高速鐵路接觸網(wǎng)開關(guān)誤動原因分析和防范措施的思考

顧 濤 上海鐵路局供電處

高速鐵路接觸網(wǎng)開關(guān)誤動原因分析和防范措施的思考

顧 濤 上海鐵路局供電處

通過介紹一起高鐵接觸網(wǎng)分相隔離開關(guān)誤動故障分析和驗證過程，找到誤動問題原因。針對目前接觸網(wǎng)開關(guān)運行問題，從結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、技術(shù)管理、安全管理等方面提出安全控制措施。

接觸網(wǎng)；分相開關(guān)；誤動；遠(yuǎn)動；高速鐵路

1 引言

高速鐵路接觸網(wǎng)隔離開關(guān)是接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路中的重要設(shè)備，是改變接觸網(wǎng)運行方式和劃小供電單元隔離故障區(qū)段迅速恢復(fù)供電的重要手段。電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)采用調(diào)度集中控制模式，調(diào)度員通過供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)（SCADA）實時監(jiān)視和控制接觸網(wǎng)隔離開關(guān)。接觸網(wǎng)開關(guān)的誤動作直接影響牽引供電系統(tǒng)，甚至干擾高速鐵路正常運輸秩序。本文通過介紹一起高鐵接觸網(wǎng)分相隔離開關(guān)誤動故障分析和驗證過程，找到誤動問題原因。針對目前接觸網(wǎng)開關(guān)運行問題，從結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、技術(shù)管理、安全管理、應(yīng)急管理等方面提出安全控制措施。

2 接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)概述

2.1 結(jié)構(gòu)原理圖

高速鐵路接觸網(wǎng)隔離開關(guān)安裝在鐵路沿線支柱上，隔離開關(guān)本體通過遠(yuǎn)動控制終端（RTU）實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。典型的高速鐵路接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)由接觸網(wǎng)開關(guān)控制屏、測控終端RTU和通信網(wǎng)絡(luò)三部分組成（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見圖1）。

其中，網(wǎng)開控制屏和測控終端RTU之間采用點對點光纖Modbus規(guī)約通信，網(wǎng)開控制屏與高鐵SCADA調(diào)度主站通過鐵路專用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用IEC104規(guī)約通信。當(dāng)接觸網(wǎng)開關(guān)控制屏與牽引所亭合建時，一般接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控信息同步接入牽引所亭綜合自動化系統(tǒng)。

2.2 功能分類

接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)從功能上分類，可分為樞紐站場用的分束開關(guān)，分相救援開關(guān)，上網(wǎng)開關(guān)，車站、隧道、AT所附近的分段開關(guān)，上下行線并聯(lián)開關(guān)等；從控制方式分類，分為接觸網(wǎng)開關(guān)控制屏集中控制，牽引所亭綜合自動化系統(tǒng)直接控制、無線控制方式；從控制傳輸介質(zhì)分類，可分為點對點光纖控制和點對點電纜控制兩種。

圖1 高鐵接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 接觸網(wǎng)分相開關(guān)誤動案例分析

3.1 故障概況及應(yīng)急處置經(jīng)過

2016年7月13日上午10時左右，H高速鐵路J牽引變電所值班員發(fā)現(xiàn)內(nèi)接觸網(wǎng)開關(guān)控制屏頻繁報出“遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)亍鼻袚Q信號，設(shè)備管理單位立即組織人員在所內(nèi)查找信號誤報原因。現(xiàn)場人員通過查看報文、檢查并緊固網(wǎng)開關(guān)控制屏接線端子排、重啟綜自通信管理機和屏控RTU裝置、操作遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換開關(guān)試驗等方法進行排查故障。15時29分，H高鐵J牽引變電所處3001接觸網(wǎng)分相隔離開關(guān)報“非遠(yuǎn)動”合位，動車組立即采取降弓通過，15時34分供電調(diào)度遠(yuǎn)動操作分閘，現(xiàn)場采取斷開接觸網(wǎng)隔離開關(guān)控制電源措施。

3.2 故障查找經(jīng)過

3.2.1 故障報文分析

通過調(diào)取SCADA系統(tǒng)調(diào)度主站報文、牽引變電所綜自系統(tǒng)后臺機報文、網(wǎng)開屏控終端RTU裝置報文進行對比分析，報文時間、條目吻合。由于網(wǎng)關(guān)現(xiàn)場測控終端RTU裝置并無存儲事件記錄功能，故無報文顯示。不同的是，屏控RTU裝置記錄“遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)亍鞭D(zhuǎn)換遙信信息2條（雙遙信節(jié)點判斷），在綜自后臺機和SCADA系統(tǒng)調(diào)度主站記錄中僅有1條信息（單遙信節(jié)點判斷）。

從3001開關(guān)動作報文分析：合閘動作信號前，屏控控制模式轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)匚?，符合屏控控制要求；供電調(diào)度操作分閘前，屏控控制模式轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)方位，符合遠(yuǎn)動控制要求。通過對比三者報文可知，前期“遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)亍鞭D(zhuǎn)換信號頻繁上傳，除3001開關(guān)動作前、后轉(zhuǎn)換報文真正有效外（地址：14、15雙節(jié)點同時變位），之前遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)貓笪木蝗▋H有地址15單節(jié)點變位）屬無效轉(zhuǎn)換，即網(wǎng)開屏控模式之前一直在遠(yuǎn)方位。

3.2.2 現(xiàn)場檢查試驗

（1）遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)禺惓７趾闲盘栴l繁切換

從圖2可以看出，YX15、YX1-X14分別為調(diào)度操作信號、當(dāng)?shù)夭僮餍盘柖俗?，YX1COM為操作公共端端子，檢查人員發(fā)現(xiàn)YX1-X14、YX15、YX1COM端子接線松動并對其進行緊固。在接觸網(wǎng)開關(guān)屏端子排YX1COM遙信公共端虛接后，人為晃動情況下，可再現(xiàn)“遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)亍鳖l繁切換故障，驗證分析后可判斷遠(yuǎn)方當(dāng)?shù)仡l繁轉(zhuǎn)換故障原因為RTU裝置接線端子松動引起。

圖2 “遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)亍逼量剞D(zhuǎn)換開關(guān)二次接線原理圖

（2）非遠(yuǎn)動合閘試驗

現(xiàn)場檢查合閘回路，如圖3所示，試驗短接3001手動合閘回路（YX3COM、YX3-5端子）和操作3001開關(guān)屏控按鈕觸發(fā)合閘未成功，判斷3001手動合閘按鈕故障。通過對3001隔離開關(guān)屏控按鈕重新接線、緊固遙信公共端YX3COM端子和YX3-5端子后，短接試驗成功。

圖3 3001開關(guān)屏控合閘二次接線原理圖

（3）屏控合閘閉鎖驗證

在屏控“遠(yuǎn)方”控制模式下，操作3001開關(guān)屏控按鈕或短接3001開關(guān)合閘回路端子排均無法導(dǎo)致開關(guān)閉合；綜自系統(tǒng)后臺可以遠(yuǎn)方控制。在屏控“當(dāng)?shù)亍笨刂颇Ｊ较?，操?001開關(guān)按鈕或短接3001開關(guān)合閘回路端子排均能夠?qū)е麻_關(guān)閉合；綜自系統(tǒng)后臺無法遠(yuǎn)方控制。驗證表明合閘回路閉鎖關(guān)系正確。

（4）3001開關(guān)誤動故障邏輯分析

檢查發(fā)現(xiàn)3001合閘按鈕故障，合閘回路存在導(dǎo)通可能，由于控制方式“遠(yuǎn)方位”對屏控按鈕的閉鎖作用，即便在遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)仡l繁切換時（實際轉(zhuǎn)換未成功）卻不能引起開關(guān)合閘動作；在供電人員故障查找時，對遠(yuǎn)動/當(dāng)?shù)亟泳€端子緊固后并將屏控遠(yuǎn)方成功轉(zhuǎn)換至當(dāng)?shù)匚粫r，解除了屏控按鈕閉鎖關(guān)系，故障按鈕觸發(fā)合閘動作（3001合閘動作邏輯如圖4所示）。推斷3001屏控合閘回路一直導(dǎo)通、遠(yuǎn)動/當(dāng)?shù)囟谓泳€端子松動是基本條件，遠(yuǎn)動/當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換是觸發(fā)條件，進行再現(xiàn)故障試驗。在屏控“遠(yuǎn)方位”模式條件下，按住3001合閘按鈕后（還原合閘回路導(dǎo)通），操作屏控遠(yuǎn)動/當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換同時導(dǎo)致3001開關(guān)閉合，驗證推斷成立。

圖4 3001開關(guān)屏控合閘動作邏輯框圖

3.3 原因分析和存在的問題

3.3.1 誤動原因分析

結(jié)合當(dāng)日陰天天氣和報文信息（記錄完整、邏輯準(zhǔn)確）等綜合分析，排除3001開關(guān)現(xiàn)場受到外界干擾（如雷擊等）或屏控RTU裝置控制程序紊亂誤發(fā)信號的可能性。3001屏控合閘按鈕故障，致使合閘回路長期虛接斷續(xù)導(dǎo)通，因RTU裝置端子排YX1-X14、YX15、YX1COM端子松動導(dǎo)致遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換失效，網(wǎng)開關(guān)屏長期運行在遠(yuǎn)方位，不會產(chǎn)生真正合閘動作。在現(xiàn)場人員查找故障，人工操作屏控由遠(yuǎn)方轉(zhuǎn)換至當(dāng)?shù)匚粫r，遇3001合閘按鈕接線和屏控當(dāng)?shù)囟俗油瑫r導(dǎo)通，滿足了非遠(yuǎn)動合閘的條件，觸發(fā)了合閘真正動作，導(dǎo)致了這起誤動故障。

3.3.2 存在問題

綜合上述原因，3001屏控按鈕接線存在缺陷，導(dǎo)致合閘回路虛接，是誤動產(chǎn)生的根本原因。網(wǎng)開關(guān)控制屏中多個端子排接線虛接，導(dǎo)致遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)匦盘柌环€(wěn)定，是誤動產(chǎn)生的重要原因。故障排查中，現(xiàn)場作業(yè)人員沒有在天窗點內(nèi)采取有效安全措施進行轉(zhuǎn)換開關(guān)操作，是觸發(fā)誤動的又一誘因。同時，誤動故障一方面暴露出維護人員在日常檢查不到位，沒有及時發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)開關(guān)控制屏端子排松動問題；另一方面也暴露出網(wǎng)開遠(yuǎn)動調(diào)試不充分，沒有及時發(fā)現(xiàn)屏控遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)仉p節(jié)點信號與綜自系統(tǒng)、調(diào)度主站單節(jié)點信號不一致問題，導(dǎo)致網(wǎng)開關(guān)屏接線松動時，綜自系統(tǒng)、調(diào)度主站顯示遠(yuǎn)動/當(dāng)?shù)匦盘柵c現(xiàn)場實際不符。

4 防范措施

4.1 誤動原因分析

高鐵接觸網(wǎng)隔離開關(guān)在鐵路沿線布置，受風(fēng)雨雷電等侵蝕以及列車震動和電磁環(huán)境等干擾，具有運行環(huán)境惡劣和技術(shù)管理結(jié)合部多的特點。引起網(wǎng)開誤動作的原因主要有兩大類，一類是由于開關(guān)設(shè)計、安裝本身不合理，易受現(xiàn)場環(huán)境影響造成的誤動作；另一類主要是由于日常維護管理或調(diào)試不到位，引起的設(shè)備故障導(dǎo)致。從本次誤動故障可以看出，誤動產(chǎn)生的原因既有設(shè)備硬件存在問題、軟件調(diào)試不到位問題，也有人為因素，故障由多方因素綜合疊加產(chǎn)生，故障的發(fā)生不乏偶然性、也充滿必然性因素。為有效預(yù)防接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)誤動，筆者認(rèn)為需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、技術(shù)管理、安全管理和應(yīng)急管理四個方面入手，減小接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動隔離開關(guān)誤動對高速鐵路運營造成的影響。

4.2 安全控制措施

4.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

根據(jù)鐵路總公司要求將接觸網(wǎng)隔離開關(guān)本體電機操作電源的微斷開關(guān)納入遠(yuǎn)動并接入調(diào)度主站。正常運行時，遠(yuǎn)動微斷開關(guān)處于分閘位。在接觸網(wǎng)開關(guān)操作前，先閉合遠(yuǎn)動微斷開關(guān)，再操作接觸網(wǎng)開關(guān)，接觸網(wǎng)開關(guān)操作完成后斷開遠(yuǎn)動微斷開關(guān)。在正常運行時切斷網(wǎng)開電機控制電源，電機不得電，從根本上杜絕了接觸網(wǎng)開關(guān)延時誤動作和干擾誤動作現(xiàn)象。同時，接觸網(wǎng)開關(guān)“分/合位”信號、“遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)亍毙盘栃枰捎秒p遙信控制，電動操作機構(gòu)的電源回路應(yīng)設(shè)置電涌保護器（SPD）。

4.2.2 技術(shù)管理

為保證網(wǎng)開遠(yuǎn)動控制關(guān)系正確，調(diào)度員工作站、綜自后臺界面中需要標(biāo)注隔離開關(guān)編號、支柱號、公里標(biāo)、網(wǎng)開監(jiān)控屏所在機房位置等信息，不應(yīng)將未調(diào)試接觸網(wǎng)開關(guān)單獨設(shè)置在界面中。接觸網(wǎng)開關(guān)RTU裝置更換前，應(yīng)確認(rèn)RTU裝置是否需要設(shè)置ID號；需要通過軟件寫入或硬件撥碼開關(guān)設(shè)置ID號時，需要確認(rèn)ID號設(shè)置是否正確，防止因ID號設(shè)置不對應(yīng)造成的開關(guān)控制錯誤。接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控屏中控制兩臺及以上網(wǎng)開的，在網(wǎng)開光纖收發(fā)裝置標(biāo)簽中應(yīng)標(biāo)注開關(guān)編號、RTU裝置ID號，并建立網(wǎng)開編號與RTU裝置ID號對照表技術(shù)資料。接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控屏（或綜自監(jiān)控屏）、現(xiàn)場RTU裝置升級或更換后，需對接觸網(wǎng)開關(guān)進行調(diào)試確認(rèn)后方可投入使用。日常檢查維護時需要對端子排、控制按鈕接線等進行檢查緊固，防止接線松動造成誤報遙信信號。

4.2.3 安全管理措施

遠(yuǎn)動調(diào)試前，調(diào)試人員需要對調(diào)試時可能影響的其它接觸網(wǎng)開關(guān)進行充分預(yù)想并制定有效安全措施。遠(yuǎn)動調(diào)試完成后，現(xiàn)場調(diào)試人員需要確認(rèn)接觸網(wǎng)開關(guān)“分/合位”位置與運行位是否一致、正確。未經(jīng)調(diào)試的接觸網(wǎng)開關(guān)在已投運的調(diào)度員工作站或綜自后臺界面顯示時，需要在界面中標(biāo)注“未啟用”信息。為確保遠(yuǎn)動調(diào)試效果，新建網(wǎng)開遠(yuǎn)動調(diào)試前，現(xiàn)場若未加裝支柱桿號、隔離開關(guān)編號或現(xiàn)場支柱桿號、隔離開關(guān)編號標(biāo)識不清時，以及綜自后臺界面或接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控屏中接觸網(wǎng)開關(guān)編號未標(biāo)識或標(biāo)識不清的，應(yīng)不得進行遠(yuǎn)動調(diào)試。

4.2.4 應(yīng)急管理措施

涉及開關(guān)“非遠(yuǎn)動分閘/合閘”位置信息或“遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)亍鞭D(zhuǎn)換信息，經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)為誤報信息或明顯判斷信息為誤報信息時，應(yīng)停用該開關(guān)遠(yuǎn)動功能、斷開遠(yuǎn)動控制電源后組織后續(xù)故障排查、處理。供電人員組織高鐵接觸網(wǎng)開關(guān)遠(yuǎn)動故障查找和處理時，需要納入維修天窗點內(nèi)，根據(jù)影響范圍申請停電或封鎖上道天窗計劃采取可靠安全措施后進行。在故障處理完成后，需要經(jīng)遠(yuǎn)動調(diào)試驗證正常后方可恢復(fù)遠(yuǎn)動功能。

5 結(jié)束語

本文通過深入分析H高速鐵路一起接觸網(wǎng)分相隔離開關(guān)誤動故障案例，采用故障報文對比、現(xiàn)場檢查、試驗驗證等方法，查找出誤動的原因，介紹接觸網(wǎng)開關(guān)誤動故障的一種分析方法。為了防止類似故障再次發(fā)生，從接觸網(wǎng)隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和安全控制措施入手，采取技術(shù)手段和管理手段相結(jié)合，提出接觸網(wǎng)隔離開關(guān)誤動的防范措施，為高鐵接觸網(wǎng)隔離開關(guān)誤動故障處理和預(yù)防提供參考。

[1]李焱.高速鐵路接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠(yuǎn)動控制技術(shù)的研究.電氣化鐵道.2015年第2期.

[2]陳興強.接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)控制方案優(yōu)化.中國鐵路.2015年第4期.

[3]TB 10621-2014 J1942-2014.高速鐵路設(shè)計規(guī)范[s].

責(zé)任編輯：許耀元

來稿日期：2017-01-12