接觸軌自動接掛地線裝置的研究

閆 沖

接觸軌自動接掛地線裝置的研究

閆 沖

闡述了DC 1 500 V接觸軌自動接掛地線裝置的研究過程。根據(jù)接觸軌自動接掛地線裝置的設(shè)計依據(jù)，確定設(shè)備應達到的功能要求，并描述了自動接掛地線裝置現(xiàn)階段的研究應用情況及未來的發(fā)展前景。

自動接掛地線裝置；研究；功能；發(fā)展前景

0 引言

深圳市地鐵龍崗線正線全長41.659 km（雙線），其中地下線17.323 km，高架線21.854 km，地面線1.572 km，過渡段0.910 km，全線設(shè)橫崗車輛段1座，中心公園停車場1座。全線采用接觸軌供電模式，其最大的優(yōu)勢是系統(tǒng)本身安全可靠，維護工作量小，但由于安裝位置離地面較近，軌行區(qū)各類設(shè)備巡視和檢修施工作業(yè)時必須停電并接掛地線，全線作業(yè)地線掛設(shè)點多，線長，傳統(tǒng)的人工掛拆地線模式人力資源浪費的弊端尤其突出。因此，急需研發(fā)可遠程自動接掛地線裝置，以取代人工掛地線的方式，提高生產(chǎn)效率，減少人力資源的浪費。

1 自動接掛地線裝置技術(shù)指標

接觸軌自動接掛地線裝置作為地鐵工程使用的核心設(shè)備，不僅對其整體結(jié)構(gòu)性能有較高的要求，也對其自身的安全性能有許多特殊要求。

該裝置的研究是基于深圳市地鐵龍崗線DC 1 500 V接觸軌系統(tǒng)，因此，其技術(shù)指標應完全滿足深圳市地鐵龍崗線的供電技術(shù)要求。接觸軌自動接掛地線裝置已達到表1中技術(shù)性能參數(shù)。

2 自動接掛地線裝置結(jié)構(gòu)及保護功能

自動接掛地線裝置由金屬箱體、接地開關(guān)、遠程可視自動化裝置及連鎖4部分組成。

2.1 金屬箱體

為了便于現(xiàn)場安裝，滿足高架段及地下段的安裝環(huán)境要求，自動接掛地線裝置箱體的外形尺寸控制在500 mm×600 mm×800 mm以內(nèi)，安裝方式設(shè)計為掛墻式和落地式2種。

金屬箱體內(nèi)設(shè)置了接地開關(guān)室和綜合自動化室。接地開關(guān)室設(shè)于箱體下部，用于安裝絕緣接地開關(guān)。綜合自動化室設(shè)于箱體上部，用于安裝綜合自動化系統(tǒng)及操作系統(tǒng)。

在接地開關(guān)室前門和左側(cè)面板上設(shè)置了巡視窗，從巡視窗可清楚地觀察到接地開關(guān)的位置，檢修人員在下軌行區(qū)作業(yè)時，可通過巡視窗查看接地裝置的接地情況，保證自身人身安全。開關(guān)室內(nèi)裝有照明設(shè)備，在夜間作業(yè)時，檢修人員也可清楚地觀察到裝置的接地情況。

在接地開關(guān)室底部設(shè)置了正極電纜和負極電纜的安裝端子，安裝端子進行絕緣處理，用以安裝正、負極電纜。開關(guān)室后壁下方設(shè)置電纜套管，用以引入正、負極電纜。

2.2 接地開關(guān)

接地開關(guān)由操作機構(gòu)和接地刀閘2部分組成。

操作機構(gòu)包括電動操作和手動操作，可實現(xiàn)遠程電動、就地電動以及就地手動的操作功能。

接地刀閘由刀閘式動觸頭和鴨嘴式靜觸頭組成，動觸頭接負極電纜，靜觸頭接正極電纜。

表1 接觸軌自動接掛地線裝置技術(shù)性能參數(shù)表

2.3 遠程可視自動化裝置

為了使自動接掛地線裝置的控制、保護、檢測、通訊等功能實現(xiàn)遠程的遙感、遙控、遙測、遙信，該裝置設(shè)置遠程可視自動化裝置。該裝置與控制中心采用以太網(wǎng)連接，與視頻設(shè)備、遠程控制設(shè)備共享統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。這樣，自動接掛地線裝置運行狀態(tài)的檢測、操作等都可實現(xiàn)遠程可視化功能，無需檢修人員到現(xiàn)場掛接地線，徹底革新了傳統(tǒng)人工掛、拆地線操作模式，降低了工人勞動強度，提高了安全可靠度。

2.4 連鎖保護

為了保證自動接掛地線裝置的可靠性、安全性及穩(wěn)定性，裝置設(shè)計了多重連鎖保護功能。

2.4.1 防止接觸軌帶電時操作設(shè)備功能

為防止接觸軌帶電時操作自動接掛地線裝置，該裝置設(shè)置了雙重連鎖功能。即可防止接觸軌在帶電時遠程電動操作設(shè)備，也可鎖閉手動操作面板。

當接觸軌帶電時，傳感器的強制性輔助觸頭將接地開關(guān)的分合閘回路斷開，使之不能進行電動操作；同時，傳感器還將接觸軌帶電狀態(tài)傳輸給顯示裝置，給以警示功能。此時，傳感器的強制性輔助觸頭還將接地開關(guān)室門的電磁鎖閉鎖，以防止人為打開室門手動操作設(shè)備。

2.4.2 防止設(shè)備在接地位時接觸軌送電功能

為防止自動接掛地線裝置在接地位時接觸軌誤送電，該裝置設(shè)置了遠程圖像、視頻傳輸功能，使相關(guān)人員均可遠程觀察到裝置的狀態(tài)。

當自動接掛地線裝置在接地位時，傳感器一方面將接地狀態(tài)信息傳遞給終端顯示設(shè)備，給以警示。另一方面，自動接掛地線裝置的接地狀態(tài)圖像、視頻及狀態(tài)信息也將通過遠程控制裝置傳遞給總控制室，以防止接觸軌此時送電。

2.4.3 防止現(xiàn)場檢修人員誤入帶電間隔功能

由于線路設(shè)備繁多，各專業(yè)檢修時對接觸軌供電的要求不一，線路常常會進行分段停電檢修。為了防止現(xiàn)場檢修人員誤入帶電間隔，自動接掛地線裝置設(shè)置了外部警示燈，采用不同顏色的燈光代表裝置的接地狀態(tài)，黃色燈光表示接觸軌未掛接地線，應遠離接觸軌系統(tǒng)，藍色燈光表示接觸軌已掛完接地線，可以開始作業(yè)。檢修人員可遠距離清楚的觀察到燈光顏色，由此可了解到該段區(qū)域自動接掛地線裝置的接地狀態(tài)，保證檢修人員的安全。

2.4.4 防止手動和電動并行操作功能

為防止手動與電動并行操作，在接地開關(guān)操作面板上設(shè)置模式手柄。模式設(shè)置有手動、電動和鎖定3種控制模式。當需進行當?shù)仉妱踊蜻h程電動操作時，將模式手柄打到電動位，此時，模式手柄將電動操作回路接通，同時，還將手動操作輸出軸閉鎖，使該裝置不能進行手動操作；當手柄打到手動位，在轉(zhuǎn)換齒輪與從動齒輪脫開的同時，從動齒輪又將分合閘回路斷開，從而使該裝置只能進行就地手動操作，自動操作與遠程操作都無法進行。

2.4.5 防止鎖定位置操作功能

當需要禁止裝置使用時，可將模式手柄打到“鎖定”位置，此時，電動操作回路被切斷，同時，模式手柄的鎖緊機構(gòu)將轉(zhuǎn)換齒輪與從動齒輪強制鎖死，手動操作被連鎖擋板關(guān)閉，使之不能進行手動操作。此時，自動接掛地線裝置將不能操作。

2.4.6 設(shè)備運行中突然停電后的操作保護功能

為了防止設(shè)備在運行過程中控制回路突然失電，導致設(shè)備處于接地或半接地狀態(tài)，致使接觸軌不能正常供電的隱患出現(xiàn)。自動接掛地線裝置設(shè)置有自動分閘聯(lián)鎖，即當設(shè)備在運行過程中控制回路突然失電，自動接掛地線裝置處于接地或半接地狀態(tài)，當控制回路恢復供電時，該裝置將會自動恢復到分閘狀態(tài)，即不接地狀態(tài)。該功能消除了在故障恢復后，接觸軌不能正常供電的隱患。

3 自動接掛地線裝置的研究應用情況

接觸軌自動接掛地線裝置從2011年開始研制，經(jīng)過多次的方案討論、樣機試制、型式試驗和掛網(wǎng)試運行，于2012年5月通過設(shè)備型式試驗并掛網(wǎng)試運行，2012年10月通過專家鑒定，2013年3月獲得國家實用新型專利和計算機軟件著作權(quán)證書。

接觸軌自動接掛地線裝置自2012年5月在深圳地鐵龍崗線六約站安裝試運行，至今，設(shè)備運行穩(wěn)定，各項功能運行正常，設(shè)備整體表現(xiàn)良好。

2013年6月，深圳地鐵三號線已完成該裝置的招標工作，第一階段總計投資600萬元，實現(xiàn)地線接掛車站級控制操作，2014年6月，深圳地鐵三號線完成該裝置的安裝調(diào)試工作，正式投入使用。目前，設(shè)備整體運行良好，安全性高，設(shè)備運行穩(wěn)定，并有效地縮短了掛接地線的時間，提高了工作效率。

4 未來發(fā)展前景

4.1 經(jīng)濟效益分析

自動接掛地線裝置投入使用后，其經(jīng)濟效益極為可觀。筆者將以深圳地鐵龍崗線為基礎(chǔ)進行分析，從設(shè)備檢修效率及人員成本進行深入分析。

4.1.1 提高軌行區(qū)設(shè)備檢修效率和事故搶修效率

深圳地鐵龍崗線完成傳統(tǒng)的人工掛拆地線工作（接觸軌停電、驗電、接掛地線及后續(xù)的拆卸地線）正線一般需45 min以上；車輛段內(nèi)供電分區(qū)復雜，地線掛設(shè)點多，一般需60～80 min。傳統(tǒng)的人工掛、拆地線方式過多的占用軌行區(qū)內(nèi)的有限檢修天窗時間，嚴重制約地鐵設(shè)備的作業(yè)工時利用率，每天晚上有效檢修施工作業(yè)時間不到3 h。為保證有限時間內(nèi)完成設(shè)備檢修，恢復設(shè)備的運營狀態(tài)，只能通過投入更多的人力資源的方式實現(xiàn)。

接觸軌自動接地裝置由遠程遙控操作來實現(xiàn)，只需一人在3～5 min完成地線掛拆的所有工序，在相同的檢修天窗時間內(nèi)將有效作業(yè)時間增加40～60 min，提高各專業(yè)系統(tǒng)軌行區(qū)夜班作業(yè)工時有效利用率25%以上，大幅度提高了檢修作業(yè)效率和檢修質(zhì)量。

特別在運營時間，如果發(fā)生緊急搶修，該裝置的投用可快速確保搶修區(qū)域的作業(yè)安全，大大縮短搶修時間，保證運營快速恢復，其意義尤其重大。

4.1.2 實現(xiàn)減員增效，降低運營人力資源成本

深圳地鐵龍崗線全線采用接觸軌供電模式，其最大的優(yōu)勢是系統(tǒng)本身安全可靠，維護工作量小，但由于安裝位置離地面較近，軌行區(qū)各類設(shè)備巡視和檢修施工作業(yè)時必須停電并接掛地線，全線作業(yè)地線掛設(shè)點多，線長，傳統(tǒng)的人工掛拆地線模式人力資源浪費的弊端尤其突出。若按照常規(guī)的每個牽引變電所掛設(shè)地線的模式，全線（含車輛段和停車場）最少需配置地線掛設(shè)人員68人。深圳地鐵龍崗線全線14個牽引變電所，采用跨越式供電分區(qū)掛設(shè)地線方式（即正線每2個牽引所掛設(shè)一組地線，牽引所之間采用聯(lián)絡(luò)開關(guān)聯(lián)通），最大限度減少地線掛設(shè)數(shù)量，但配合施工掛拆地線工作所耗費人力仍然達40人（正線28人，車輛段和停車場12人）。

接觸軌自動接地裝置安裝投用后，采用車站值班人員等兼職操作，供電專業(yè)用于配合掛拆地線人員可大幅度減少。如果考慮由于軌行區(qū)作業(yè)效率提高而產(chǎn)生的其他相關(guān)專業(yè)人力資源的節(jié)約成本，其經(jīng)濟效益更為可觀。根據(jù)龍崗線2012年軌道、信號、常規(guī)機電設(shè)備維修作業(yè)班次測算，采用自動接掛地線裝置后，可減少軌行區(qū)作業(yè)人員配置10%左右，將有效節(jié)約人力成本。

4.2 軌道交通行業(yè)中的發(fā)展

接觸軌自動接掛地線裝置的使用，可有效的延長晚間的作業(yè)時間，特別是在采用接觸軌系統(tǒng)供電方式的線路中，可徹底解決人工接掛地線作業(yè)的弊端，提高作業(yè)效率，節(jié)約人力成本，保證作業(yè)人員及系統(tǒng)的安全。

自動接掛地線裝置具有鮮明的技術(shù)特點，從安全、效率和效益角度對運營具有極大的現(xiàn)場應用價值，尤其是對接觸軌供電制式的地鐵維修系統(tǒng)意義重大，可以說是對接觸軌供電模式的完善和補充，填補了國內(nèi)空白，并體現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新的有效結(jié)合。

5 結(jié)語

筆者結(jié)合深圳地鐵龍崗線的現(xiàn)狀，對自動接掛地線裝置的技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)、保護功能、研制應用情況及未來的發(fā)展做了詳細的描述及分析，說明該裝置的研制對于軌道交通系統(tǒng)的必要性。希望與全國其他地鐵同行進行交流和探討，拋磚引玉，取長補短，為促進我國城市軌道交通的發(fā)展奉獻微薄的力量。

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The paper illustrates the process of study on the device for automatic hanging of earthing wire for DC 1 500 V conductor rail, the defined functional requirements for the equipment that shall be met according to the design basis for device for automatic hanging of earthing device for conductor rail, and describes the researches and application of the device for automatic hanging of earthing wire at present and future development.

Device for automatic hanging of earthing wire; research; function; future development

U231.6

：B

：1007-936X(2015)05-0040-04

2014-12-04

閆 沖.深圳市地鐵集團有限公司運營總部，工程師，電話：13418589023。