高速鐵路牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)地震預(yù)警斷電接口裝置研究

邱勇

摘要：利用電磁波波速遠(yuǎn)大于地震波波速的原理，高速列車在接收到地震報(bào)警信號(hào)后的緊急處置方案一般有兩種形式，一種是在接收到地震報(bào)警信息后，通過向列車控制系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)列車減速或停車;另一種是在接到地震報(bào)警信息后，通過向牽引供電系統(tǒng)發(fā)送控電信號(hào)實(shí)現(xiàn)牽引供電接觸網(wǎng)斷電，從而達(dá)到緊急處置和避免次生災(zāi)害的效果。本文考慮了安全性和可靠性兩個(gè)方面，結(jié)合我國(guó)高速鐵路狀況，研究了一種具備自動(dòng)接觸網(wǎng)斷電功能的裝置。

Abstract： Based on the principle that the speed of electromagnetic wave is much higher than that of seismic wave， the emergency treatment plan for high-speed trains after receiving earthquake alarm signals generally has two forms. One is that after receiving earthquake alarm information， the train can decelerate or stop by sending control signals to the Train Control System. The other is after receiving the earthquake alarm information， through the Traction Power Supply system to send control electrical signals to achieve traction power supply catenary power off， so as to achieve emergency treatment and avoid secondary disasters. Considering the safety and reliability of high speed railway in China， this paper studies a device with automatic catenary power off function.

關(guān)鍵詞：高速鐵路;地震預(yù)警;緊急聯(lián)動(dòng);牽引供電系統(tǒng);信號(hào)

Key words： high-speed railway;earthquake early warning;emergency linkage;Traction Power Supply system;signal

中圖分類號(hào)：TP242 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）24-0170-02

0 ?引言

我國(guó)位于世界兩大地震帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，是一個(gè)震災(zāi)嚴(yán)重的國(guó)家[1]。歷史地震震害記錄表明，地震對(duì)我國(guó)鐵路運(yùn)行安全性的影響不容忽視。隨著國(guó)家高速鐵路的發(fā)展與規(guī)劃與列車速度日益提升，高速鐵路地震聯(lián)動(dòng)緊急處置技術(shù)能夠使高速行駛的列車在接收到地震報(bào)警信號(hào)后立即進(jìn)行應(yīng)急聯(lián)動(dòng)措施，具備巨大的防震減災(zāi)效益。利用高速鐵路地震預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)牽引變電接口設(shè)備，在保證安全性和可靠性同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接觸網(wǎng)斷電功能，能夠極大提高高速列車應(yīng)急聯(lián)動(dòng)的時(shí)效性。

1 ?技術(shù)原理

高速鐵路地震預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)牽引變電接口由處置信號(hào)接收模塊、繼電器組模塊、隔離模塊和電源模塊4部分組成[2]，如圖1所示。

圖2所示為牽引變電接口驅(qū)動(dòng)狀態(tài)回采示意圖，處置信號(hào)接收模塊通過串口協(xié)議與2臺(tái)監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通信，將監(jiān)控主機(jī)發(fā)送的串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電平信號(hào)輸出至繼電器組模塊，從而控制繼電器組模塊中的地震預(yù)警繼電器和故障保護(hù)繼電器動(dòng)作。處置信號(hào)接收模塊采用了光電隔離設(shè)計(jì)，可以保護(hù)與其相連的設(shè)備，避免過大電壓造成設(shè)備故障[3]。

處置信號(hào)接收模塊實(shí)現(xiàn)了處置信號(hào)邏輯或功能，當(dāng)有一臺(tái)監(jiān)控主機(jī)發(fā)出處置信號(hào)時(shí)，控制繼電器模塊中的所有繼電器動(dòng)作，并通過繼電器狀態(tài)采集接點(diǎn)回采每個(gè)繼電器的狀態(tài)，監(jiān)控主機(jī)可以定期通過處置信號(hào)接收模塊獲取繼電器狀態(tài)。

繼電器組包括2個(gè)地震預(yù)警繼電器和2個(gè)保護(hù)繼電器，地震預(yù)警繼電器常態(tài)吸起，保護(hù)繼電器常態(tài)落下。2個(gè)地震預(yù)警繼電器用于向牽引供電系統(tǒng)輸出接觸網(wǎng)斷電信號(hào)，2個(gè)地震預(yù)警繼電器分別對(duì)應(yīng)牽引變電所的主備高壓供電線路。2個(gè)故障保護(hù)繼電器用于在地震預(yù)警繼電器組出現(xiàn)故障、失去供電的等異常情況下，防止地震預(yù)警繼電器組向牽引供電系統(tǒng)發(fā)送錯(cuò)誤的斷電信號(hào)。

整個(gè)牽引變電接口輸出的信號(hào)狀態(tài)是地震預(yù)警繼電器和故障繼電器組合后的接點(diǎn)信號(hào)狀態(tài)。牽引變電接口輸出常開點(diǎn)接點(diǎn)組合電路如圖3所示。在正常工作狀態(tài)時(shí)，地震預(yù)警繼電器吸起，常開節(jié)點(diǎn)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，故障保護(hù)繼電器落下，常開節(jié)點(diǎn)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，整個(gè)輸出接點(diǎn)狀態(tài)為斷開狀態(tài);當(dāng)收到緊急處置信號(hào)后，地震預(yù)警繼電器落下，常開節(jié)點(diǎn)閉合，故障保護(hù)繼電器吸起，常開接點(diǎn)閉合，整個(gè)輸出接點(diǎn)狀態(tài)為閉合狀態(tài)。

牽引變電接口輸出常閉接點(diǎn)組合電路如圖4所示。在正常工作狀態(tài)時(shí)，地震預(yù)警繼電器吸起，常閉節(jié)點(diǎn)保持閉合狀態(tài)，故障保護(hù)繼電器落下，常閉節(jié)點(diǎn)保持閉合狀態(tài)，整個(gè)輸出接點(diǎn)狀態(tài)為閉合狀態(tài);當(dāng)收到緊急處置信號(hào)后，地震預(yù)警繼電器落下，常閉節(jié)點(diǎn)斷開，故障保護(hù)繼電器吸起，常閉接點(diǎn)斷開，整個(gè)輸出接點(diǎn)狀態(tài)為斷開狀態(tài)。

通過圖3、圖4可知只需1個(gè)故障保護(hù)繼電器配合地震預(yù)警繼電器動(dòng)作就可以輸出正確的信號(hào)，設(shè)置兩個(gè)故障保護(hù)繼電器是為了提高故障保護(hù)功能的可靠性。如果兩個(gè)故障保護(hù)繼電器都沒有動(dòng)作，那么地震預(yù)警繼電器的動(dòng)作不會(huì)影響牽引變電接口最終輸出的信號(hào)狀態(tài)。

2 ?具體應(yīng)用

牽引變電接口裝置可以安裝在牽引變電所內(nèi)的高速鐵路地震預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)控單元防災(zāi)機(jī)房。當(dāng)監(jiān)控單元中的監(jiān)控主機(jī)判斷目前該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地震緊急處置級(jí)別[4]達(dá)到斷電處置閾值時(shí)驅(qū)動(dòng)牽引變電接口，并通過牽引變電接口向牽引變電所內(nèi)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送斷電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了高速鐵路地震預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與牽引供電系統(tǒng)的對(duì)接，達(dá)到了高速鐵路地震預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)斷電緊急處置的目的。

一種牽引變電接口實(shí)現(xiàn)方式如圖5所示，牽引變電接口設(shè)置兩個(gè)地震預(yù)警繼電器（DZYJJ1、DZYJJ2）常態(tài)吸起、兩個(gè)保護(hù)繼電器（BHJ1、BHJ2）常態(tài)落下（繼電器型號(hào)為JWXC-1700）和1個(gè)檢修隔離開關(guān)（SA）。牽引變電接口繼電器通過監(jiān)控單元UPS進(jìn)行供電。SA開關(guān)可以使得在檢修調(diào)試時(shí)繼電器不會(huì)產(chǎn)生任何動(dòng)作。

表1顯示在各種異常情況下，繼電器均不會(huì)由于異常情況而觸發(fā)斷電，只有地震時(shí)才會(huì)進(jìn)行處置動(dòng)作，且由于每個(gè)繼電器均為冗余配置，具備故障狀態(tài)回采點(diǎn)，任意繼電器在發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)更換且不影響功能。

3 ?結(jié)語

通過設(shè)計(jì)一種高可靠性和安全性的高速鐵路牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)地震預(yù)警斷電接口裝置，能夠使列車在破壞性地震波到達(dá)前采取應(yīng)急響應(yīng)措施，最大程度降低地震對(duì)列車造成的損害，同時(shí)通過在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了如何避免誤觸發(fā)斷電帶來的損失，有效提升高速鐵路地震預(yù)警應(yīng)急聯(lián)動(dòng)的安全性和可靠性，能夠進(jìn)一步完善高速鐵路地震預(yù)警應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制，符合實(shí)際的工程應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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