GPRS技术在铁路电力系统应用的探讨

GPRS技术在铁路电力系统应用的探讨
作者：周奉聚
来源：《科技创新导报》 2014年第5期
周奉聚
(济南铁路局建设项目管理中心济南 250001)
摘要：该文主要从GPRS在铁路电力监控系统的应用出发，对GPRS无线通讯技术进行研究，并提出GPRS无线通讯技术的主要功能和优点。

关键词：GPRS 电力监测无线通讯
中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)02(b)-0023-02
目前，我国铁路牵引供电系统和10KV配电所设备、电力贯通线基本实现了远动管理，具备了遥测、遥信、遥控、遥调等“四遥”功能，铁路信号供电等一级负荷电源也具备了双电源监
测功能。

GPRS/CDMA等无线技术的迅速发展为实现偏远、分散电源的远程管理提供了有力的技术支撑，在无需敷设光纤、通讯线缆的情况下即可将监测数据传至调度管理系统，大大降低了项目
的实施难度及建设费用。

1 铁路电力监控通讯方式
铁路电力监测系统的通讯是整个电力信息交互的介质，随着铁路电力监测的普及及信息量
的增加，通讯通道也经历了不同的发展时期。

早期的通讯通道一般采用GSM无线拨号方式或音
频电话专线方式，以上方式均为点对点模式，在应用上存在一定的缺陷：(1)不易扩容。

由于采用点对点模式，随着监控点的增多，监控主站也需要增加MODEM等相应的硬件设备，长此以往
就会造成监控主站的设备臃肿，故障率增高。

(2)实时性差。

无论是采用无线拨号还是音频电话专线方式，在通道建立过程中存在振铃、摘机等工作，造成“握手”时间较长甚至到几分钟才
能建立通道。

同时，受传送速率的限制，在数据量大时容易造成通讯堵塞。

(3)稳定性较低。

在数据传输过程中由于受环境或外围设备的影响，容易发生通道中断，需要重新建立链接。

(4)运行费用较高。

目前主流的远动通讯通道多采用基于TMIS网络（铁路运输管理信息系统）和基于SDH/PDH
传输设备构成的E1环形通道以及GPRS/CDMA无线通讯等几种方式。

其主要优势：(1)便于扩展。

对新的监控点主站不需要增加硬件设备即可接入。

(2)实时性好。

可以连续进行大数据量数据传输，保证每个监控点的数据及时送到监控主站。

(3)稳定性好。

（4）运行费用低。

2 GPRS无线通讯技术
GPRS是“通用分组无线业务（GeneraIPcaketRadioService）”的英文简写，它采用与GSM 相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。

引入了分组交换的传输模式，提供高达115kbps的传输速率。

是介于第二代与第三代之间的一种网络
通讯技术，即人们常常提到的2.5G概念。

GPRS无线通讯技术的重要特征是将移动无线网络与互联网这两大热门技术结合起来。

为分
散区域大、布线困难、数据量不大但需要远距离进行数据传输的应用场合提供良好的解决方案。

只要监控中心能够连接到互联网并且能够分配到固定不变的IP地址，而监测点有良好的移动通讯设备的信号覆盖，则各监测点与监控中心将很容易的建立客户端与服务器的网络连接关系，
实现一点对多点的无线数据传输。

无线网络传输的基本结构(图1）。

3 GPRS无线通讯技术应用于电力监测系统
3.1 电力监测系统构成
铁路电力监测系统一般由监控主站、通讯通道、监测终端等三个层次组成。

（1）监控主站作为是整个铁路电力监测管理的最高层，一般设置在供电段的调度中心，负责供电段所辖区域内电力监测数据的接入、展示、电力设备控制操作、数据存储、历史查询等。

监控主站一般采用前置机/服务器冗余模式，以SCADA（监视控制和数据采集）、GIS（地理信
息系统）作为平台，实现供电网络的实时监视和控制，分析供、配电网络及电力设备的运行状态，从而达到对供配电网络的有效管理，提高设备的运行效率和供电可靠性。

（2）通讯通道是整个电力监测信息交互的介质，在不同的发展时期及不同的现场条件下可采用多种数据传输模式。

例如，电话拨号、电话专线、以太网通讯、E1环网通道、无线数传模
块GPRS/CDMA等方式。

（3）监测终端设置在10KV配电室、10KV高压分接箱、10/0.4KV变电室、箱式变电站等，主要功能是实时监测高低压供电回路的电压、电流、功率、电能、功率因数等基本电力参数及
高低压断路器运行状态、负荷开关运行状态、就地/远程开关状态的监视及分合控制。

电力监测系统的基本结构如(图2)。

3.2 GPRS技术的实际应用
在铁路电力监测系统中采用GPRS作为通讯通道，则要求监控主站可以连接到互联网并且可以获得固定IP地址，连接模式采用客户端/服务器模式，一般将监控主站作为服务器，监测终
端作为客户端。

（1）数传通道的建立。

在监测点较偏远，敷设通讯线缆难度较大且监测过程中不需要进行远程远动操作的情况下，可采用GPRS无线通讯方式实现数据的远程传输。

在监测点安装GPRS
数传DTU，然后将监控主站的固定IP地址及连接的端口号维护到监测终端中的DTU通讯模块，
并将通讯模块设置成客户端工作模式。

在维护完成后，监测终端即会根据以上信息主动向监控
主站发起连接请求，而监控主站作为服务器会实时侦听端口上的握手信息，侦听到连接请求并
进行回应，直到握手建链成功。

在监控主站与监测终端握手成功后，则主站管理软件即可根据
事先确定的通讯规约与监测终端进行数据交换，可以将监测终端采集的电压、电流、功率、电能等电力参数经过GPRS建立的无线通道上传到监控主站。

（2）GPRS通讯优势。

投资少：无需敷设专门的通讯线缆，只要在监测点增加相应的GPRS 无线通讯设备即可实现监测数据的远程传输。

网络频谱效率高：GPRS技术只有在进行数据通讯时才占用无线资源，同时，一个无线信道可以为多个GPRS无线用户提供服务。

传输速率高：GPRS分组数据传输速率相对CSD数据业务有了很大提高，尤其适用传输不连续的突发数据，该特点和很多铁路信息传送的应用场景相符。

GPRS在不同的无线环境下可以提供9.05kbps\13.4kbps\15.6kbps\21.4kbps四种不同的数据传输速率。

4 结语
该文从铁路电力监测出发研究了GPRS无线通讯技术在电力监测系统中的应用。

GPRS无线通讯方式使用简单、方便，不受环境、天气、距离等外部因素的影响，无需进行施工，特别适用于铁路电力监测系统中监测点的分布区域狭长、分散、偏远、数据量小等特点的应用，必将会得到大量的推广和应用。

参考文献
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[2] 杨思甜，杨树青.GPRS远程监控在铁路电力系统中的应用[J].大功率变流技术，
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[3] 崔永利.GPRS在铁路通讯中应用探讨[C]//GSM-R移动通讯及无线电管理学术会议论文集.2006.。