高鐵接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)誤動(dòng)原因分析及對(duì)策

周少喻, 陳紅英

(1 中國(guó)鐵路總公司 安全監(jiān)督管理局， 北京 100844；2 中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)公司 供電處， 北京 100860)

目前在高速鐵路的供電分束、分段、分相等處均設(shè)置了電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)，并納入供電SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制，對(duì)供電設(shè)備分束停電、供電運(yùn)行方式的改變、動(dòng)車(chē)組停于分相無(wú)電區(qū)的救援、故障區(qū)段的隔離起到了快速、靈活、便利的作用。

1 接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)動(dòng)控制中存在的問(wèn)題

隨著電氣化鐵道的快速發(fā)展，供電遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)逐步成熟、可靠性明顯提高，但接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)依然不穩(wěn)定，特別是運(yùn)行中多次發(fā)生接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的誤合閘、誤分閘、誤顯示問(wèn)題，接觸網(wǎng)故障處理過(guò)程中出現(xiàn)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)拒動(dòng)問(wèn)題，成為供電設(shè)備運(yùn)行中的安全隱患，違背了隔離開(kāi)關(guān)當(dāng)初設(shè)計(jì)的初衷，隔離開(kāi)關(guān)設(shè)置作用的發(fā)揮大打折扣。如某高鐵曾幾次出現(xiàn)在接觸網(wǎng)跳閘時(shí)，伴隨而來(lái)的是樞紐站場(chǎng)隔離開(kāi)關(guān)、區(qū)間變電所上網(wǎng)點(diǎn)隔離開(kāi)關(guān)、AT所分段隔離開(kāi)關(guān)電源模塊的擊穿或空開(kāi)跳閘甚至是整個(gè)機(jī)構(gòu)的燒壞，造成隔離開(kāi)關(guān)的拒動(dòng)、誤動(dòng)，嚴(yán)重影響了鐵路運(yùn)輸?shù)恼Ｖ刃颉?/p>

1.1 接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作原因

經(jīng)過(guò)多方分析，造成上述電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的誤合閘、誤分閘、誤顯示、拒動(dòng)現(xiàn)象的主要原因有以下幾個(gè)方面。

1.1.1操作機(jī)構(gòu)電機(jī)電源連接線松動(dòng)等接觸不良故障。

當(dāng)調(diào)度臺(tái)發(fā)出命令后不能執(zhí)行操作，但操作機(jī)構(gòu)二次回路保持了這個(gè)操作命令，在隨后運(yùn)行中，松動(dòng)的連接線可能恢復(fù)，操作命令隨即作用導(dǎo)致開(kāi)關(guān)動(dòng)作。如圖1所示：

1.1.2RTU遠(yuǎn)動(dòng)終端與操作機(jī)構(gòu)信號(hào)控制電纜連線受到干擾，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作。

圖1 接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)圖

(1) 京滬高鐵德州、徐州牽引變電所外接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)空氣開(kāi)關(guān)，在接觸網(wǎng)故障時(shí)經(jīng)常發(fā)生跳閘，從而印證確實(shí)有感應(yīng)電壓(電流)存在，只不過(guò)是干擾了不同的回路。

(2) 操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)加熱回路經(jīng)常報(bào)非正常工作，同樣證實(shí)干擾的存在。值得注意的是，還存在另一隱患，如果220 V電源火零線接反，RTU出口繼電器可能斷的是零線，隱患更大，在惡劣天氣下，如果連線絕緣降低或瞬間接地，將直接導(dǎo)致誤動(dòng)。如圖2所示。

1.1.3RTU的裝置碼地址錯(cuò)誤造成開(kāi)關(guān)誤動(dòng)。

此現(xiàn)象多發(fā)生于新更換RTU后，將裝置地址碼搞錯(cuò)所致。

1.1.4RTU軟件缺陷造成開(kāi)關(guān)誤動(dòng)。

某線調(diào)試隔離開(kāi)關(guān)時(shí)出現(xiàn)拒合，幾天后出現(xiàn)自動(dòng)合閘。經(jīng)查為內(nèi)部存儲(chǔ)器程序問(wèn)題，控制命令沒(méi)有及時(shí)清除，導(dǎo)致誤發(fā)命令，同樣屬于軟件欠缺故障導(dǎo)向安全的功能不完善。

1.2 隔離開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)拒動(dòng)

1.2.1隔離開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)空氣開(kāi)關(guān)跳閘造成的拒動(dòng)。

圖2 RTU與操作機(jī)構(gòu)控制示意圖

如圖3所示A1是RTU工作電源斷路器、A2是操作機(jī)構(gòu)供電斷路器、B1是操作機(jī)構(gòu)電機(jī)電源斷路器、B2是操作機(jī)構(gòu)二次控制回路電源斷路器，4個(gè)斷路器中任一斷路器跳閘，都會(huì)導(dǎo)致接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)拒動(dòng)。運(yùn)行中跳閘最多的是B1開(kāi)關(guān)。此現(xiàn)象多發(fā)生于接觸網(wǎng)故障區(qū)段，控制箱受到干擾所致。

1.2.2電子元器件損壞造成隔離開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)拒動(dòng)。

圖3 隔離開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)控制原理圖

由于RTU和操作機(jī)構(gòu)箱工作在惡劣的室外，長(zhǎng)期受到嚴(yán)寒、酷暑、灰塵、潮氣、強(qiáng)電磁干擾、浪涌沖擊的環(huán)境下，內(nèi)部電子元器件損壞、失效導(dǎo)致拒動(dòng)的機(jī)率大大提高。

1.2.3傳輸通道中斷造成隔離開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)拒動(dòng)。

由于光纖故障或者通信設(shè)備故障，造成傳輸通道中斷，RTU接收不到控制指令而導(dǎo)致的拒動(dòng)。

1.2.4集成控制板故障造成拒動(dòng)。

在高鐵上網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)中，有的生產(chǎn)廠家在控制回路中采用了集成式電路板，由于電路板生產(chǎn)質(zhì)量不過(guò)關(guān)，電動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生電路板燒損故障，造成了電動(dòng)機(jī)構(gòu)的拒動(dòng)，影響了牽引供電的可靠性。

1.3 接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)位置信號(hào)誤顯示

1.3.1變電所綜自系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)管理機(jī)主備切換管理出現(xiàn)問(wèn)題，在主備電源切換時(shí)，同步出現(xiàn)問(wèn)題，造成誤顯示見(jiàn)圖4所示。

圖4 隔離開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)示意圖

1.3.2RTU或操作機(jī)構(gòu)線路板受干擾或振動(dòng)導(dǎo)致誤顯示或多次顯示“分”“合”變位。

1.3.3RTU裝置控制電路元器件損壞或者故障造成誤顯示。

如某高鐵運(yùn)行中接觸網(wǎng)分相處隔離開(kāi)關(guān)顯示合閘，調(diào)度人員馬上進(jìn)行隔離開(kāi)關(guān)分閘操作，但顯示操作超時(shí)不能分閘，6 min后，隔離開(kāi)關(guān)又自動(dòng)分閘，致使調(diào)度人員無(wú)法判斷是隔離開(kāi)關(guān)真的動(dòng)作還是誤顯示，未將某一環(huán)節(jié)的故障導(dǎo)向安全。

綜上所述，造成上網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的誤合、誤分、錯(cuò)誤顯示現(xiàn)象，在接觸網(wǎng)故障處理過(guò)程出現(xiàn)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)拒動(dòng)現(xiàn)象，大部分是設(shè)備受到外界各種干擾所造成。例如，據(jù)中國(guó)鐵路鄭州局集團(tuán)公司洛陽(yáng)供電段統(tǒng)計(jì)鄭西高鐵洛陽(yáng)供電段管內(nèi)自2010年開(kāi)通至2013年，184臺(tái)納入遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)共發(fā)生誤合、誤分、拒動(dòng)、錯(cuò)誤顯示的故障58件，嚴(yán)重影響了高速鐵路運(yùn)行安全。

2 解決方案

2.1 減小環(huán)境對(duì)電動(dòng)機(jī)構(gòu)的干擾

按照中國(guó)鐵路總公司文件《接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)動(dòng)控制優(yōu)化技術(shù)方案》(運(yùn)供設(shè)備函〔2015〕37號(hào))、《接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)動(dòng)控制優(yōu)化技術(shù)方案補(bǔ)充規(guī)定》(運(yùn)供設(shè)備函〔2017〕240號(hào))，將原電動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的控制部分、RTU移到戶內(nèi)接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)控制屏上，電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的電動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)只保留電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、輔助開(kāi)關(guān)基本結(jié)構(gòu)。這一要求就是為避免沿線地電位、電磁環(huán)境對(duì)含有微電子裝置的RTU箱的干擾所采取的措施。如圖5所示。

圖5 新型接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)圖

2.2 將隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)電源開(kāi)關(guān)納入遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)

電源開(kāi)關(guān)加設(shè)電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)操作功能。當(dāng)供電調(diào)度員完成遠(yuǎn)動(dòng)分合閘操作后，將電機(jī)電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，防止各種原因引起的誤動(dòng)。

2.3 將隔離開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)自保持回路增加延時(shí)自動(dòng)解除功能

當(dāng)分、合閘控制回路接通一段時(shí)間后自動(dòng)斷開(kāi)自保持回路。避免在操作時(shí)拒動(dòng)，不操作時(shí)誤動(dòng)。在控制回路中串接時(shí)間繼電器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)回路的自動(dòng)切除。

2.4 正確安裝調(diào)試隔離開(kāi)關(guān)本體和操作機(jī)構(gòu)，保證開(kāi)關(guān)動(dòng)作的可靠性

運(yùn)行中的隔離開(kāi)關(guān)包括隔離開(kāi)關(guān)本體、電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)和支架安裝，以及操作桿和連接配件組合安裝 。正確、穩(wěn)固安裝精準(zhǔn)調(diào)試是隔離開(kāi)關(guān)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，任何部分和環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差隔離開(kāi)關(guān)操作就會(huì)出現(xiàn)障礙，使電機(jī)負(fù)載增大，嚴(yán)重情況會(huì)出現(xiàn)電機(jī)過(guò)載、過(guò)熱甚至燒損。通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)電機(jī)負(fù)載變化，電機(jī)負(fù)載變化反映了隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)逐漸惡化的信息，利用這些信息指導(dǎo)設(shè)備檢修，及早干預(yù)消除隱患，避免隔離開(kāi)關(guān)拒動(dòng)、動(dòng)作不到位等故障發(fā)生。

2.5 利用視頻監(jiān)控技術(shù)將隔離開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)圖像提供后臺(tái)，為供電調(diào)度和供電段提供運(yùn)行服務(wù)

2.5.1供電調(diào)度員在實(shí)施操作命令的同時(shí)，及時(shí)看到現(xiàn)場(chǎng)被操作設(shè)備真實(shí)動(dòng)作狀態(tài)，即隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)、合是否正確，動(dòng)作是否到位。

2.5.2為供電調(diào)度對(duì)主站收到的隔離開(kāi)關(guān)異常開(kāi)、合信息的甄別提供技術(shù)支持。

2.5.3遇地震、自然災(zāi)害冰害惡劣天氣、及接觸網(wǎng)斷線等異常情況，供電調(diào)度員可以對(duì)隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備侵害程度進(jìn)行準(zhǔn)確把握。

2.5.4將避雷器動(dòng)作指示器安裝位置稍作調(diào)整，即可得到同桿安裝的避雷器動(dòng)作信息，為供電調(diào)度饋線跳閘分析、處置決斷提供幫助。

2.6 通過(guò)安裝熱傳感器實(shí)現(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)導(dǎo)電回路接續(xù)部位過(guò)熱監(jiān)測(cè)

將熱傳感器直接安裝在接續(xù)部位，并將捕捉到的溫度信息轉(zhuǎn)換成無(wú)線信號(hào)傳送到就近無(wú)線接收裝置(通常設(shè)在牽引變電所、亭、開(kāi)關(guān)站等)，登錄鐵路專(zhuān)網(wǎng)或4G網(wǎng)傳送至供電調(diào)度或供電段。熱傳感器電源采取感應(yīng)取電方式，運(yùn)行可靠，方便管理、節(jié)約成本。

2.7 網(wǎng)隔屏、RTU程序進(jìn)一步優(yōu)化，避免出現(xiàn)命令殘存誤出口現(xiàn)象

比如優(yōu)化遙控信息采點(diǎn)設(shè)置，防止抖動(dòng)；網(wǎng)接觸隔離開(kāi)關(guān)屏通信獨(dú)立于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，保證通信的可靠性，從而保證接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)操作、顯示的正確性；加裝浪涌保護(hù)、防強(qiáng)電侵入元器件等，同樣能克服接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)誤動(dòng)、拒動(dòng)、誤顯示問(wèn)題的發(fā)生。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)和事故處理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高鐵接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)出現(xiàn)的的誤合閘、誤分閘、錯(cuò)誤顯示、拒動(dòng)等原因進(jìn)行了分析，介紹了改進(jìn)措施及進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)想，以期引起制造、運(yùn)行部門(mén)的重視。