自由空間光通信(FSO: Free Space Optical Cammuni-catlon)或稱無線光通信是光通信和無線通信結合的產物，它是用小功率的紅外激光束在大氣中傳送光信號的通信系統。FSO是物理層傳輸設備，以光為傳輸媒介，任何傳輸協議均很容易疊加上去，對數據、語音、圖像信息等業務實現全雙工傳輸。激光具有直線性和窄波束的特點，FSO主要用于點對點的視距傳輸，任何光束的遮擋都將對通信造成影響。同時，要求兩端設備對準且固定牢穩，以保證對光信號的直接有效接收紅外波段較微波波段的波長更小，這使得FSO具有更寬的傳輸帶寬、更高的接收靈敏度、更強的抗干擾抗惡劣氣候的能力。FSO常用的兩種工作波長為850 nm和1 550 nmo 850 nm波長的設備便宜，但傳輸距離不太遠;1 550 nm波長的設備價格稍高，但它具有更大的輸出功率，更遠的工作距離，從而可以消除惡劣氣候的影響(FSO最大的干擾是惡劣氣候)。同時，FSO只需進行屋頂天線安裝等簡單的布設，避免了鋪設有線電纜或光纜時挖溝的繁瑣工作，能以最快的時間提供高質量的服務 。

FSO具有以下的特點和優勢

1)頻帶寬，速率高，容量大 從理論上講，FSO的傳輸帶寬與光纖通信的傳輸帶寬相同。投入商用的無線光通信，最高速率可達622 Mbit/ s，這足以進行各種控制信號和視頻信號的傳輸。

2)架設靈活便捷 鋪設光纜是件頭疼的事，尤其是要穿越已經鋪設好的鐵軌。但是采用FSO卻方便得多，只需在隔離開關下方電桿的適當高度安裝無線光通信的發射和接收裝置，這可以在幾小時內完成，因此大大縮短了施工周期。

3)通信協議透明 FSO產品是一種物理層的傳輸設備，它以光為傳輸媒介，適用于任何通信協議，支持高速率的數據、聲音和圖像等各種信息的傳輸。

4)無需頻率許可證 無線電通信(如微波)在鐵路上的使用必須向當地鐵路局無線科申請頻率許可證，經當地政府無線電管理委員會備案后，方可使用。如果采用FSO，則無需頻率申請。

5)小型化 FSO的光學發射天線尺寸很小(10 ~30 cm)，其無線接收器大小跟一部保安攝像機相比擬，可以方便架設。光學天線對激光束具有很好的聚束作用，增益很高。另外，FSO一般采用的半導體激光器發光效率很高，功耗卻很小，因此系統設備極易小型化，而且具有集成化的可能。

當然，FSO激光光束在大氣傳輸中易受大霧等惡劣天氣的影響，使通信可靠性降低。此時可以加大激光輸出功率，同時采用1 550 nm的激光可增大激光穿透大霧的能力，確保正常通信。

接觸網隔離開關是電氣化鐵路電力牽引供電的重要設備，其主要功能是隔離故障、分段作業及改變運行方式等。在樞紐站場存在數量眾多、分布范圍較廣的接觸網隔離開關，因此對其實施遠動操作及集中監控具有極大的實用意義。國外電氣化鐵路發達的國家如日本、法國、德國等均已實現了接觸網隔離開關的遠動集中監控。但是，在國內除對牽引變電所、開閉鎖、分停區實現了遠距離監控外，只在少數幾條鐵路線上安裝了電動機遠動操作系統和集中監控系統，如南寧至昆明線，貴陽南機務段和六盤水南站。而在這幾條線上，對接觸網隔離開關的集中監控信號均采用電纜或光纜的有線方式進行傳輸，都必須面對一個非常棘手的問題，即電纜或光纜必須穿越軌道。這對既有線路來說，施工量大，而且可能影響到鐵路運營。有人提出采用電磁波的傳輸方式，但是電磁干擾、現場氣候(如大霧)、無線電頻率占用等問題遲遲未得到解決。由此，決定采用無線光通信結合光纖通信的方式進行監控信號的傳輸 。

采用無線光通信結合光纖通信的接觸網隔離開關集中監控系統可以分為四大組成部分:中心控制系統、光纖傳輸信道、有線/無線光數據轉發、當地無線受控電機

1 )中心控制系統主要包括兩臺P4工業控制計算機(主機A和備用機B ), 17寸彩色液晶顯示器;101工業鍵盤.鼠標.打印機.話筒一對音像;UPS電源;前置機，調制解調器;模擬屏(用燈光顯示各股道接觸網隔離開關的開合狀況)。其功能是供值班人員在值班室通過操作計算機就可實現隔離開關的遠動操作。中心控制系統可細分為:計算機操作系統、語音系統、視頻監控系統、身份驗證系統、控制信號系統和模擬屏顯示系統。

2)光纖傳輸信道主要用于遠距離連接中心控制室和FSO中心設備。注意，光纖應沿著鐵軌沿線鋪設，在必須穿越鐵軌的地方采用FSO連接。如果中心控制室和無線受控裝置距離在FSO的有效通信距離內，可以不用鋪設光纖，將中心控制系統與FSO中心端直接相連，從而與FSO遠端進行通信。

3)有線/無線光數據轉發即FSO設備，它將從主控室或是隔離開關當地受控裝置發送來的電信號(或光信號)轉換成激光信號(或電信號)，經過光學天線發射(或接收)。該系統的最大特點是無需挖溝鋪設電纜或光纜，直接架設FSO設備跨匾通信。

4)當地無線受控裝置包括UPS電源，電動機系統，隔離開關，數據采集系統，身份識別系統，語音系統，攝像系統，手動隔離開關系統，近動控制面板。當地的所有有用信號通過數據采集卡處理后再與FSO遠端連接，從而與FSO中心端通信。

接觸網隔離開關集中監控系統遠動操作

司機或電網檢修員到值班室申請操作遠方隔離開關，值班員在主機A前操作(值班人員也需口令才能進入隔離開關計算機操作系統)。首先，要求司機或檢修員輸入代碼和密碼，通過驗證后，隔離開關操作系統中的按鈕才被激活，此后，計算機自動記錄操作信息。值班員鼠標點擊隔離開關操作系統中的按鈕，系統發出分離隔離開關的命令。此命令信號經預處理后進入光纖信道，到達中心端，經光學天線發射，再被其光路上的遠端接收，經數據采集卡處理后控制電動機朝打開隔離開關的方向轉動，隔離開關自動分離并掛接接地線。傳感器把隔離開關的狀態信息返回主控制室。司機或檢修員和操作員一同確認開關打開后，點擊該道的閉鎖按鈕，使該道的操作按鈕處于閉鎖狀態。這時，司機或檢修員方可上機車頂操作。

接觸網隔離開關集中監控系統近動操作

司機或電網檢修員打開當地控制箱，先開啟近動操作電源，然后申請近動操作，遠方值班員操作計算機，語音提示輸入代號和密碼，通過系統驗證后，近動操作面板上的遠動/近動選擇按鈕和手動操作的閉鎖鑰匙箱門才被激活，同時計算機自動記錄每步操作的信息。司機或檢修員把遠動/近動選擇按鈕撥到近動，隨即便對隔離開關進行操作，傳感器把隔離開關的狀態信息返回主控制室。如果電動機系統出現問題，可從手動操作閉鎖鑰匙箱中取出鑰匙，打開手動操作把的閉鎖，實現手動操作。手動操作完畢，把手動操作的閉鎖鑰匙放回箱中。最后，把遠動/近動選擇按鈕撥到遠動，關閉近動操作電源，從而起到了近動控制的閉鎖。

開關到位與否的判斷可以采用三重傳感器監測，確保隔離開關開合正常。首先在電動機傳動裝置內安裝行程開關，當隔離開關到達‘分，或‘合，位置時，行程開關也到達觸點，發出開關到位信號。再次，可以監測接觸網上的電壓，隔離開關閉合時，接觸網上應為高電壓;隔離開關分離時，由于已自動掛接接地線，故接觸網上應為零電壓。最后，安裝攝像機，在主控室實時監控隔離開關的開合情況。三重保護，確保對隔離開關的安全操作。

傳統的隔離開關操作方式不能充分利用‘天窗’時間，增加了停送電時間，也加大了值班人員的勞動強度。隨著我國電氣化鐵路的發展，采用接觸網隔離開關集中監控系統是必然的。在各種隔離開關集中監控系統方案中，采用無線光通信結合光纖通信作為信號的傳輸通道最為方便實用。它不僅能克服采用完全有線方式需要穿軌的缺點，又不像使用無線電方式那樣需申請頻段且易受電磁干擾。通過采用1 550 nm的激光波長和加大激光輸出功率，完全可以實現在幾百米內無誤碼通信。目前，無線光通信的應用還未普及開來，FSO設備自身成本還較高，但省去了昂貴的管道鋪設和維護費用，造價與有線傳輸方式相比擬。隨著FSO設備技術的成熟，成本的降低，該接觸網隔離開關集中監控系統方案必能在全國鐵路系統得到推廣 。

實現接觸網隔離開關的遠程控制是鐵路電氣化發展的趨勢，而以往采用的有線方式進行隔離開關的控制存在一些弊端 。

接觸網隔離開關作為電氣化鐵道牽引供電的重要設備，主要用于隔離接觸網上的故障點域段)、分段停電檢修、改變供電方式等。目前，遠程控制接觸網隔離開關的系統已經出現，主要采用微波或有線的方式連接。而本采用GPRS無線方式進行遠程通信，主要完成對接觸網開關的遙控和現場電動、手動操作功能。值班人員在值班室可以在微機上通過操作鍵盤或鼠標直接操作各接觸網隔離開關，代替了人工步行至現場就地操作的落后方式，不僅大大縮短了停送電時間，也降低了工作人員的勞動強度，保障了工作人員的人身安全，同時成本也大為降低。

開關控制系統研究背景

接觸網開關(隔離開關或負荷隔離開關)系電氣化鐵道牽引供電的重要裝置之一，一般設置在區間和站場接觸網交接的咽喉處、股道之間和線群之間接觸網的聯接處。

對單線電氣化區段而言，接觸網上開關均采用隔離開關。而在有“V停反行”要求的復線電氣化區段，為節省投資，慣用的做法是在站場的一側使用隔離開關，另一側安裝負荷隔離開關(這種開關有負荷開關和隔離開關的雙重功能)。無論是隔離開關還是負荷隔離開關，其作用都是保證接觸網停電檢修和實現接觸網故障隔離。由于接觸網開關安裝位置遠離車站，且通常采用人工操作方式，因此天窗時間也得不到充分利用，故障隔離功能難以實現。

隨著近年來電氣化鐵道承擔運量的日益增加，相應運營部門對牽引供電系統的供電質量和供電水平的要求也愈來愈高，特別是復線區段“V型天窗”和“反向行車”要求的提出，使得接觸網開關遠動化已成為必然趨勢。

開關控制系統技術要求

因接觸網開關的運行與鐵路行車關系極為密切，故其控制系統必須滿足以下技術要求：

(1)沿線路分布的接觸網開關必須由鐵路分局電力調度直接進行集中監控，以便和行車調度有機配合。

(2)對接觸網開關的控制必須與牽引變電所(開閉所或分區亭)饋線斷路器實現聯鎖，以防止違反供電規則的誤操作。即只有將接觸網開關的控制系統作為子系統納入現行牽引供電遠動系統中，聯鎖功能才能實現。需要說明，若接觸網上全部配置負荷隔離開關，則無此要求。

(3)接觸網開關作為控制目標，呈帶狀分布。不但點多，而且分散，通訊網的結構設計應充分考慮整個系統的響應時間。

開關控制系統系統控制方式

接觸網開關的設置因單、復線而異，車站的等級和作用不同，網上開關的配置亦不相同。對一般站場來說，單線每側一臺，復線每側兩臺，開關安裝位置距車站中心約為1.5~2km，而大型編組場的接觸網開關可多達20臺左右，且分布在5~10km的半徑內。根據接觸網開關的設置特點，對其控制有三種方式，即集中控制方式、分散控制方式和無線電控制方式，如圖3所示。

所謂集中控制方式，是將本應在車站兩側的接觸網開關通過高壓供電線集中在車站附近進行控制。分散控制則是在車站處安裝被控終端，而將控制及信號電纜引至開關處。集中控制和分散控制均屬有線控制。

無線電控制方式，其實現方法是在車站處設置無線通訊控制器(RCC)，而在每臺開關支柱的下方安裝無線遙控執行單元(REU)。對于集中控制方式，其優點在于接觸網開關的集中設置，便于管理和控制。缺點是受高壓供電線路徑和開關場地的限制，在山區極難實現。分散控制雖無需架設高壓線路，但要把若干控制和信號電纜從車站分別引至開關處。由于電纜要沿線路并穿越股道敷設，故施工成本較高，且不易維護。而無線遙控方式，則完全克服了有線控制的缺點，既不需架設高壓線路，又不需建設低壓控制與信號電纜，從而大大降低了施工難度和成本，且易實現。

按其安裝方式的不同

可分為戶外隔離開關與戶內高壓隔離開關 。戶外隔離開關指能承受風、雨、雪、污穢、凝露、冰及濃霜等作用，適于安裝在露臺使用的隔離開關。

按其絕緣支柱結構的不同

可分為單柱式隔離開關（single-column disconnector)、雙柱式隔離開關（double-column disconnector)、三柱式隔離開關（three-column disconnector)。其中單柱式隔離開關在架空母線下面直接將垂直空間用作斷口的電氣絕緣，因此，具有的明顯優點，就是節約占地面積，減少引接導線，同時分合閘狀態特別清晰。在超高壓輸電情況下，變電所采用單柱式隔離開關后，節約占地面積的效果更為顯著 。

按電壓等級的不同

低壓隔離開關

電氣設備進行維修時 ，需要切斷電源，使維修部分與帶電部分脫離，并保持有效的隔離距離，要求在其分斷口間能承受過電壓的耐壓水平。刀開關即作為隔離電源的開關電器。隔離電源的刀開關亦稱作隔離開關。隔離用刀開關一般屬于無載通斷電器，只能接通或分斷“可忽略的電流”（指帶電壓的母線、短電纜的電容電流或電壓互感器的電流）。也有的刀開關具有一定的通斷能力，在其通斷能力與所需通斷的電流相適應時，可在非故障條件下接通或分斷電氣設備或成套設備中的一部分。 用做隔離電源的刀開關必須滿足隔離功能，即開關斷口明顯，并且斷口距離合格。 刀開關和熔斷器串聯組合成一個單元，稱為刀開關熔斷器組合電器；刀開關的可動部分（動觸頭）由帶熔斷體的載熔件組成時，稱為熔斷器式刀開關。刀開關熔斷器組合并增裝了輔助元件如操作杠桿、彈簧及弧刀等可組合為負荷開關。負荷開關具有在非故障條件下，接通或分斷負荷電流的能力和一定的短路保護功能。

高壓隔離開關

GN系列戶內高壓隔離開關

高壓斷路器

GW系列戶外高壓隔離開關

常見高壓隔離開關型號

CR 中心斷口隔離開關（126kV~252kV）

DR 雙面隔離開關（72.5kV~363kV）

KR 雙柱水平伸縮式隔離開關（126kV~550kV）

PR 單柱雙臂垂直伸縮式隔離開關（126kV to 500kV）

SR 水平旋轉單側斷口式隔離開關（40.5kV）

VR V型中心斷口隔離開關（126kV）

YR 單柱單臂垂直伸縮式隔離開關（126kV~550kV）