接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)存在問題的分析與建議

陳曉紅

0 引言

在電氣化鐵道中，分布在復(fù)線區(qū)段、樞紐站場、V停、電分相、柱上式分區(qū)所等處的接觸網(wǎng)隔離開關(guān)，由于數(shù)量多、分布范圍廣，檢修、操作不便，需要利用遠(yuǎn)動進(jìn)行操作。以變電所、分區(qū)所電分相處在列車前進(jìn)方向一側(cè)設(shè)置的縱向聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)為例，當(dāng)電力機車被迫停在接觸網(wǎng)分相中性區(qū)內(nèi)，等救援機車趕到現(xiàn)場并將機車?yán)鲋行詤^(qū)往往需要40～50 min，而在確認(rèn)了機車停車位置和離開無電區(qū)的方向、滿足取流條件和不至于造成相間短路的條件下，利用遠(yuǎn)動操作合上隔離開關(guān)，使電力機車升弓取流繼續(xù)運行，當(dāng)機車受電弓離開電分相中性區(qū)后，隨即斷開隔離開關(guān)，恢復(fù)正常運行方式，整個過程僅需0.5 min。

接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)快速有效地平衡上下行列車對數(shù)、保障列車通行、縮小事故范圍、隔離故障、分段作業(yè)等目的，實時保證其遠(yuǎn)動功能良好，有著十分必要的意義。

1 現(xiàn)存問題分析

從設(shè)備運行情況來看，部分接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)在關(guān)鍵時刻（如越區(qū)供電或列車停在無電區(qū)時）通過供電調(diào)度遠(yuǎn)動操作，及時送電，導(dǎo)通了線路，為確保正常的運輸秩序做出貢獻(xiàn)，但在運行、檢修、應(yīng)急搶修時，也會經(jīng)常出現(xiàn)遠(yuǎn)動操作失敗，經(jīng)分析主要原因有以下幾方面。

（1）電纜和光纜線路過長易出故障。目前接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)普遍存在開關(guān)距離主站（分區(qū)所、變電所、接觸網(wǎng)開關(guān)站等）較遠(yuǎn)的情況，導(dǎo)致相應(yīng)的電源電纜、控制電纜或光纜太長，有的長度超過4 000 m，且要在鐵軌下穿越，電纜、光纜經(jīng)常被施工單位或其他部門挖斷、損壞。

受現(xiàn)場地形條件的限制，當(dāng)電纜出現(xiàn)問題后故障點不易查找，且修復(fù)困難，嚴(yán)重影響了遠(yuǎn)動功能。某箱式分區(qū)所 2#隔離開關(guān)和 2#負(fù)荷開關(guān)曾出現(xiàn)控制電纜故障，通過電纜故障定位儀現(xiàn)場測試，測出2#隔離開關(guān)控制電纜故障點在離分區(qū)所約50 m處，2#負(fù)荷開關(guān)控制電纜故障點在距分區(qū)所1 450 m處（該隔離開關(guān)的電纜總長約3 000 m）。由于2#隔離開關(guān)電纜在鐵軌下穿越，無法找到故障點的具體位置，對此重新敷設(shè)一根新電纜給予修復(fù)；由于 2#負(fù)荷開關(guān)電纜敷設(shè)在灌木叢中，故障點位置不易判斷，在距分區(qū)所1 450 m處截斷電纜，在分區(qū)所端和負(fù)荷開關(guān)端重新測故障點距離，在測量故障點挖開后發(fā)現(xiàn)有2 m長的電纜已燒損，對控制電纜燒損部分進(jìn)行更換。

（2）遠(yuǎn)動通道時有不通。遠(yuǎn)動通道是接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)子站與調(diào)度主站的神經(jīng)，它的通信質(zhì)量會直接影響到供電調(diào)度的遙控和事故處理速度，目前遠(yuǎn)動通道有2 M光纖、64 k數(shù)字、4線音頻等幾種通訊方式。通道點多線長，經(jīng)常出現(xiàn)通道不通的情況。其中64 k數(shù)字電路組網(wǎng)方式、音頻均為點對點結(jié)構(gòu)，安全性較差，不具備環(huán)狀保護(hù)功能，且傳輸帶寬過窄，當(dāng)傳輸?shù)倪h(yuǎn)動信息量大時，由于帶寬限制，信息不能及時傳送，出現(xiàn)不能遠(yuǎn)動的故障，不適合目前數(shù)據(jù)傳輸要求。64 k和音頻電路屬于半模擬電路，受環(huán)境影響較大，特別是目前電氣化鐵道使用的高電壓，對電路影響較大，電路下部線為電纜線，電纜線及相關(guān)基帶Modem等設(shè)備容易受電磁干擾影響，易出現(xiàn)遠(yuǎn)動信息不能傳輸?shù)墓收稀Ｓ捎谌鄙俦匾臏y試手段，64 k和音頻電路沒有專用的儀表，電路出現(xiàn)故障時很難定位。

（3）開關(guān)的低壓配電設(shè)備抗過壓保護(hù)性能較差。主站和子站相關(guān)低壓配電設(shè)備抗過壓保護(hù)性能較差是導(dǎo)致隔離開關(guān)誤動作、低壓配電設(shè)備燒損的一個主要原因。某接觸網(wǎng)開關(guān)站的 K03#隔離開關(guān)因喜鵲造成接觸網(wǎng)短路接地，引起變電所跳閘，故障跳閘電流達(dá)到3 150 A，經(jīng)分析隔離開關(guān)控制箱外殼接地與隔離開關(guān)接地連在一起，當(dāng)短路電流經(jīng)短路點流過機構(gòu)箱向大地疏散時，機構(gòu)箱電位升高，最高達(dá)到交流1 124 V，此時隔離開關(guān)控制回路感應(yīng)電壓達(dá)到176 V，脈沖啟動開關(guān)，使電動機自保持回路完成開關(guān)由合到分，K03#隔離開關(guān)自動分閘，造成站場接觸網(wǎng)停電。

（4）RTU終端系統(tǒng)裝置運行不穩(wěn)。RTU終端后臺機死機、電源故障也是導(dǎo)致接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠(yuǎn)動操作失敗的原因之一。如某線分區(qū)所投運伊始，其分區(qū)所內(nèi)監(jiān)控程序頻頻出現(xiàn)自動退出，導(dǎo)致遠(yuǎn)動通訊中斷，經(jīng)總結(jié)程序退出有以下幾種情況：工控機在電源正常的情況下自動關(guān)機而未能自動啟動、虛擬內(nèi)存不足造成系統(tǒng)不能正常運行、系統(tǒng)進(jìn)程錯誤、監(jiān)控軟件遇到問題需要關(guān)閉程序等。

2 建議與措施

為提高接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠(yuǎn)動性能的可靠性，使設(shè)備抗干擾性強、能滿足惡劣的工業(yè)控制環(huán)境及電氣化鐵道運行環(huán)境的要求、能實現(xiàn)采集信號的遠(yuǎn)距離傳輸、具備防雷電及過電壓反擊的功能，結(jié)合既有經(jīng)驗，根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)要求，在此提出應(yīng)用CDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接觸網(wǎng)隔離開關(guān)無線遠(yuǎn)動操作的建議，以解決接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)存在的問題。

應(yīng)用CDMA網(wǎng)絡(luò)的接觸網(wǎng)隔離開關(guān)無線遠(yuǎn)動系統(tǒng)由調(diào)度中心、無線通道和RTU 3部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

無線遠(yuǎn)動隔離開關(guān)監(jiān)控裝置主要由可編程控制器（PLC）、UPS不間斷電源、CDMA 1X調(diào)制解調(diào)器、輸出驅(qū)動與輸入緩沖、防雷擊器件5部分構(gòu)成。該系統(tǒng)的特點能夠克服前述接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)存在的問題。具體如下：

（1）設(shè)計時可盡量減小無線遠(yuǎn)動隔離開關(guān)監(jiān)控裝置的體積，將其安裝在隔離開關(guān)的操作機構(gòu)箱旁邊，避免因控制電纜、電源電纜或光纜過長易出現(xiàn)故障的問題。

（2）CDMA 1X調(diào)制解調(diào)器采用CDMA 1X通信技術(shù)，利用CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)強大的功能，實現(xiàn)與調(diào)度端的無線網(wǎng)絡(luò)連接，可以與控制中心的監(jiān)控主機實時在線通訊。CDMA公用移動通信平臺覆蓋面廣、可靠性強、通信質(zhì)量穩(wěn)定、不受地域和距離限制，能夠解決遠(yuǎn)動通道及其相應(yīng)的通訊設(shè)備運行不穩(wěn)的問題。

（3）現(xiàn)場采用多種防干擾措施，實現(xiàn)設(shè)備在露天惡劣環(huán)境下的安全運行。裝置的輸出和輸入電路均采取兩級隔離方式，以提高抗干擾能力和可靠性。輸出的前級隔離為可編程控制器 PLC內(nèi)部繼電器，第二級驅(qū)動繼電器為進(jìn)口大容量中間繼電器，能直接驅(qū)動帶儲能的隔離開關(guān)操作機構(gòu)。輸入的前級隔離為中間繼電器，后級為可編程控制器內(nèi)部光電輸入隔離。該方式將強、弱電部分實現(xiàn)了完全的物理隔離，最大限度地保護(hù)裝置免受外界強電損壞。由于裝置工作在野外露天環(huán)境下，在電源輸入部分和 CDMA 1X調(diào)制解調(diào)器天線處均加裝了防雷器件，一旦發(fā)生雷擊，可以保護(hù)裝置不受任何損害，從而克服了開關(guān)低壓配電設(shè)備抗過壓保護(hù)性能差的問題。

圖1 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)無線遠(yuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（4）可編程控制器（PLC）由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。使用 PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就大大降低，它具有強大的通信能力，即可獨立運行，又可作為遠(yuǎn)方終端連成網(wǎng)絡(luò)來完成分布式控制任務(wù)。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)?？朔薘TU終端系統(tǒng)裝置運行不穩(wěn)的問題。

3 結(jié)束語

綜上所述，提高接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的遠(yuǎn)動可靠性，需要在通訊方式、技術(shù)、設(shè)備等方面加強技術(shù)革新和改進(jìn)。鑒于CDMA移動公用通訊平臺具有無需單獨組網(wǎng)建設(shè)和專門維護(hù)、不受各種客觀因素的影響、數(shù)據(jù)傳輸速率高、抗干擾能力強等優(yōu)點，建議采用CDMA網(wǎng)絡(luò)無線遠(yuǎn)動方式操作隔離開關(guān)實現(xiàn)倒閘操作，以確保牽引供電安全可靠?？勺鳛橐豁椏蒲许椖吭诂F(xiàn)場進(jìn)行試驗，在試驗過程中不斷改進(jìn)。相信隨著科技的發(fā)展，接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)會以更加完善的設(shè)備性能為鐵路牽引供電事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

[1]王佩雷，陳宇.接觸網(wǎng)無線遠(yuǎn)動隔離開關(guān)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2009，（8）：106-109.