接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析

劉占通

摘 要：在電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中，隔離開(kāi)關(guān)作為重要的電氣設(shè)備，其動(dòng)作的可靠性直接關(guān)系到電氣化鐵路的運(yùn)行安全。該文對(duì)電氣化鐵路接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)光纖控制方案的常見(jiàn)故障現(xiàn)象如誤動(dòng)、拒動(dòng)、誤報(bào)等進(jìn)行了深入分析，并提出了相關(guān)改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路 接觸網(wǎng) 隔離開(kāi)關(guān) 遠(yuǎn)動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：U226 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（c）-0061-02

1 研究背景

在電氣化鐵路供電系統(tǒng)中，牽引供電電源需經(jīng)過(guò)隔離開(kāi)關(guān)饋送到接觸網(wǎng)。隔離開(kāi)關(guān)作為重要的電氣設(shè)備，其動(dòng)作的可靠性直接關(guān)系到電氣化鐵路的運(yùn)行安全。當(dāng)下，接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)動(dòng)控制，目前普遍采用光纖控制方案。但是，在實(shí)際運(yùn)行中光纖控制方案并非盡如人意，在多條線(xiàn)路曾出現(xiàn)過(guò)隔離開(kāi)關(guān)誤動(dòng)、遙控拒動(dòng)、遙信誤報(bào)等故障現(xiàn)象，給電氣化鐵路運(yùn)行安全帶來(lái)不良影響。該文將就光纖控制方案的優(yōu)劣勢(shì)以及該方案下故障現(xiàn)象的原因進(jìn)行探究，并針對(duì)性地提出了相關(guān)改進(jìn)措施。

2 光纖控制方案優(yōu)劣勢(shì)

光纖控制方案的應(yīng)用是基于數(shù)字化變電站的先進(jìn)理念，利用了光纖的抗干擾能力強(qiáng)和傳輸距離遠(yuǎn)、通信速度快的特性，在電氣化鐵路以及電力系統(tǒng)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

2.1 光纖控制方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)安裝位置分散，很多距離變電所距離較遠(yuǎn)，而光纖的通信距離遠(yuǎn)，能夠充分克服所級(jí)監(jiān)控主站和遠(yuǎn)方終端之間的通信障礙。

（2）光纖通信抗電磁干擾能力強(qiáng)，這是其天然優(yōu)勢(shì)。

（3）光纖并非導(dǎo)電介質(zhì)，能夠充分避免戶(hù)外雷電沖擊傳入變電所。

2.2 光纖控制方案的缺點(diǎn)

（1）系統(tǒng)構(gòu)架較為復(fù)雜，電器設(shè)備繁多。復(fù)雜的系統(tǒng)構(gòu)成即代表了較多的故障點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性將在一定程度上受到影響。

（2）各設(shè)備之間的配合并非十分默契，比如：所內(nèi)監(jiān)控主站和戶(hù)外就地監(jiān)控單元的通信協(xié)議匹配、地址點(diǎn)表配對(duì)、就地監(jiān)控單元之間的地址沖突或者錯(cuò)誤等。

（3）戶(hù)外就地監(jiān)控單元屬于智能電子設(shè)備，惡劣的戶(hù)外環(huán)境和氣候勢(shì)必對(duì)其運(yùn)行性能和穩(wěn)定性造成不良的影響。

（4）隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部電氣回路復(fù)雜，當(dāng)然也就增加了故障點(diǎn)，也提高了檢修難度和工作量。

（5）光纖控制方案隔離開(kāi)關(guān)戶(hù)外操作機(jī)構(gòu)處于持續(xù)帶電狀態(tài)，將帶來(lái)較大的誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

3 隔離開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析

3.1 隔離開(kāi)關(guān)誤動(dòng)

接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)誤動(dòng)將會(huì)給牽引供電帶來(lái)重大的安全事故，理想的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該能夠杜絕誤動(dòng)的發(fā)生。但是，在實(shí)際運(yùn)行中，隔離開(kāi)關(guān)誤動(dòng)現(xiàn)象并不鮮見(jiàn)，給鐵路運(yùn)維人員帶來(lái)很大困擾。下面我們將結(jié)合光纖控制的原理來(lái)分析誤動(dòng)現(xiàn)象可能出現(xiàn)的誘因。

（1）戶(hù)外就地監(jiān)控單元，或者所內(nèi)監(jiān)控主站自動(dòng)誤發(fā)遙控命令。

當(dāng)然，引起遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)控制設(shè)備自動(dòng)誤發(fā)遙控命令的原因不盡相同，可能由于IP地址錯(cuò)誤，可能由于設(shè)備自身缺陷。

（2）遙控命令輸出接點(diǎn)短路。

光纖控制方案下，隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)啟動(dòng)動(dòng)作的條件很簡(jiǎn)單，就是戶(hù)外就地監(jiān)控單元的遙控出口輸出一個(gè)短脈沖信號(hào)（RTU控制觸點(diǎn)短閉合）。假設(shè)，戶(hù)外就地監(jiān)控單元的遙控線(xiàn)纜之間存在短路，哪怕是瞬間的短路，都將啟動(dòng)控制回路，并自保持，啟動(dòng)電機(jī)，直至分（合）閘到位。當(dāng)然短路存在于戶(hù)外就地監(jiān)控單元遙控出口至操作機(jī)構(gòu)遙控命令入口之間的任意點(diǎn)，其效果是相同的。

（3）強(qiáng)電磁干擾，在遙控回路中感應(yīng)出較高電動(dòng)勢(shì)。

眾所周知，在牽引供電系統(tǒng)，接觸網(wǎng)沿線(xiàn)電磁干擾十分強(qiáng)烈。如果這一干擾足夠大，大到在遙控回路中的接觸器（KM1或者KM2）線(xiàn)圈感應(yīng)出其動(dòng)作臨界電動(dòng)勢(shì)，使接觸器線(xiàn)圈吸合。一旦控制回路接觸器吸合，馬上會(huì)自保持，進(jìn)而啟動(dòng)電機(jī)，直至動(dòng)作完成。所以，哪怕這個(gè)干擾十分短暫，仍有可能啟動(dòng)電機(jī)，形成開(kāi)關(guān)誤動(dòng)。干擾的來(lái)源可能是牽引供電系統(tǒng)自身，也可能是戶(hù)外的雷電沖擊等。

（4）通信地址混淆。

當(dāng)然，所內(nèi)監(jiān)控主站和戶(hù)外就地監(jiān)控單元之間的通信地址有誤的話(huà)，也可能導(dǎo)致目標(biāo)開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，而其他開(kāi)關(guān)誤動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 拒動(dòng)

隔離開(kāi)關(guān)拒動(dòng)的原因可能更加多種多樣，筆者分析主要有以下幾個(gè)原因。

（1）所內(nèi)監(jiān)控主站和戶(hù)外就地監(jiān)控單元通信通道故障。

這類(lèi)故障可能表現(xiàn)在很多方面，比如：光纖斷線(xiàn)、光電轉(zhuǎn)換器故障，或者插頭接觸不良等，這些都將直接導(dǎo)致通信鏈路中斷，造成開(kāi)關(guān)拒動(dòng)。

（2）戶(hù)外就地監(jiān)控單元故障。

由于戶(hù)外就地監(jiān)控單元屬于智能電子設(shè)備，其直接安裝于戶(hù)外環(huán)境，受惡劣環(huán)境和氣候影響較大。

（3）隔離開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)控制回路故障。

光纖方案現(xiàn)場(chǎng)控制回路較為復(fù)雜，該電路中任何電氣元件損壞，或者線(xiàn)纜斷路，都有可能造成控制回路失效，而導(dǎo)致隔離開(kāi)關(guān)拒動(dòng)。

（4）操作機(jī)構(gòu)動(dòng)力電源失電。

如果操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)力電源饋電線(xiàn)纜斷路，或者操作機(jī)構(gòu)內(nèi)的動(dòng)力電源空氣開(kāi)關(guān)QF1跳閘，都將切斷電機(jī)的動(dòng)力電源，而造成電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，導(dǎo)致隔離開(kāi)關(guān)拒動(dòng)。

（5）操作機(jī)構(gòu)機(jī)械故障。

實(shí)際運(yùn)行中，也會(huì)存在一些由于機(jī)械故障而造成隔離開(kāi)關(guān)無(wú)法正常完成分、合閘的案例，比如：操作機(jī)構(gòu)連接桿松動(dòng)、或者操作機(jī)構(gòu)卡滯，或者設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致力矩不足等。

3.3 誤報(bào)

隔離開(kāi)關(guān)遙信誤報(bào)現(xiàn)象雖然沒(méi)有直接造成事故，但由于其給運(yùn)維人員提供了錯(cuò)誤信息，容易引發(fā)進(jìn)一步的錯(cuò)誤操作，給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)很大不便。

該文分析遙信誤報(bào)的原因主要有以下兩個(gè)方面。

（1）強(qiáng)電磁干擾，在遙信回路感生較強(qiáng)電動(dòng)勢(shì)。

接觸網(wǎng)沿線(xiàn)存在的強(qiáng)電磁干擾可能在遙信回路上感生較強(qiáng)的電動(dòng)勢(shì)，從而抵消或者干擾就地監(jiān)控單元的遙信電壓，造成遙信誤判。

（2）電氣回路故障。

顯而易見(jiàn)，遙信回路內(nèi)的電纜短路、虛接，或者操作機(jī)構(gòu)輔助觸點(diǎn)故障，也會(huì)造成遙信誤判。

4 改進(jìn)措施

4.1 遙控回路接入聯(lián)閉鎖電路

隔離開(kāi)關(guān)誤動(dòng)極易燒毀隔離開(kāi)關(guān)，造成嚴(yán)重后果，應(yīng)嚴(yán)格給予杜絕。在斷路器合閘位置時(shí)，嚴(yán)禁進(jìn)行隔離開(kāi)關(guān)的操作，因此，在隔離開(kāi)關(guān)控制回路接入聯(lián)閉鎖電路十分必要，即隔離開(kāi)關(guān)遙控裝置實(shí)時(shí)采集斷路器位置信號(hào)，在斷路器合閘位置，斷開(kāi)遙控回路，只有在斷路器處于分閘位置時(shí)，遙控回路才能導(dǎo)通，從而避免隔離開(kāi)關(guān)誤動(dòng)造成的嚴(yán)重后果。

4.2 提高智能控制設(shè)備抗電磁干擾能力

在電氣化鐵路強(qiáng)電磁干擾惡劣運(yùn)行環(huán)境下，需要對(duì)FTU、RTU裝置提出更為嚴(yán)格的要求，這些設(shè)備應(yīng)該具備更高的抗電磁干擾能力，對(duì)干擾引起的假信號(hào)應(yīng)該采用防抖或者濾波等合理措施給予排除，保障設(shè)備工作的可靠性。

4.3 控制及信號(hào)連接采用屏蔽層電纜

為了防止戶(hù)外強(qiáng)電磁干擾，就地監(jiān)控單元（FTU）與操作機(jī)構(gòu)之間敷設(shè)的連接線(xiàn)纜應(yīng)使用帶屏蔽電纜，并按施工規(guī)程可靠接地，最大限度地防止外部電磁干擾進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部。

4.4 提高遙信采集電壓

目前在監(jiān)控系統(tǒng)中，遙信電壓普遍采用直流24V，這在電磁環(huán)境較為惡劣的鐵路沿線(xiàn)，抵抗強(qiáng)電磁干擾的能力很差，易發(fā)生信號(hào)誤報(bào)。在接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)提高遙信電壓，采用直流110 V或者直流220 V作為遙信電壓，可大大提高抗干擾能力，保障遙信信號(hào)可靠性。

4.5 采用雙網(wǎng)通訊

在所內(nèi)監(jiān)控主站與就地監(jiān)控單元之間，采用雙光纖通道，配置雙路光電轉(zhuǎn)換裝置，一主一備，防止個(gè)別光電轉(zhuǎn)換器損壞或者接觸不良造成遙控拒動(dòng)和遙信丟失，提高系統(tǒng)可靠性。

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