在線(xiàn)式智能五防系統(tǒng)在長(zhǎng)昆客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的研究應(yīng)用

姚夕平 王 益

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

在線(xiàn)式智能五防系統(tǒng)在長(zhǎng)昆客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的研究應(yīng)用

姚夕平 王 益

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

為提高客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)牽引變電所自動(dòng)化、智能化運(yùn)行水平，減輕運(yùn)行檢修人員勞動(dòng)強(qiáng)度、避免人為因素引發(fā)的檢修安全事故，在長(zhǎng)昆客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)云南段4座牽引變電所配置了新一代在線(xiàn)式智能五防系統(tǒng)。該系統(tǒng)由防誤主機(jī)、無(wú)線(xiàn)路由器、無(wú)線(xiàn)智能鑰匙、防誤鎖具等組成，在變電所內(nèi)構(gòu)建無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，具備權(quán)限管理、模擬預(yù)演、邏輯判斷、設(shè)備強(qiáng)制閉鎖等功能。該系統(tǒng)能全面、有效的防止由于工作人員的疏忽、精神疲倦、聯(lián)系不周等人為因素造成的安全事故，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)聯(lián)控確保安全的目的，是一種新型的安全防護(hù)設(shè)備。

牽引變電所； 在線(xiàn)式； 五防系統(tǒng)； 智能鑰匙

1 基本概況

鐵路總公司《高速鐵路牽引變電所安全工作規(guī)則》規(guī)定[3]，牽引變電所帶電設(shè)備的一切作業(yè)，均須按工作規(guī)程嚴(yán)格執(zhí)行。牽引變電所在日常運(yùn)作時(shí)主要工作為倒閘操作和檢修作業(yè)，在檢修作業(yè)時(shí)，必須辦理第一種工作票。為使第一種工作票順利執(zhí)行，需進(jìn)行必要的倒閘、驗(yàn)電、掛/拆地線(xiàn)、開(kāi)/關(guān)網(wǎng)柵門(mén)、開(kāi)/關(guān)柜門(mén)、開(kāi)/鎖手柄、開(kāi)/鎖機(jī)構(gòu)箱、掛/拆標(biāo)識(shí)牌等操作。在這些操作中都可能出現(xiàn)的失誤有：①誤分/合斷路器；②帶負(fù)荷拉/合隔離開(kāi)關(guān)；③帶地線(xiàn)合隔離開(kāi)關(guān)；④帶電掛接地線(xiàn)；⑤誤入帶電間隔。

這些失誤會(huì)釀成重大安全事故，導(dǎo)致嚴(yán)重后果，由此需采用防誤操作系統(tǒng)進(jìn)行防范，全面覆蓋牽引變電所運(yùn)行、操作、檢修等方式下的強(qiáng)制閉鎖，確保各種操作行為得到安全保障。防止以上5種惡性電氣誤操作的技術(shù)措施簡(jiǎn)稱(chēng)為“五防系統(tǒng)”。

長(zhǎng)昆客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)是我國(guó) “四縱四橫”客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)網(wǎng)的重要組成部分，線(xiàn)路東起湘黔省界，向西經(jīng)貴州省玉屏、三穗、凱里、貴定、貴陽(yáng)、平壩、安順、關(guān)嶺、普安、盤(pán)縣后進(jìn)入云南省，經(jīng)富源、曲靖、馬龍、嵩明至昆明市(昆明南站)。正線(xiàn)全長(zhǎng)747.237 km(運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度)，其中貴州境內(nèi)長(zhǎng)559.473 km，云南境內(nèi)長(zhǎng)187.764 km，設(shè)計(jì)時(shí)速300 km。云南段新建富源北、曲靖北、舊縣、長(zhǎng)水共4座220 kV牽引變電所。

為提高客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)牽引變電所自動(dòng)化、智能化運(yùn)行水平，減輕運(yùn)行檢修人員勞動(dòng)強(qiáng)度、避免人為因素引發(fā)的檢修安全事故，在長(zhǎng)昆客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)云南段4座牽引變電所配置了新一代在線(xiàn)式智能五防系統(tǒng)。

2 五防系統(tǒng)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)部分電氣化鐵路的牽引變電所已經(jīng)安裝了五防系統(tǒng)，這種五防系統(tǒng)是一種基于離線(xiàn)式智能鑰匙的防誤閉鎖裝置，屬于早期一代系統(tǒng)。在實(shí)際運(yùn)行中，因技術(shù)條件和設(shè)計(jì)方案的限制存在以下一些問(wèn)題：

(1)無(wú)法有效防止誤入帶電間隔。當(dāng)打開(kāi)了開(kāi)關(guān)設(shè)備間隔的鎖具，因種種原因并未斷開(kāi)開(kāi)關(guān)設(shè)備時(shí)，網(wǎng)門(mén)內(nèi)的設(shè)備還帶電。此時(shí)，智能鑰匙仍然可以繼續(xù)進(jìn)行打開(kāi)網(wǎng)門(mén)鎖具的操作，容易造成人員誤入帶電間隔。

(2)無(wú)法實(shí)現(xiàn)防誤操作系統(tǒng)對(duì)于集控站遙控操作的閉鎖。當(dāng)用智能鑰匙執(zhí)行一個(gè)操作序列，遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)還未操作到當(dāng)?shù)匚坏臅r(shí)候，如遙控操作對(duì)其中相關(guān)的對(duì)象進(jìn)行了操作，防誤主機(jī)雖然通過(guò)綜自系統(tǒng)得到了操作變位信號(hào)，但現(xiàn)場(chǎng)操作智能鑰匙的人員卻不知道部分操作對(duì)象已變位，因而不能進(jìn)行正確的閉鎖，容易形成沖突性的操作，使原來(lái)設(shè)定的操作邏輯混亂，從而造成了新的誤操作。

(3)系統(tǒng)無(wú)法實(shí)時(shí)收集智能鑰匙操作過(guò)程中的狀態(tài)信息，尤其是對(duì)網(wǎng)門(mén)、柜門(mén)、臨時(shí)接地線(xiàn)等不能通過(guò)綜自獲得的操作對(duì)象信息。

(4)目前智能鑰匙與上位機(jī)(防誤主機(jī)、鑰匙管理機(jī))的通訊只有一個(gè)通道，即要經(jīng)過(guò)USB-通訊底座-紅外，傳遞環(huán)節(jié)多效率不高。

由于目前鐵路牽引變電所的五防系統(tǒng)使用的是離線(xiàn)式結(jié)構(gòu)，隨著使用者對(duì)防誤要求的不斷提高，對(duì)操作過(guò)程出現(xiàn)的誤操作漏洞逐漸彌補(bǔ)，新一代在線(xiàn)式智能五防系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

3 在線(xiàn)式智能五防系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

在線(xiàn)式智能五防系統(tǒng)對(duì)防誤操作的過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)性監(jiān)控，將操作過(guò)程的每一步與防誤主機(jī)相聯(lián)系，通過(guò)防誤主機(jī)監(jiān)控操作結(jié)果判斷是否會(huì)有新的“漏洞”，及時(shí)通知操作現(xiàn)場(chǎng)停止誤操作，從而達(dá)到全面的防誤效果。

在線(xiàn)式防誤操作方式與離線(xiàn)式防誤操作方式的主要區(qū)別如表1所示。

表1 防誤操作方式對(duì)照表

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

在線(xiàn)式智能五防系統(tǒng)是在權(quán)限管理、模擬預(yù)演、邏輯判斷、設(shè)備強(qiáng)制閉鎖等方面進(jìn)行全面、完善的防誤管理，防止人為因素導(dǎo)致電氣誤操作。系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)防誤操作軟件系統(tǒng)，智能鑰匙、鎖具等來(lái)保證牽引變電所設(shè)備運(yùn)行安全和工作人員人身安全，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

系統(tǒng)由防誤主機(jī)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由器、無(wú)線(xiàn)智能鑰匙、防誤鎖具等組成，在牽引變電所內(nèi)構(gòu)建無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)。智能鑰匙作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)內(nèi)漫游，實(shí)現(xiàn)操作終端與主控室之間的實(shí)時(shí)信息交互，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地線(xiàn)狀態(tài)查詢(xún)和實(shí)時(shí)防誤邏輯判斷，構(gòu)筑全方位實(shí)時(shí)防誤網(wǎng)絡(luò)。

無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)由接入到防誤主機(jī)的無(wú)線(xiàn)通訊模塊和無(wú)線(xiàn)智能鑰匙組成，通訊網(wǎng)絡(luò)無(wú)布線(xiàn)。由于牽引變電所高壓室等結(jié)構(gòu)特征及室外高壓設(shè)備場(chǎng)地因素，因此采用了穿越功能強(qiáng)的433 MHz作為無(wú)線(xiàn)通訊的頻率。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)方式在幾種通訊網(wǎng)絡(luò)中最為簡(jiǎn)單，成本也最低，尤其在布線(xiàn)困難的牽引變電所可優(yōu)先采用此方案。

3.3 系統(tǒng)功能

當(dāng)前既有的離線(xiàn)式五防系統(tǒng)已經(jīng)具有了模擬預(yù)演功能、發(fā)送和存儲(chǔ)操作票功能、五防閉鎖操作功能、唯一操作權(quán)功能、對(duì)臨時(shí)接地線(xiàn)進(jìn)行強(qiáng)制閉鎖功能、防接地線(xiàn)漏掛、漏拆、多任務(wù)并行操作功能、緊急解鎖功能等。在線(xiàn)式智能五防系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，新增了如下功能：

(1)無(wú)線(xiàn)通信功能

智能鑰匙能夠正確無(wú)誤的通過(guò)USB或ZIGBEE與上位機(jī)進(jìn)行收發(fā)通訊。

(2)工作票的網(wǎng)絡(luò)化管理功能

系統(tǒng)把工作票納入管理，網(wǎng)上簽發(fā)、辦理電子工作票，同時(shí)使工作票標(biāo)準(zhǔn)化、流程化。把工作票辦理和恢復(fù)安全措施納入防誤系統(tǒng)，防止辦理和恢復(fù)安全措施過(guò)程中的人員誤操作。

(3)智能鑰匙人機(jī)對(duì)話(huà)功能

智能鑰匙就是一部防誤操作過(guò)程中移動(dòng)的電腦，它是智能五防系統(tǒng)操作過(guò)程中人機(jī)對(duì)話(huà)的媒介，起到替代手持紙質(zhì)型“倒閘操作卡片”、“第一種工作票”的作用，同時(shí)也可將不能進(jìn)行自動(dòng)回應(yīng)操作結(jié)果的操作過(guò)程通過(guò)人機(jī)對(duì)話(huà)傳送到防誤主機(jī)中去。

(4)設(shè)備位置狀態(tài)實(shí)時(shí)更新功能

五防系統(tǒng)主機(jī)的人機(jī)界面繪制有牽引變電所主接線(xiàn)圖，變電所所有設(shè)備(斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘等)的位置狀態(tài)都能通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)采集，并實(shí)時(shí)顯示在人機(jī)界面上。

(5)實(shí)時(shí)防誤邏輯判斷及閉鎖功能

系統(tǒng)在執(zhí)行操作票時(shí)，五防系統(tǒng)主機(jī)可根據(jù)設(shè)備位置狀態(tài)的變化，進(jìn)入邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)，判斷當(dāng)前操作是否能執(zhí)行；如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備誤動(dòng)或跳閘，五防系統(tǒng)主機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)在線(xiàn)的智能鑰匙及時(shí)閉鎖，禁止下一步操作，可有效防止可能產(chǎn)生的誤操作。

(6)在線(xiàn)監(jiān)控操作過(guò)程功能

系統(tǒng)的主要部件智能鑰匙處于在線(xiàn)操作狀態(tài)，防誤主機(jī)可以在線(xiàn)跟蹤操作票的執(zhí)行情況，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被閉鎖設(shè)備的狀態(tài)(如：手動(dòng)刀閘、臨時(shí)接地線(xiàn)、網(wǎng)門(mén)等)。設(shè)備的每一次狀態(tài)變化，都能實(shí)時(shí)地傳回監(jiān)控中心的圖形系統(tǒng)，使圖形系統(tǒng)在每一次模擬預(yù)演前，都能準(zhǔn)確地獲得鎖具和設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)。另外，五防數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)交互，在遠(yuǎn)方、就地切換操作過(guò)程中，自動(dòng)無(wú)線(xiàn)回傳。

(7)事故追憶功能

事故追憶功能：記錄并瀏覽操作票及操作信息，掉電后數(shù)據(jù)保存10年以上。

(8)掉電、關(guān)機(jī)信息記憶功能

電腦鑰匙在意外掉電或關(guān)機(jī)時(shí)，自動(dòng)記憶，存貯的信息不丟失，記憶時(shí)間可達(dá)10年以上。

(9)防走空程

在檢測(cè)到當(dāng)前操作的設(shè)備狀態(tài)正確變位后才開(kāi)放下一步的操作，有效防止操作中走“空程序”等問(wèn)題。

3.4 與牽引變電所設(shè)備的接口

(1)五防系統(tǒng)單獨(dú)組屏，屏體電源為交流和直流雙電源供電。交流屏和直流屏各預(yù)留一路電源給五防系統(tǒng)屏。

(2)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊管理機(jī)提供一個(gè)RJ45的以太網(wǎng)電口或RS485口接入五防系統(tǒng)屏，通訊協(xié)議101或104(僅讀取各個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備狀態(tài))。

(3)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的控制保護(hù)屏和高壓室的高壓開(kāi)關(guān)柜控制面板上需根據(jù)要求配合開(kāi)安裝孔，以便五防鎖具的安裝。

4 系統(tǒng)操作流程

4.1 總體流程

系統(tǒng)總體流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體流程圖

4.2 第一種工作票作業(yè)流程

流程簡(jiǎn)述：第一種工作票作業(yè)流程(見(jiàn)圖3)其步驟簡(jiǎn)述如下。

圖3 第一種工作票作業(yè)流程圖

(1)第一步：由發(fā)票人在防誤主機(jī)/電調(diào)終端/段部或車(chē)間終端上開(kāi)票(第一種工作票)。通過(guò)選擇被檢修的設(shè)備，自動(dòng)填寫(xiě)所名、形成編號(hào)、作業(yè)地點(diǎn)和設(shè)備運(yùn)行代號(hào)。手工填寫(xiě)作業(yè)內(nèi)容、人員和工作票有效期，“必須采取的安全措施”。計(jì)算機(jī)根據(jù)被修試的設(shè)備位置，自動(dòng)生成“必須采取的安全措施”并自動(dòng)檢驗(yàn)此措施的有效性。工作領(lǐng)導(dǎo)人審核無(wú)誤后便可進(jìn)行下一步工作。

(2)第二步：由工作領(lǐng)導(dǎo)人或通過(guò)安全措施執(zhí)行人提請(qǐng)供電調(diào)度審核，并向供電調(diào)度提出作業(yè)申請(qǐng)計(jì)劃。

(3)第三步：所提交的計(jì)劃經(jīng)供電調(diào)度審核，若審核不合格則返回由發(fā)票人重新開(kāi)票，重復(fù)第一和第二步；若審核通過(guò)，由供電調(diào)度按照防誤程序適機(jī)下達(dá)倒閘操作命令或進(jìn)行倒閘操作(遠(yuǎn)動(dòng)),自動(dòng)記錄倒閘操作命令時(shí)間。

(4)第四步：供電調(diào)度下達(dá)作業(yè)命令,自動(dòng)記錄作業(yè)命令時(shí)間。

(5)第五步：安全措施執(zhí)行人開(kāi)始辦理第一種工作票。通過(guò)智能鑰匙信息執(zhí)行檢查工作票“必須采取的安全措施”。自動(dòng)填寫(xiě)“已經(jīng)采取的安全措施”。然后依次辦理工作票中其它內(nèi)容。這個(gè)過(guò)程正確后，才能啟動(dòng)下一步打印工作票和必須的簽字。

(6)第六步：安全措施執(zhí)行人辦理完畢安全措施后，向工作領(lǐng)導(dǎo)人交紙質(zhì)工作票并共同到現(xiàn)場(chǎng)檢查安全措施執(zhí)行情況；在紙質(zhì)工作票和電子版工作票上簽字；辦理完畢可以開(kāi)工。工作中對(duì)工作票的變更記錄應(yīng)同時(shí)記入紙質(zhì)工作票和電子版工作票上。

(7)第七步：檢修人員操作完畢后，退出現(xiàn)場(chǎng)。工作領(lǐng)導(dǎo)人結(jié)束作業(yè)，將工作票交還給安全措施執(zhí)行人。

(8)第八步：安全措施執(zhí)行人按照辦理工作票時(shí)相反的順序恢復(fù)安全措施；用智能鑰匙將拆除地線(xiàn)、網(wǎng)門(mén)等信息傳遞給工作票，核對(duì)正確以后，才能進(jìn)入到倒閘操作程序。

(9)第九步：安全措施執(zhí)行人將操作情況報(bào)電力調(diào)度所，作業(yè)結(jié)束，消除作業(yè)命令。

(10)第十步：第八步與第九步完成后，供電調(diào)度可以根據(jù)需要進(jìn)行操作或倒閘，恢復(fù)送電運(yùn)行。

從以上流程可以看出，檢修工作的全過(guò)程都能通過(guò)“五防”系統(tǒng)功能及其輔助的工作票簽發(fā)辦理系統(tǒng)進(jìn)行事故的防范，有力地保證了牽引供電運(yùn)行檢修人員的安全，保證了設(shè)備的安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

在線(xiàn)式智能五防系統(tǒng)可有效的解決牽引變電所既有五防系統(tǒng)的不足之處，它在長(zhǎng)昆客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)云南段新建牽引變電所的應(yīng)用，能全面、有效的防止由于工作人員的疏忽、精神疲倦、聯(lián)系不周等人為因素造成的安全事故，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)聯(lián)控確保安全的目的，是一種新型的安全防護(hù)設(shè)備。

本工程積累的寶貴技術(shù)資料、創(chuàng)新的技術(shù)方法和經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)立的在線(xiàn)式智能防誤操作技術(shù)可作為其他新建鐵路牽引變電所的借鑒，具有較好的推廣價(jià)值及應(yīng)用前景。

[1] 國(guó)家電網(wǎng)生[2003]243號(hào)，防止電氣誤操作裝置管理規(guī)定[S]. Guojiadianwangsheng [2003] No.243. Provisions on the management of electrical accident prevention devices[S].

[2] 鐵總運(yùn)[2015]50號(hào)，高速鐵路牽引變電所運(yùn)行檢修規(guī)則[S]. Tiezongyun [2015] No.50, The rules for the traction substation maintenance and repair of high speed railway[S].

[3] 鐵總運(yùn)[2015]48號(hào)，高速鐵路牽引變電所安全工作規(guī)則[S]. Tiezongyun [2015] No. 48, The rules for the traction substation safety work of high speed railway [S].

[4] 鐵道部鐵運(yùn)[2000]110號(hào)，鐵路運(yùn)輸調(diào)度規(guī)則[S]. MOR Tieyun [2000] No. 110, Rules for railway transportation dispatching [S].

[5] DL/T 687-2010 微機(jī)型防止電氣誤操作系統(tǒng)通用技術(shù)條件[S]. DL/T 687-2010 General specification for prevention of electric mal-operation system with computer [S].

[6] 王升波.智能變電站五防系統(tǒng)簡(jiǎn)介[J].電源技術(shù)應(yīng)用, 2012,25(10):140-141. WANG Shengbo. Introduction of intelligent substation five prevention system [J]. Power Supply Technologies and Applications, 2012,25(10):140-141.

[7] 胡巨,陳宏輝. 一種新型的變電站在線(xiàn)式五防系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2010, 38(19):118-121. HU Ju,CHEN Honghui. Realization of a new type of substation online five protection system [J]. Power System Protection and Control, 2010, 38(19):118-121.

[8] 張朋良.智能變電站過(guò)程層智能鎖具的研究[J].電氣開(kāi)關(guān),2013, 48(4):40-43. ZHANG Pengliang. Study on the process layer of intelligent lock for intelligent substation [J]. Electric Switcher, 2013, 48(4):40-43.

[9] 黃偉雄.變電站五防系統(tǒng)配置分析[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù), 2012,2(5):75-77. HUANG Weixiong. Configuration analysis of five protection system in substation [J]. Internet of Things Technologies, 2012,2(5):75-77.

(編輯：趙立紅 張紅英)

Research and Application of Online Intelligent Fail-Safe Unit System for Changsha-Kunming Passenger Dedicated Line

YAO Xiping WANG Yi

(China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd, Chengdu 610031, China)

In order to improve the automated and intelligent operation level of traction substation of passenger dedicated line, reduce the labor strength of operation maintenance personnel and avoid the maintenance safety accidents caused by human factors, 4 traction substations in the Yunnan Section of Changsha-Kunming passenger dedicated line are equipped with a new generation of online intelligent fail-safe unit system. The system consisting of anti-misoperation host, wireless router, wireless smart key and anti-malfunction lock, constructs a wireless local area network (LAN) in the substation and has the functions of authority management, simulation preview, logic judgment, equipment mandatory lockout and so on. The system is a new type of safety protection equipment, it can completely and effectively prevent safety accidents due to negligence, mental fatigue and loose contact of the staff to realize the interactive control and ensure the safety.

traction substation; on line; fail-safe system; smart key

2016-05-17

姚夕平(1978-)，男，高級(jí)工程師。

1674—8247(2016)06—0048—04

U224

A