大型工矿企业和国防工程的专用线铁路是国民经济和国防建设的基础之一,其接触网的供电安全可靠,直接影响行车。在专用线与干线铁路的接触网连接处设置“智能开关”,对快速诊断和切除专用线接触网故障,保障干线铁路正常运营,意义重大。由于现有的供电线路故障诊断不完善,例如:不能够辨识瞬时与永久性故障等原因,采用现有技术不能够实现“智能开关”的功效,不仅缺乏相关的理论研究,也没有相关的工程探索。为此,本文在理论和工程上研究了这样的“智能开关”,研究成果可以为新建铁路和既有铁路改造工程的设计、建设和安全运营,提供参考和借鉴。首先,本文基于智能电器定义和专用线铁路供电的实际需求,提出了智能开关站的技术要求,详细地阐述开关站的设计内容,包括开关站的一次主接线、箱体结构、断路器、自动化测控系统、工作电源,电磁兼容与接地等。针对开关站检修期间要保证专用线铁路不间断供电的特殊要求,研制了新型三位隔离开关。为实现对接触网故障的智能诊断,分析变电所和开关站故障跳闸过程,依据故障电压电流的物理机理,建立等值电路,研究故障性质辨识的新算法。发现瞬时性故障辨识是关键,其暂态残压按指数规律衰减,而且衰减曲线有2个时间常数,即:衰减曲线存在拐点。基于研究结果,总结归纳出故障性质的智能辨识判据。为检验理论研究成果,在专用线铁路的接触网上进行了试验。试验创造了用接地导线串联保险丝模拟瞬时性故障的新方法。试验测量值与计算值的比对表明:在暂态残压的拐点时刻,两者相对误差仅为1.5%。试验结果证明了研究理论的正确性,新算法具有工程应用价值。针对专用线铁路用电负荷超载问题,提出自动控制的新策略是:对负荷临时超载进行提示性跳闸警告,依靠自动重合闸技术立即恢复供电;对负荷持续超载实行惩罚性断电。建立负荷电流模型,推导负荷电流计算公式,采用神经网络BP算法,控制检测信号与样本的误差为5%,在实际工程中验证了新策略的可行性。为保障开关站的真空断路器安全运行,基于现有传感器技术,设计和实施了反映真空断路器的机械特性和电气特性的在线监测。分析合闸与分闸的物理过程,确定了合闸与分闸的开始时刻和换位点时刻,并提出了合闸与分闸速度的牛顿插值差分算法。在实验室让实际的ZN-27.5型手车式真空断路器一次回路带上27.5kV高压电进行了试验,结果表明本研究方法能够对真空断路器的机械与电气参数进行在线监测。参照技术规程要求、出厂试验数据和历史运行数据,提出了真空断路器的智能预警策略。分析开关站的无线通信技术需求,提出了开关站无线通信的6条技术要求。为保障GSM网络通信可靠,提出采用小波分解和重构的加密算法,推导了小波分解重构公式和程序流程。针对电力机车或动车的弓网电磁噪声影响无线通信的问题,考虑到电力机车实际运行中弓网非离线状态才是弓网运行的绝大部分情况。本文运用工程电磁场理论,基于弓网接触点邻域空间放电会产生等离子体,建立了电磁辐射天线阵模型,推导了弓网非离线电磁辐射的场强计算公式,按照实际参数进行了仿真。为验证算法的正确性,采用场强测量仪对电力机车和动车的受电弓在非离线状态下取流产生的电磁噪声辐射进行了实测。在距离铁路中心线5m~6m之外的区域中,实测结果与仿真计算值相当吻合。将上述研究的理论与实测总结的规律,应用到研制的智能开关站中,进行了工程实践,几年的运行效果表明:解决了现场需要,达到了研究目标。