高速鐵路接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠動控制技術(shù)的研究

李 焱

高速鐵路接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠動控制技術(shù)的研究

李 焱

針對高速鐵路接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠動采用的控制方式及實際運行中開關(guān)誤動、拒動、無顯示的原因進行了深入分析，對接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠動控制的薄弱環(huán)節(jié)提出了遠動控制的改進措施，提高了可靠性。

高速鐵路；接觸網(wǎng)；隔離開關(guān)；遠動控制

0 引言

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，供電遠動技術(shù)逐步成熟，可靠性明顯提高，但接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠動控制依然不穩(wěn)定，特別是供電運行中曾經(jīng)出現(xiàn)誤動、拒動、誤顯示等現(xiàn)象，成為供電遠動系統(tǒng)中最為薄弱的環(huán)節(jié)。

1 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠動現(xiàn)狀

目前高速鐵路接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠動控制主要是光纖控制形式（圖1）。

圖1 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)分布示意圖

光纖控制形式主要是借鑒數(shù)字化變電所理念發(fā)展而來，其主要特點：一是減少了穿越戶內(nèi)戶外控制電纜的數(shù)量，降低了外部原因如雷、電等對所內(nèi)設備的危害；二是控制信號采用了光纜傳輸，減少了電磁干擾。

但是，該控制形式同時也帶來了一些新問題，主要體現(xiàn)在如下方面：

（1）RTU等電子元件置于戶外控制箱內(nèi)，運行環(huán)境差，元器件損壞率增高。

（2）控制回路、邏輯判斷等變得復雜，環(huán)節(jié)增多，導致誤顯示信號等不確定因素增多。

（3）RTU、操作機構(gòu)控制板等工作電源與操作電源同路，在電源電壓不穩(wěn)定時，造成各個環(huán)節(jié)不穩(wěn)定因素增多。

據(jù)不完全統(tǒng)計，自高鐵開通以來，出現(xiàn)誤動10多次，拒動30余次，開關(guān)位置誤顯示100余次，雖經(jīng)過多次專項整治，但治標不治本，問題和隱患依然存在，沒有從根本上得到解決。

2 原因分析

2.1 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)誤動分析

針對現(xiàn)場實際情況分析得出，接觸網(wǎng)隔離開關(guān)誤動原因有以下幾方面：

（1）RTU與操作機構(gòu)信號連線受到干擾，從而誤觸發(fā)操作機構(gòu)自保持回路，導致開關(guān)誤動作。

經(jīng)運行發(fā)現(xiàn)，干擾信號確實存在，尤其在接觸網(wǎng)故障時，干擾信號最強烈。如：海南東環(huán)，發(fā)生接觸網(wǎng)隔離開關(guān)誤動后，接觸網(wǎng)工區(qū)會同相關(guān)人員在現(xiàn)場進行測量，停掉外部220 V電源后，依然在此連接線處測量到40～90 V電壓（圖2）。

值得注意的是，隔離開關(guān)操作機構(gòu)與RTU連線還存在另一隱患，如果220 V電源火地線接反，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，將直接導致誤發(fā)操作命令。

在運行中，接觸網(wǎng)隔離開關(guān)操作機構(gòu)箱內(nèi)加熱回路經(jīng)常報非正常工作；京滬高鐵德州、徐州、鄭州變電所等多個處所，當接觸網(wǎng)故障時，隔離開關(guān)操作機構(gòu)箱內(nèi)空氣開關(guān)發(fā)生跳閘。這從另一個側(cè)面印證了確實有感應電壓（電流）存在，只不過是干擾了不同的回路。

圖2 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠動控制原理示意圖

（2）操作機構(gòu)出口控制繼電器故障，當調(diào)度臺發(fā)出命令后不能執(zhí)行操作，但操作機構(gòu)內(nèi)部保持了這個操作命令，在隨后運行中，出口繼電器可能恢復，操作命令隨即作用導致開關(guān)動作。

（3）RTU的IP地址沖突，導致操作開關(guān)時另一個開關(guān)誤動。該現(xiàn)象多發(fā)生于新更換RTU后，更換人員不精心所致。

（4）接觸網(wǎng)隔離開關(guān)控制屏操作按鈕、PLC誤發(fā)命令。該類故障發(fā)生在京廣高鐵武廣段，共發(fā)生過3次，經(jīng)過延時處理已得到解決。

2.2 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)拒動分析

針對現(xiàn)場實際情況分析得出，接觸網(wǎng)隔離開關(guān)拒動原因有以下幾方面：a.隔離開關(guān)操作機構(gòu)箱內(nèi)空氣開關(guān)跳閘。圖3中，A1、A2、B1、B2四個空氣開關(guān)中任意一個開關(guān)跳閘都會導致接觸網(wǎng)隔離開關(guān)拒動。運行中跳閘最多的是B1開關(guān)。該現(xiàn)象多發(fā)生于接觸網(wǎng)故障時段，受到干擾所致。b.電子元器件損壞。c.傳輸通道中斷。

2.3 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)位置信號誤顯示分析

接觸網(wǎng)隔離開關(guān)位置信號誤顯示原因有以下幾方面：

（1）運行中發(fā)現(xiàn)，牽引變電所綜自交換機在主備通道切換時易誤發(fā)遙信信號，造成調(diào)度臺誤顯示。

（2）RTU或操作機構(gòu)線路板受干擾誤顯示。（3）控制電路元器件損壞。誤顯示會造成調(diào)度人員不知所措，如：鄭西高鐵運行中接觸網(wǎng)分相處隔離開關(guān)顯示合閘，調(diào)度人員馬上進行分閘操作，但顯示操作超時不能分閘，6 min后，開關(guān)又自動分閘，至今不知是開關(guān)真的動作還是誤顯示。

圖3 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)操作機構(gòu)控制原理示意圖

3 解決措施

解決接觸網(wǎng)隔離開關(guān)誤動、拒動、誤顯示問題的基本指導思想首先是要消除干擾，其次是要強化控制，即使干擾存在也不會誤動。消除干擾除標準施工及認真做好接地外，目前尚無其他好辦法，因此，應主要側(cè)重于強化控制。

3.1 防止接觸網(wǎng)隔離開關(guān)誤動措施

在現(xiàn)有高鐵接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的控制方式下，防止誤動的措施主要有3個：一是借鑒直接電纜控制方式的優(yōu)點，不操作的情況下斷開操作電源，實現(xiàn)電機控制回路的雙重控制；二是控制命令雙端口輸出；三是操作電機回路自保持功能的延時釋放。

（1）操作機構(gòu)箱控制電機回路空氣開關(guān)B1增加遠程操作機構(gòu)，并實現(xiàn)調(diào)度的遠程操作，不操作時斷開該開關(guān)。取消A2、B2開關(guān)，如圖4所示。

由于該開關(guān)與控制命令出口接觸器串聯(lián)，起到了電機回路的雙重控制作用，因此大大降低了干擾信號導致誤動的概率。

（2）控制命令觸發(fā)回路雙斷口。將RTU出口繼電器改為雙節(jié)點，同時斷開220 V控制命令的火、地線，雙端口輸出比單端口輸出降低了干擾帶來的誤動概率。

（3）將操作機構(gòu)箱內(nèi)自保持繼電器的自保持功能定時釋放，避免在操作時不動，而沒有操作時誤動。

3.2 防止接觸網(wǎng)隔離開關(guān)拒動措施

圖4中，B1開關(guān)增加操作機構(gòu)遠動后，不僅消除誤動，且達到一舉兩得的作用，取消了A2、B2開關(guān)，B1開關(guān)正常處于分閘狀態(tài)，不再會因浪涌動作引起跳閘。

圖4 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)操作機構(gòu)改進方案示意圖

同時，低壓空氣開關(guān)應配置輔助接點，將開關(guān)位置信號通過遠動系統(tǒng)上傳供電調(diào)度臺。

3.3 防止開關(guān)位置誤顯示措施

（1）接觸網(wǎng)隔離開關(guān)監(jiān)控屏與SCADA直接相連，不再經(jīng)過綜自交換機。

（2）RTU、操作機構(gòu)控制模塊自檢報警，當模塊不能正常工作時，向調(diào)度臺報警，此時，所有開關(guān)動作遙信信息將被忽略。

（3）當非遠動操作時，B1開關(guān)處于分閘狀態(tài)，操作電源不被接通，該過程中如調(diào)度臺出現(xiàn)接觸網(wǎng)隔離開關(guān)動作信號一般可以判斷為誤信息而忽略。

4 結(jié)語

（1）本文僅對光纖控制方式下接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的誤動、拒動、無顯示的原因進行了分析，提出了改進措施，供設計者借鑒。

（2）接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠動存在的問題同時說明，光纖控制、電纜直接控制兩種形式各有利弊，應相互借鑒，取長補短，逐步完善。接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠動需要系統(tǒng)的設計，而不能完全依靠不同廠家的產(chǎn)品簡單搭接。

（3）對于今后高鐵接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠動發(fā)展方向有待進一步研究。

[1] 蔡文泉. 一種實用的接觸網(wǎng)隔離開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 中國科技信息，2010，（1）.

[2] 尹磊. 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)方案研究[J]. 建筑電氣，2010，（8）.

[3] 趙培帥. GPRS控制電動隔離開關(guān)技術(shù)[J]. 電氣開關(guān)，2011，（1）.

[4] 陳曉紅. 接觸網(wǎng)遠動隔離開關(guān)存在問題的分析與建議[J].電氣化鐵道，2010，（4）.

On basis of a deep analysis made for control modes adopted for overhead contact system disconnectors of high speed railway line and causes of malfunction, miss operation, and non-display of disconnectors, relative measures for improving of remote control of overhead contact system disconnectors in terms of its weak points are put forward, and its reliability is improved.

High speed railway; overhead contact system; disconnector; remote control

U225.4+5

B

1007-936X(2015)02-0001-03

2014-12-10

李 焱.中國鐵路總公司運輸局，高級工程師，電話：010-51841873。