接觸網(wǎng)驗(yàn)電放電接地一體化裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐勁松

?

接觸網(wǎng)驗(yàn)電放電接地一體化裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐勁松

分析了傳統(tǒng)接觸網(wǎng)驗(yàn)電放電接地模式存在的安全隱患和不足，應(yīng)用視頻監(jiān)視和遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制技術(shù)，較好地解決了傳統(tǒng)驗(yàn)電放電和人工接掛地線過(guò)程中存在地線漏掛、誤掛、漏拆、誤拆等問(wèn)題，在保障接地操作安全的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)接地操作的全過(guò)程遙控及自動(dòng)化控制，從根本上消除了人工接掛地線的安全隱患，并有效縮短了作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間，提高了檢修作業(yè)效率。

接觸網(wǎng)；自動(dòng)接掛地線；操作安全

0 引言

在城市軌道交通接觸網(wǎng)線路檢修作業(yè)中，需要在相關(guān)作業(yè)區(qū)間安裝臨時(shí)接地線，以確保檢修人員的安全。在傳統(tǒng)的操作過(guò)程中，檢修人員需攜帶驗(yàn)電器和接地線抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，人工驗(yàn)電、放電并確認(rèn)無(wú)電后，再進(jìn)行手動(dòng)掛接地線，檢修任務(wù)完成后，需拆除接地線，該過(guò)程不僅需要占用較長(zhǎng)的本就有限的夜間施工時(shí)間，還需專門配備接掛地線人員，同時(shí)會(huì)存在漏掛、錯(cuò)掛及漏拆地線的重大安全隱患。

城市軌道交通一般采用直流接觸網(wǎng)（接觸軌）供電，接觸網(wǎng)及其周邊設(shè)備停電后進(jìn)行檢修維護(hù)時(shí)，為了保證檢修作業(yè)人員人身安全，需要采取“接地”的安全措施，用接地線或接地刀閘將接觸網(wǎng)與回流軌短接，以防止突然來(lái)電造成人員傷害。如果誤將帶正常工作電壓的接觸網(wǎng)與回流軌短接，將形成短路，造成接觸網(wǎng)設(shè)備損壞，并危及操作人員人身安全。為避免短路，接觸網(wǎng)停電操作需要執(zhí)行停電、驗(yàn)電、放電、接地的操作流程。

為有效解決上述問(wèn)題，確保檢修作業(yè)安全，利用技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)自動(dòng)驗(yàn)電、放電，自動(dòng)接掛地線，對(duì)地鐵用戶來(lái)說(shuō)意義重大，因此有必要研究一種接觸網(wǎng)驗(yàn)電、放電、接地一體化的全過(guò)程快速遙控操作裝置。

1 裝置組成

驗(yàn)電放電接地一體化裝置由電動(dòng)接地刀閘、直流驗(yàn)電閉鎖控制器、顯示屏、信號(hào)燈、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、攝像機(jī)、溫濕度控制器/傳感器等組成。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)用于監(jiān)控電動(dòng)刀閘的分合操作過(guò)程。

直流驗(yàn)電閉鎖控制器是驗(yàn)電放電接地一體化裝置的核心控制單元，其架構(gòu)如圖1所示。該控制器集成了輸入接點(diǎn)、輸出接點(diǎn)、接觸網(wǎng)電壓測(cè)量回路以及通信接口，外置LED顯示屏可以實(shí)時(shí)顯示接觸網(wǎng)電壓值。可視化直流驗(yàn)電放電接地一體化裝置還配有溫濕度控制器/傳感器用于監(jiān)測(cè)和控制接地裝置柜內(nèi)的溫濕度。

裝置內(nèi)配置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，該交換機(jī)與裝置控制器具有接口通信功能，通過(guò)端口映射，柜內(nèi)裝置可實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方后臺(tái)的數(shù)據(jù)交換。裝置控制器還配置了2個(gè)RS485接口，分別與LED和溫濕度控制器/傳感器通信，可獲取溫濕度數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)方后臺(tái)控制LED顯示內(nèi)容。

圖1 直流驗(yàn)電閉鎖控制器架構(gòu)框圖

2 技術(shù)原理

2.1 裝置原理

該裝置的技術(shù)原理如圖2所示。

1 接觸網(wǎng)（或接觸軌）；2 回流軌；3 驗(yàn)電放電接地一體化裝置；4 上網(wǎng)刀閘；5 接地管理后臺(tái)系統(tǒng)；6 驗(yàn)電接地控制器；7 放電器；8 接地刀閘；AI 驗(yàn)電接地控制器接觸網(wǎng)直流電壓驗(yàn)電回路；DI 驗(yàn)電接地控制器開關(guān)量輸入回路；DO 驗(yàn)電接地控制器開關(guān)量輸出回路；COM 驗(yàn)電接地控制器通信接口。

直流驗(yàn)電閉鎖控制器接入接觸網(wǎng)電壓，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)電壓在線檢測(cè)和有電判斷；同時(shí)接入接觸網(wǎng)上網(wǎng)刀閘狀態(tài)，采集遙信，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式判斷。

直流驗(yàn)電閉鎖控制器通過(guò)通信接口與接地管理后臺(tái)系統(tǒng)通信，上送接觸網(wǎng)電壓、上網(wǎng)刀閘和接地刀閘狀態(tài)，并接收驗(yàn)電和接地操作指令。

直流驗(yàn)電閉鎖控制器輸出放電控制接點(diǎn)與放電器控制端連接，當(dāng)接觸網(wǎng)驗(yàn)電殘壓高于有電門檻值時(shí)，控制放電器執(zhí)行放電操作。控制器輸出刀閘控制接點(diǎn)與接地刀閘控制端連接，在滿足操作條件時(shí)控制接地刀閘分合。

放電器主回路一端連接至接觸網(wǎng)，另一端連接至回流軌，其主回路接通時(shí)實(shí)現(xiàn)安全放電。

接地刀閘主回路一端連接至接觸網(wǎng)，另一端連接至回流軌，其主回路接通時(shí)實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)接地。

2.2 工作方法

在需要進(jìn)行接地操作時(shí)，該裝置接到遠(yuǎn)方后臺(tái)的操作指令，首先對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行驗(yàn)電，如果判斷為“有電”，閉鎖接地操作機(jī)構(gòu)，禁止操作，有效防止接觸網(wǎng)發(fā)生帶電接地的危險(xiǎn)；如果判斷為“有殘壓”，自動(dòng)啟動(dòng)放電器執(zhí)行放電，根據(jù)放電結(jié)果執(zhí)行后續(xù)操作；如果判斷為“無(wú)電”，則允許接地操作。

接地操作完成后，采集接地位置狀態(tài)上送至系統(tǒng)后臺(tái)，后臺(tái)進(jìn)行區(qū)域接地標(biāo)記，對(duì)接觸網(wǎng)接地狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，解決傳統(tǒng)接地線漏掛問(wèn)題。同時(shí)將接地刀閘位置狀態(tài)納入全線供電安全防誤管理中，接地不拆除，禁止向該區(qū)域送電，防止發(fā)生該類事故。

整個(gè)工作過(guò)程（包括驗(yàn)電、放電、接地、拆除等環(huán)節(jié)）都具有完善的防誤閉鎖功能，包括驗(yàn)電接地聯(lián)鎖、遠(yuǎn)動(dòng)控制回路硬接點(diǎn)閉鎖、手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)閉鎖等強(qiáng)制閉鎖功能，無(wú)論遠(yuǎn)方遙控操作還是就地操作，都必須經(jīng)過(guò)系統(tǒng)防誤邏輯判斷和裝置聯(lián)閉鎖雙重安全保障，全面防止誤操作事故發(fā)生。

3 操作步驟

驗(yàn)電放電接地一體化裝置的遙控操作流程見圖3，具體包括以下步驟：

（1）接地管理后臺(tái)系統(tǒng)向直流驗(yàn)電閉鎖控制器發(fā)出“驗(yàn)電”指令。

（2）直流驗(yàn)電閉鎖控制器接收到“驗(yàn)電”指令后，執(zhí)行驗(yàn)電判斷。

（3）如果直流驗(yàn)電閉鎖控制器檢測(cè)到接觸網(wǎng)電壓低于有電門檻值，則向接地管理后臺(tái)系統(tǒng)發(fā)送“接觸網(wǎng)無(wú)電”信息。

（4）如果直流驗(yàn)電閉鎖控制器檢測(cè)到接觸網(wǎng)電壓高于有電門檻值，則自動(dòng)檢查上網(wǎng)刀閘是否已斷開，如果上網(wǎng)刀閘未斷開，則直流驗(yàn)電閉鎖控制器判斷接觸網(wǎng)電壓為正常工作電壓，向接地管理后臺(tái)系統(tǒng)發(fā)送“接觸網(wǎng)有電”信息。

（5）如果直流驗(yàn)電閉鎖控制器檢測(cè)到接觸網(wǎng)電壓高于有電門檻值，同時(shí)自動(dòng)檢查到上網(wǎng)刀閘已斷開，則直流驗(yàn)電閉鎖控制器自動(dòng)向放電器發(fā)出放電控制指令，放電器執(zhí)行放電操作。在預(yù)設(shè)的放電時(shí)間內(nèi)若接觸網(wǎng)殘壓降到驗(yàn)電門檻值以下，則放電成功，直流驗(yàn)電閉鎖控制器向接地管理后臺(tái)系統(tǒng)發(fā)送“接觸網(wǎng)無(wú)電”信息；在預(yù)設(shè)的放電時(shí)間內(nèi)若接觸網(wǎng)殘壓未降至驗(yàn)電門檻值以下，則判接觸網(wǎng)有電，直流驗(yàn)電閉鎖控制器向接地管理后臺(tái)系統(tǒng)發(fā)送“接觸網(wǎng)有電”信息。

圖3 驗(yàn)電放電接地一體化裝置操作流程圖

（6）接地管理后臺(tái)系統(tǒng)向直流驗(yàn)電閉鎖控制器發(fā)出“驗(yàn)電”指令后，若收到“接觸網(wǎng)有電”信息，則禁止執(zhí)行接地刀閘合閘操作；若收到“接觸網(wǎng)無(wú)電”信息，則向直流驗(yàn)電閉鎖控制器發(fā)出遙控接地刀閘合閘的操作指令。

（7）直流驗(yàn)電閉鎖控制器收到遙控接地刀閘合閘的操作指令后，向接地刀閘發(fā)出合閘操作指令，接地刀閘執(zhí)行合閘操作。直流驗(yàn)電閉鎖控制器檢查接地刀閘合閘到位后，向接地管理后臺(tái)系統(tǒng)發(fā)送接地刀閘合位信息。

（8）接地管理后臺(tái)系統(tǒng)收到接地刀閘合位信息，操作完成。

4 應(yīng)用效果

目前，該裝置的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)均已實(shí)現(xiàn)，其產(chǎn)品已經(jīng)研制完成，并已在寧波軌道交通一號(hào)線試點(diǎn)使用。該裝置的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)（軌）的遠(yuǎn)程可視化驗(yàn)電、放電和接地一體化等功能，顯著提升了軌道交通供電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢修工作的效率，縮短了作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間，同時(shí)保障了現(xiàn)場(chǎng)人員人身安全，有效提升了軌道交通供電系統(tǒng)的安全性。從寧波軌道交通一號(hào)線的使用情況看，該裝置的應(yīng)用效果顯著，具體包括以下幾個(gè)方面：

（1）傳統(tǒng)的人工掛接地線方式，每個(gè)區(qū)間通常需要2組共4個(gè)人才能完成，驗(yàn)電放電接地一體化裝置可通過(guò)遠(yuǎn)程完成相關(guān)操作，無(wú)需檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，大大節(jié)約了人力成本。

（2）在操作時(shí)間上，新裝置的應(yīng)用使現(xiàn)場(chǎng)的接地操作時(shí)間從傳統(tǒng)的半個(gè)多小時(shí)縮短至幾分鐘，留給實(shí)際作業(yè)的時(shí)間更加充足，保障了現(xiàn)場(chǎng)檢修工作的質(zhì)量和效率。

（3）驗(yàn)電放電接地一體化裝置的使用，有助于提升軌道交通企業(yè)的安全效益和管理效益，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益的最大化。

5 結(jié)語(yǔ)

該裝置解決了目前驗(yàn)電、放電和掛接地線必須依賴專業(yè)人員的問(wèn)題，可視化、自動(dòng)化、智能化的接地操作管理使非專業(yè)人員也可正確完成驗(yàn)電放電及接地等一系列操作，減少了專業(yè)人員投入，節(jié)約了人力成本。該裝置的應(yīng)用也大大縮短了作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間，增加了現(xiàn)場(chǎng)有效作業(yè)時(shí)間，提高了工作效率，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和較高的推廣價(jià)值。

[1] 溫清. 關(guān)于地鐵車輛檢修制度[J]. 城市地鐵研究，2004，7（4）：58-60.

[2] 耶旭強(qiáng). 動(dòng)車組檢修作業(yè)管理手持終端應(yīng)用[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，22（1）：37-39.

[3] 陳堅(jiān). 基于RFID的車輛檢修人員定位與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，20（12）：24-26.

[4] 倪碩. 南京地鐵接觸網(wǎng)停電掛接地線檢修流程優(yōu)化[J]. 交通企業(yè)管理，2013，28（4）：57-59.

[5] 張建昭. 寧波地鐵車輛段檢修作業(yè)安全聯(lián)鎖管理系統(tǒng)[J]. 電氣化鐵道，2015，26（2）：40-42.

[6] 馮亞軍. 淺議地鐵車輛段/停車場(chǎng)行車安全管理[J]. 交通建設(shè)，2015.

[7] 嚴(yán)永樂(lè). 鐵路電氣化接觸網(wǎng)停電施工掛接地線問(wèn)題探討[J]. 鐵道通信信號(hào)，2009，45（4）.

[8] 趙海軍. 地鐵帶接地刀閘隔離開關(guān)接地方式的探討[J].電氣化鐵道，2009（2）：33-35.

[9] 孫彰林，何穎. 地鐵供電系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)[J]. 現(xiàn)代城市地鐵，2006（1）：14-16.

[10] 劉開國(guó)，鄧東軍. 重慶地鐵2號(hào)線供電系統(tǒng)倒閘優(yōu)化分析[J]. 現(xiàn)代城市地鐵，2009（4）.

The paper analyzes the safety hazards and disadvantages existed in the traditional mode for verification of live parts, discharging and earthing, illustrates that the issues of miss hanging, incorrect hanging, miss dismantling and incorrect dismantling of earthing wires existed in the traditional mode for verification of live parts, discharging and earthing are solved by application of video monitoring and remote control technologies. In addition to guarantee the safety operation of the earthing system, the control technologies realize the whole process control and automatic control of overhead contact system earthing, eliminate completely the safety hazards which may occur during manual hanging of the earthing wires, shorten effectively the operation preparation time and heighten the inspection operation efficiency.

Overhead contact system; automatic connecting and hanging of earthing wires; operation safety

U231.8

B

1007-936X(2017)03-0014-03

2016-09-12

徐勁松.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，高級(jí)工程師，電話：18868651919。