鐵路供電設(shè)備狀態(tài)管理信息系統(tǒng)應(yīng)用

凌源

（中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，湖北武漢，430074）

1 緒論

1.1 研究目的、意義

近幾年隨著鐵路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)里程的增加，對(duì)運(yùn)營(yíng)管理人員及維護(hù)人員提出了更高的要求，即管理及技術(shù)人員增漲與鐵路運(yùn)營(yíng)設(shè)備管理數(shù)量增漲不成正例比增長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)管理及技術(shù)人員被進(jìn)一步攤薄是目前各家鐵路公司存在的普遍現(xiàn)象。而倒閘操作是出現(xiàn)設(shè)備人身事故的重要原因，當(dāng)供電設(shè)備在正常工作時(shí)各種信息狀態(tài)正常，當(dāng)進(jìn)行狀態(tài)改變（倒閘）時(shí)，發(fā)生事故的頻次明顯增加，如何減少在倒閘操作過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)備人身事故，提高供電可靠性是各家鐵路公司共同面對(duì)的問(wèn)題且亟待解決。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

中國(guó)目前有18個(gè)鐵路局集團(tuán)有限公司，每個(gè)鐵路局電力調(diào)度所設(shè)置兩套Pscada系統(tǒng)分別負(fù)責(zé)全局普速和高鐵供電設(shè)備信息的管控，鐵路局電力調(diào)度所調(diào)度員倒閘操作時(shí)首先通過(guò)專網(wǎng)調(diào)度電話對(duì)倒閘操作命令進(jìn)行錄音，但對(duì)操作過(guò)程步驟無(wú)法監(jiān)控；其次通過(guò)Pscada系統(tǒng)查看設(shè)備變位情況，但無(wú)法與現(xiàn)場(chǎng)信息完成實(shí)時(shí)同步；再次通過(guò)變配電所配置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)變電所相關(guān)倒閘活動(dòng)進(jìn)行查看，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)屬于安全環(huán)境監(jiān)控的范疇，無(wú)法與倒閘操作設(shè)備形成邏輯聯(lián)鎖關(guān)系。

1.3 本文的研究?jī)?nèi)容

隨著我國(guó)整體生活質(zhì)量的提升，對(duì)乘車(chē)舒適度要求越來(lái)越高，引伸出對(duì)鐵路供電設(shè)備自動(dòng)化、智能化程度及供電可靠性要求越來(lái)越高。運(yùn)營(yíng)管理單位對(duì)近幾年發(fā)生的供電設(shè)備故障進(jìn)行系統(tǒng)分析，故障原因主要?dú)w為三類(lèi)：一是人為因素，二是設(shè)備本身的因素，三是客觀因素。如何減少人為操作故障的發(fā)生，提高供電可靠性是最根本的出發(fā)點(diǎn)?；诖擞^點(diǎn)本文提出了基于Pscada系統(tǒng)，再輔助視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)倒閘操作可視化接地系統(tǒng)，旨在提高倒閘操作過(guò)程信息實(shí)時(shí)同步，實(shí)時(shí)監(jiān)視倒閘操作步驟，實(shí)現(xiàn)倒閘步驟前后形成邏輯聯(lián)鎖關(guān)系，以減少設(shè)備故障發(fā)生的概率，提高供電設(shè)備的可靠性。

2 可視化接地系統(tǒng)基本構(gòu)成及功能

2.1 可視化接地系統(tǒng)構(gòu)成

變電所可視化隔離開(kāi)關(guān)及接地操作一體化系統(tǒng)由可視化隔離/接地一體化裝置、通訊管理機(jī)（服務(wù)器）、視頻硬盤(pán)錄像機(jī)、系統(tǒng)工作站、模擬屏、電腦鑰匙、聯(lián)鎖元件、鑰匙管理機(jī)等設(shè)備組成，設(shè)備間采用網(wǎng)絡(luò)通訊。

圖1 可視化隔離開(kāi)關(guān)及接地操作一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（僅供參考）

2.2 站級(jí)管理層

變配電所控制室配置一套系統(tǒng)工作站和一套視頻工作站實(shí)現(xiàn)站級(jí)管理；配置一套傳輸適配器和兩把手持終端（電腦鑰匙）、一套鑰匙管理機(jī)用于對(duì)解鎖鑰匙進(jìn)行授權(quán)管理、一套網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)（NVR）設(shè)備、變配電所檢修室配置一面通信屏柜，安放鑰匙管理機(jī)、網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)、通信管理機(jī)、光交換機(jī)及相關(guān)通信設(shè)備（光電轉(zhuǎn)換器、光端盒等）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換及設(shè)備層管理。

2.3 可視化隔離開(kāi)關(guān)及接地操作一體化系統(tǒng)功能

圖2 可視化隔離開(kāi)關(guān)及接地操作一體化系統(tǒng)功能圖

3 可視化接地系統(tǒng)主要工作原理

3.1 站級(jí)管理層基本工作原理

站級(jí)管理層工作原理是以工控機(jī)，微處理器，邏輯處理器、通信轉(zhuǎn)換設(shè)備/接口設(shè)備、配置專用閉鎖鑰匙、專用鎖具和鎖芯為核心設(shè)備，根據(jù)站級(jí)設(shè)備管理特性或用戶需求和變配電所實(shí)際運(yùn)行工況，在系統(tǒng)調(diào)試前預(yù)置閉鎖條件或相關(guān)處理邏輯條件，條件預(yù)置完成后通過(guò)微處理器或邏輯處理單元進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)通信轉(zhuǎn)換設(shè)備/接口設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)通信使現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)與工控機(jī)顯示狀態(tài)保持一致。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)需要實(shí)際操作時(shí)，值班人員根據(jù)系統(tǒng)權(quán)限在工控機(jī)控制軟件上進(jìn)行登錄，登錄完成后對(duì)待操作的設(shè)備進(jìn)行模擬操作，模擬操作主要目的是對(duì)設(shè)備目前所處狀態(tài)與需操作設(shè)備預(yù)置邏輯設(shè)置的符合性進(jìn)行驗(yàn)證，如果由于操作人員失誤點(diǎn)擊等操作設(shè)備錯(cuò)誤，即會(huì)由于邏輯設(shè)置-目前設(shè)備狀態(tài)“邏輯不符”的提示對(duì)話框，延時(shí)后顯示操作超時(shí)或操作不成功，從而阻止由人為操作失誤而引起設(shè)備誤動(dòng)作。

實(shí)際倒閘操作時(shí)，值班人員需嚴(yán)格按照已經(jīng)模擬操作完成的操作卡片順序進(jìn)行操作，且應(yīng)當(dāng)派監(jiān)護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)，到高壓電氣設(shè)備室需現(xiàn)場(chǎng)就地手動(dòng)操作一次高壓設(shè)備時(shí)，按照鑰匙管理單元的提示將鑰匙管理單元插入相應(yīng)的編碼鎖內(nèi)，通過(guò)其傳感器（有線或無(wú)線）檢測(cè)鎖具操作的對(duì)象是否正確，若正確則顯示可操作提示信息，同時(shí)開(kāi)放鎖具閉鎖回路或機(jī)構(gòu)解鎖成功，這時(shí)就可以進(jìn)行一次設(shè)備倒閘操作。

模擬操作單元主要工作原理：首先根據(jù)相應(yīng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出與主接線圖完全一致的一次設(shè)備倒閘操作界面，界面中應(yīng)包含所有具有遙控功能的設(shè)備（斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)、快速接地開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)等），其表示符號(hào)應(yīng)與綜自后臺(tái)監(jiān)控單元顯示符號(hào)保持一致。

鑰匙管理單元主要工作原理為值班人員按操作卡片的操作順序在微機(jī)或邏輯控制單元上操作正確后，邏輯處理單元將自動(dòng)記錄當(dāng)次操作票所列設(shè)備操作順序，并將設(shè)備操作順序進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)有線/無(wú)線通信設(shè)備將邏輯控制器記錄的操作順序傳給鑰匙管理單元，鑰匙管理單元收到相關(guān)操作記錄后，將順序轉(zhuǎn)化為附有語(yǔ)音提示功能的開(kāi)鎖順序，當(dāng)值班人員要操作現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)鎖進(jìn)行倒閘操作時(shí)，鑰匙管理單元將會(huì)發(fā)出提示音，值班操作人員按提示音進(jìn)行相應(yīng)間隔的開(kāi)鎖工作。開(kāi)鎖前值班人員利用鑰匙管理單元與現(xiàn)場(chǎng)鎖具進(jìn)行無(wú)線通信核對(duì)，當(dāng)提示音提示核對(duì)正確時(shí)，表示值班操作人員開(kāi)鎖間隔正確，否則將視為值班操作人員誤入間隔。

3.2 可視化隔離開(kāi)關(guān)及接地操作一體化系統(tǒng)基本工作原理

可視化隔離開(kāi)關(guān)及接地操作一體化系統(tǒng)主要設(shè)備構(gòu)架包括：快速接地開(kāi)關(guān)，高清攝像頭，帶電顯示裝置，閉鎖裝置，現(xiàn)場(chǎng)安全環(huán)境顯示等功能。

鐵路電力機(jī)車(chē)通過(guò)接觸網(wǎng)供電，供電方式有直供+回流供電方式，也有AT供電方式，目前國(guó)內(nèi)高鐵由于電力機(jī)車(chē)功率大，普遍采用AT供電方式，普速鐵路采用直供+回流供電方式。接觸網(wǎng)與電源進(jìn)線之間通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)通斷操作和電氣隔離。當(dāng)接觸網(wǎng)及其周邊電氣設(shè)備停電檢修時(shí)，為保證檢修作業(yè)人員的人身安全，執(zhí)行接地操作，即采用接地線或接地開(kāi)關(guān)將接觸網(wǎng)與地或回流軌短接，消除接觸網(wǎng)殘壓并防止突然來(lái)電。

圖2 隔離開(kāi)關(guān)遙控合（分）閘流程

可視化隔離接地裝置為隔離、驗(yàn)電、放電、接地一體化裝置，內(nèi)置電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)、電動(dòng)接地開(kāi)關(guān)、帶電閉鎖管理單元、放電電阻、安全管控單元、高清攝像頭等設(shè)備，具有遠(yuǎn)程隔離開(kāi)關(guān)操作、驗(yàn)電和接地操作、接觸網(wǎng)殘壓自動(dòng)放電、接觸網(wǎng)和接地開(kāi)關(guān)運(yùn)行參數(shù)和視頻畫(huà)面實(shí)時(shí)上傳等功能，能實(shí)現(xiàn)隔離和接地操作的全程遙控，具體分為以下三種工況：

（1）可視化隔離開(kāi)關(guān)遙控合（分）閘流程

1、在安全控制系統(tǒng)模擬預(yù)演。

2、系統(tǒng)工作站遙控選擇對(duì)應(yīng)的隔離開(kāi)關(guān)，向安全控制系統(tǒng)發(fā)送遙控合（分）閘申請(qǐng)，安全控制系統(tǒng)進(jìn)行防誤邏輯檢查，如果滿足操作條件，則允許系統(tǒng)工作站遙控合（分）閘，同時(shí)，安全控制系統(tǒng)遙控將安全管控單元解除閉鎖，開(kāi)放開(kāi)關(guān)電動(dòng)操作動(dòng)力電源。

3、系統(tǒng)工作站遙控合（分）閘，驗(yàn)電閉鎖控制器啟動(dòng)合（分）閘，電動(dòng)開(kāi)關(guān)執(zhí)行合（分）閘操作。

4、系統(tǒng)工作站通過(guò)視頻監(jiān)視隔離開(kāi)關(guān)觸頭狀態(tài)，檢查隔離開(kāi)關(guān)已合（分）閘到位，操作完成。

（2）隔離開(kāi)關(guān)就地電動(dòng)合（分）閘流程

圖3 隔離開(kāi)關(guān)就地電動(dòng)合（分）閘流程

1、在安全控制系統(tǒng)模擬操作，生成符合防誤操作邏輯的操作序列，傳入手持終端。

2、現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)可視化隔離接地裝置編號(hào)，用手持終端對(duì)安全管控單元解鎖，開(kāi)放對(duì)應(yīng)隔離開(kāi)關(guān)電動(dòng)操作動(dòng)力電源。

3、將遠(yuǎn)方/接地轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至“就地”，將隔離開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到“合閘”（或“分閘”）位置，啟動(dòng)合（分）閘，隔離開(kāi)關(guān)執(zhí)行電動(dòng)合（分）閘操作。

4、檢查隔離開(kāi)關(guān)已操作到位，拔出插在安全管控單元的手持終端，遠(yuǎn)方/就地轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到“遠(yuǎn)方”位置，接地操作完成。

（3）隔離開(kāi)關(guān)就地應(yīng)急手動(dòng)合（分）閘流程

圖4 隔離開(kāi)關(guān)就地應(yīng)急手動(dòng)合（分）閘流程

1、在鑰匙管理機(jī)獲取機(jī)械解鎖鑰匙。

2、現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)可視化隔離接地裝置編號(hào)，將可視化隔離接地裝置遠(yuǎn)方就地轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到“就地”位置。

3、用機(jī)械解鎖鑰匙將可視化隔離接地裝置隔離開(kāi)關(guān)閉鎖附件解鎖，露出手動(dòng)操作孔。

4、將手動(dòng)操作手柄插入手動(dòng)操作孔。

5、旋轉(zhuǎn)手動(dòng)手柄，完成隔離開(kāi)關(guān)合（分）閘操作。

6、檢查隔離開(kāi)關(guān)已操作到位，將閉鎖附件恢復(fù)閉鎖，就地控制開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到“遠(yuǎn)方”位置，操作完成。

通過(guò)以上三種基本工況下隔離開(kāi)關(guān)/接地開(kāi)關(guān)倒閘操作流程設(shè)置，可有效防止人為因素造成的誤操作，減少設(shè)備發(fā)生故障的概率。同時(shí)各種操作信息通過(guò)視頻通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳至設(shè)備管理人員或調(diào)度人員，使各種操作在遠(yuǎn)程監(jiān)控下完成，確保各項(xiàng)倒閘操作正確無(wú)誤。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)所使用的站級(jí)管理軟件是基于Windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)前臺(tái)應(yīng)用程序,平臺(tái)與電子鑰匙采用有線通信，電子鑰匙與現(xiàn)場(chǎng)鎖具采用磁卡式接觸數(shù)據(jù)讀出方式，實(shí)現(xiàn)了鐵路供電設(shè)備接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)可視化接地系統(tǒng),由于使用了帶誤防功能、高清攝像頭、電子聯(lián)鎖、現(xiàn)場(chǎng)鎖具、電氣閉鎖、電子顯示屏顯示功能，提高了現(xiàn)場(chǎng)倒閘的安全可靠性，使現(xiàn)場(chǎng)信息與電力調(diào)度臺(tái)信息保持同步，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)、通信技術(shù)等可視化接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)接地系統(tǒng)。由于使用結(jié)構(gòu)化，模塊化設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)相關(guān)硬件易于擴(kuò)充與更換，有良好的易統(tǒng)維護(hù)性，在使用過(guò)程中能取得良好的效果。