自由空间光通信(FSO: Free Space Optical Cammuni-catlon)或称无线光通信是光通信和无线通信结合的产物，它是用小功率的红外激光束在大气中传送光信号的通信系统。FSO是物理层传输设备，以光为传输媒介，任何传输协议均很容易叠加上去，对数据、语音、图像信息等业务实现全双工传输。激光具有直线性和窄波束的特点，FSO主要用于点对点的视距传输，任何光束的遮挡都将对通信造成影响。同时，要求两端设备对准且固定牢稳，以保证对光信号的直接有效接收红外波段较微波波段的波长更小，这使得FSO具有更宽的传输带宽、更高的接收灵敏度、更强的抗干扰抗恶劣气候的能力。FSO常用的两种工作波长为850 nm和1 550 nmo 850 nm波长的设备便宜，但传输距离不太远;1 550 nm波长的设备价格稍高，但它具有更大的输出功率，更远的工作距离，从而可以消除恶劣气候的影响(FSO最大的干扰是恶劣气候)。同时，FSO只需进行屋顶天线安装等简单的布设，避免了铺设有线电缆或光缆时挖沟的繁琐工作，能以最快的时间提供高质量的服务 。

FSO具有以下的特点和优势

1)频带宽，速率高，容量大 从理论上讲，FSO的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同。投入商用的无线光通信，最高速率可达622 Mbit/ s，这足以进行各种控制信号和视频信号的传输。

2)架设灵活便捷 铺设光缆是件头疼的事，尤其是要穿越已经铺设好的铁轨。但是采用FSO却方便得多，只需在隔离开关下方电杆的适当高度安装无线光通信的发射和接收装置，这可以在几小时内完成，因此大大缩短了施工周期。

3)通信协议透明 FSO产品是一种物理层的传输设备，它以光为传输媒介，适用于任何通信协议，支持高速率的数据、声音和图像等各种信息的传输。

4)无需频率许可证 无线电通信(如微波)在铁路上的使用必须向当地铁路局无线科申请频率许可证，经当地政府无线电管理委员会备案后，方可使用。如果采用FSO，则无需频率申请。

5)小型化 FSO的光学发射天线尺寸很小(10 ~30 cm)，其无线接收器大小跟一部保安摄像机相比拟，可以方便架设。光学天线对激光束具有很好的聚束作用，增益很高。另外，FSO一般采用的半导体激光器发光效率很高，功耗却很小，因此系统设备极易小型化，而且具有集成化的可能。

当然，FSO激光光束在大气传输中易受大雾等恶劣天气的影响，使通信可靠性降低。此时可以加大激光输出功率，同时采用1 550 nm的激光可增大激光穿透大雾的能力，确保正常通信。

接触网隔离开关是电气化铁路电力牵引供电的重要设备，其主要功能是隔离故障、分段作业及改变运行方式等。在枢纽站场存在数量众多、分布范围较广的接触网隔离开关，因此对其实施远动操作及集中监控具有极大的实用意义。国外电气化铁路发达的国家如日本、法国、德国等均已实现了接触网隔离开关的远动集中监控。但是，在国内除对牵引变电所、开闭锁、分停区实现了远距离监控外，只在少数几条铁路线上安装了电动机远动操作系统和集中监控系统，如南宁至昆明线，贵阳南机务段和六盘水南站。而在这几条线上，对接触网隔离开关的集中监控信号均采用电缆或光缆的有线方式进行传输，都必须面对一个非常棘手的问题，即电缆或光缆必须穿越轨道。这对既有线路来说，施工量大，而且可能影响到铁路运营。有人提出采用电磁波的传输方式，但是电磁干扰、现场气候(如大雾)、无线电频率占用等问题迟迟未得到解决。由此，决定采用无线光通信结合光纤通信的方式进行监控信号的传输 。

采用无线光通信结合光纤通信的接触网隔离开关集中监控系统可以分为四大组成部分:中心控制系统、光纤传输信道、有线/无线光数据转发、当地无线受控电机

1 )中心控制系统主要包括两台P4工业控制计算机(主机A和备用机B ), 17寸彩色液晶显示器;101工业键盘.鼠标.打印机.话筒一对音像;UPS电源;前置机，调制解调器;模拟屏(用灯光显示各股道接触网隔离开关的开合状况)。其功能是供值班人员在值班室通过操作计算机就可实现隔离开关的远动操作。中心控制系统可细分为:计算机操作系统、语音系统、视频监控系统、身份验证系统、控制信号系统和模拟屏显示系统。

2)光纤传输信道主要用于远距离连接中心控制室和FSO中心设备。注意，光纤应沿着铁轨沿线铺设，在必须穿越铁轨的地方采用FSO连接。如果中心控制室和无线受控装置距离在FSO的有效通信距离内，可以不用铺设光纤，将中心控制系统与FSO中心端直接相连，从而与FSO远端进行通信。

3)有线/无线光数据转发即FSO设备，它将从主控室或是隔离开关当地受控装置发送来的电信号(或光信号)转换成激光信号(或电信号)，经过光学天线发射(或接收)。该系统的最大特点是无需挖沟铺设电缆或光缆，直接架设FSO设备跨匾通信。

4)当地无线受控装置包括UPS电源，电动机系统，隔离开关，数据采集系统，身份识别系统，语音系统，摄像系统，手动隔离开关系统，近动控制面板。当地的所有有用信号通过数据采集卡处理后再与FSO远端连接，从而与FSO中心端通信。

接触网隔离开关集中监控系统远动操作

司机或电网检修员到值班室申请操作远方隔离开关，值班员在主机A前操作(值班人员也需口令才能进入隔离开关计算机操作系统)。首先，要求司机或检修员输入代码和密码，通过验证后，隔离开关操作系统中的按钮才被激活，此后，计算机自动记录操作信息。值班员鼠标点击隔离开关操作系统中的按钮，系统发出分离隔离开关的命令。此命令信号经预处理后进入光纤信道，到达中心端，经光学天线发射，再被其光路上的远端接收，经数据采集卡处理后控制电动机朝打开隔离开关的方向转动，隔离开关自动分离并挂接接地线。传感器把隔离开关的状态信息返回主控制室。司机或检修员和操作员一同确认开关打开后，点击该道的闭锁按钮，使该道的操作按钮处于闭锁状态。这时，司机或检修员方可上机车顶操作。

接触网隔离开关集中监控系统近动操作

司机或电网检修员打开当地控制箱，先开启近动操作电源，然后申请近动操作，远方值班员操作计算机，语音提示输入代号和密码，通过系统验证后，近动操作面板上的远动/近动选择按钮和手动操作的闭锁钥匙箱门才被激活，同时计算机自动记录每步操作的信息。司机或检修员把远动/近动选择按钮拨到近动，随即便对隔离开关进行操作，传感器把隔离开关的状态信息返回主控制室。如果电动机系统出现问题，可从手动操作闭锁钥匙箱中取出钥匙，打开手动操作把的闭锁，实现手动操作。手动操作完毕，把手动操作的闭锁钥匙放回箱中。最后，把远动/近动选择按钮拨到远动，关闭近动操作电源，从而起到了近动控制的闭锁。

开关到位与否的判断可以采用三重传感器监测，确保隔离开关开合正常。首先在电动机传动装置内安装行程开关，当隔离开关到达‘分，或‘合，位置时，行程开关也到达触点，发出开关到位信号。再次，可以监测接触网上的电压，隔离开关闭合时，接触网上应为高电压;隔离开关分离时，由于已自动挂接接地线，故接触网上应为零电压。最后，安装摄像机，在主控室实时监控隔离开关的开合情况。三重保护，确保对隔离开关的安全操作。

传统的隔离开关操作方式不能充分利用‘天窗’时间，增加了停送电时间，也加大了值班人员的劳动强度。随着我国电气化铁路的发展，采用接触网隔离开关集中监控系统是必然的。在各种隔离开关集中监控系统方案中，采用无线光通信结合光纤通信作为信号的传输通道最为方便实用。它不仅能克服采用完全有线方式需要穿轨的缺点，又不像使用无线电方式那样需申请频段且易受电磁干扰。通过采用1 550 nm的激光波长和加大激光输出功率，完全可以实现在几百米内无误码通信。目前，无线光通信的应用还未普及开来，FSO设备自身成本还较高，但省去了昂贵的管道铺设和维护费用，造价与有线传输方式相比拟。随着FSO设备技术的成熟，成本的降低，该接触网隔离开关集中监控系统方案必能在全国铁路系统得到推广 。

实现接触网隔离开关的远程控制是铁路电气化发展的趋势，而以往采用的有线方式进行隔离开关的控制存在一些弊端 。

接触网隔离开关作为电气化铁道牵引供电的重要设备，主要用于隔离接触网上的故障点域段)、分段停电检修、改变供电方式等。目前，远程控制接触网隔离开关的系统已经出现，主要采用微波或有线的方式连接。而本采用GPRS无线方式进行远程通信，主要完成对接触网开关的遥控和现场电动、手动操作功能。值班人员在值班室可以在微机上通过操作键盘或鼠标直接操作各接触网隔离开关，代替了人工步行至现场就地操作的落后方式，不仅大大缩短了停送电时间，也降低了工作人员的劳动强度，保障了工作人员的人身安全，同时成本也大为降低。

开关控制系统研究背景

接触网开关(隔离开关或负荷隔离开关)系电气化铁道牵引供电的重要装置之一，一般设置在区间和站场接触网交接的咽喉处、股道之间和线群之间接触网的联接处。

对单线电气化区段而言，接触网上开关均采用隔离开关。而在有“V停反行”要求的复线电气化区段，为节省投资，惯用的做法是在站场的一侧使用隔离开关，另一侧安装负荷隔离开关(这种开关有负荷开关和隔离开关的双重功能)。无论是隔离开关还是负荷隔离开关，其作用都是保证接触网停电检修和实现接触网故障隔离。由于接触网开关安装位置远离车站，且通常采用人工操作方式，因此天窗时间也得不到充分利用，故障隔离功能难以实现。

随着近年来电气化铁道承担运量的日益增加，相应运营部门对牵引供电系统的供电质量和供电水平的要求也愈来愈高，特别是复线区段“V型天窗”和“反向行车”要求的提出，使得接触网开关远动化已成为必然趋势。

开关控制系统技术要求

因接触网开关的运行与铁路行车关系极为密切，故其控制系统必须满足以下技术要求：

(1)沿线路分布的接触网开关必须由铁路分局电力调度直接进行集中监控，以便和行车调度有机配合。

(2)对接触网开关的控制必须与牵引变电所(开闭所或分区亭)馈线断路器实现联锁，以防止违反供电规则的误操作。即只有将接触网开关的控制系统作为子系统纳入现行牵引供电远动系统中，联锁功能才能实现。需要说明，若接触网上全部配置负荷隔离开关，则无此要求。

(3)接触网开关作为控制目标，呈带状分布。不但点多，而且分散，通讯网的结构设计应充分考虑整个系统的响应时间。

开关控制系统系统控制方式

接触网开关的设置因单、复线而异，车站的等级和作用不同，网上开关的配置亦不相同。对一般站场来说，单线每侧一台，复线每侧两台，开关安装位置距车站中心约为1.5~2km，而大型编组场的接触网开关可多达20台左右，且分布在5~10km的半径内。根据接触网开关的设置特点，对其控制有三种方式，即集中控制方式、分散控制方式和无线电控制方式，如图3所示。

所谓集中控制方式，是将本应在车站两侧的接触网开关通过高压供电线集中在车站附近进行控制。分散控制则是在车站处安装被控终端，而将控制及信号电缆引至开关处。集中控制和分散控制均属有线控制。

无线电控制方式，其实现方法是在车站处设置无线通讯控制器(RCC)，而在每台开关支柱的下方安装无线遥控执行单元(REU)。对于集中控制方式，其优点在于接触网开关的集中设置，便于管理和控制。缺点是受高压供电线路径和开关场地的限制，在山区极难实现。分散控制虽无需架设高压线路，但要把若干控制和信号电缆从车站分别引至开关处。由于电缆要沿线路并穿越股道敷设，故施工成本较高，且不易维护。而无线遥控方式，则完全克服了有线控制的缺点，既不需架设高压线路，又不需建设低压控制与信号电缆，从而大大降低了施工难度和成本，且易实现。

按其安装方式的不同

可分为户外隔离开关与户内高压隔离开关 。户外隔离开关指能承受风、雨、雪、污秽、凝露、冰及浓霜等作用，适于安装在露台使用的隔离开关。

按其绝缘支柱结构的不同

可分为单柱式隔离开关（single-column disconnector)、双柱式隔离开关（double-column disconnector)、三柱式隔离开关（three-column disconnector)。其中单柱式隔离开关在架空母线下面直接将垂直空间用作断口的电气绝缘，因此，具有的明显优点，就是节约占地面积，减少引接导线，同时分合闸状态特别清晰。在超高压输电情况下，变电所采用单柱式隔离开关后，节约占地面积的效果更为显著 。

按电压等级的不同

低压隔离开关

电气设备进行维修时 ，需要切断电源，使维修部分与带电部分脱离，并保持有效的隔离距离，要求在其分断口间能承受过电压的耐压水平。刀开关即作为隔离电源的开关电器。隔离电源的刀开关亦称作隔离开关。隔离用刀开关一般属于无载通断电器，只能接通或分断“可忽略的电流”（指带电压的母线、短电缆的电容电流或电压互感器的电流）。也有的刀开关具有一定的通断能力，在其通断能力与所需通断的电流相适应时，可在非故障条件下接通或分断电气设备或成套设备中的一部分。 用做隔离电源的刀开关必须满足隔离功能，即开关断口明显，并且断口距离合格。 刀开关和熔断器串联组合成一个单元，称为刀开关熔断器组合电器；刀开关的可动部分（动触头）由带熔断体的载熔件组成时，称为熔断器式刀开关。刀开关熔断器组合并增装了辅助元件如操作杠杆、弹簧及弧刀等可组合为负荷开关。负荷开关具有在非故障条件下，接通或分断负荷电流的能力和一定的短路保护功能。

高压隔离开关

GN系列户内高压隔离开关

高压断路器

GW系列户外高压隔离开关

常见高压隔离开关型号

CR 中心断口隔离开关（126kV~252kV）

DR 双面隔离开关（72.5kV~363kV）

KR 双柱水平伸缩式隔离开关（126kV~550kV）

PR 单柱双臂垂直伸缩式隔离开关（126kV to 500kV）

SR 水平旋转单侧断口式隔离开关（40.5kV）

VR V型中心断口隔离开关（126kV）

YR 单柱单臂垂直伸缩式隔离开关（126kV~550kV）