和供电区域的分段都会造成信号传输通道的中断，图1为电气化铁路电力牵引系统。

在弓网滑动或集电靴与轨道滑动时，由于接触网的不平顺和受电弓或集电靴振动也会使得受流器和接触网瞬时断开。在更恶劣的条件下，甚至还会使受电弓或集电靴与接触网之间产生电弧，出现一个短暂的强脉冲，这不仅对接触网的受流质量产生影响，这种强脉冲对数据包的损坏大多数时候是无法纠错复原的。受流器的时断时续和电弧产生的脉冲都会增加信息传输时噪声的污染。因此，由以上对电力牵引系统，特别是接触网与受流器的工作状态可以看出，接触网物理层具有一般中压电力线物理层噪声以外的其它特点，特别是由分相区、电分段装置和受流器与接触网的时断时续等原因造成物理层传输的时断时续，再加上由电弧产生的脉冲干扰、电磁场干扰等等，从总体上看，接触网其特征类似于具有强噪声高删除概率的通信信道。但是又由于接触网是电气化铁路和城轨牵引系统的最重要设备结构，且接触网是露天设置的，而线路上的负荷又是随着电力机车沿接触线移动而不断变化的，运行环境具有不可测性，因此对接触网的结构和安全性要求很高，基本要求如下：

（1）接触网设备结构尽量简单坚固，便于施工、运营和维修。在出现事故的情况下，便于抢修和迅速恢复供电。

（2）在机车高速运行过程中，在恶劣气候条件下，都要保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定性和足够的弹性。

（3）接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力并要尽量延长设备的使用时间。

接触网的分布广、高稳定性和高强度是其最大的优点，如果一般的通信物理层因天气或者地形等原因出现故障时或者失灵时，接触网是一个可以值得信赖的信息通道。其物理层模型由上文可以简单总结为由一般中压电力线物理层的五种噪声加上由受流器和接触网接触不良产生的电弧噪声的强噪声删除物理层。