接觸網(wǎng)可視化接地系統(tǒng)的應(yīng)用及建議

鄧良任，劉崇山，覃緒榮

（南寧軌道交通運(yùn)營有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行對城市軌道交通的運(yùn)行與安全有著非常重要的意義，接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行離不開高質(zhì)量的檢修。在檢修過程中，需要在作業(yè)區(qū)間內(nèi)裝設(shè)臨時(shí)接地線，保障檢修人員的安全[1]。傳統(tǒng)接觸網(wǎng)接地操作的安全保障主要依賴于管理手段，沒有防止誤操作的技術(shù)保障措施，容易出現(xiàn)接地線漏掛、誤掛、漏拆、誤拆等安全隱患[2]，缺乏有效的技術(shù)手段進(jìn)行安全管控，增加了誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。近年來，國內(nèi)各地鐵運(yùn)營公司利用接觸網(wǎng)可視化接地系統(tǒng)來改進(jìn)傳統(tǒng)接觸網(wǎng)接地操作方式，有效提升接觸網(wǎng)接地操作效率、保障作業(yè)安全。

南寧地鐵3 號線接觸網(wǎng)可視化接地系統(tǒng)于2020年完成改造并投入運(yùn)營，已進(jìn)行了近3 年的運(yùn)行檢驗(yàn)。重點(diǎn)探討南寧地鐵3 號線接觸網(wǎng)可視化接地系統(tǒng)組成及運(yùn)行模式，通過分析系統(tǒng)特點(diǎn)、應(yīng)用效果，提出了可視化接地裝置接入PSCADA 系統(tǒng)集成的方案和可視化接地裝置智能運(yùn)維管理的建議。

1 系統(tǒng)組成及運(yùn)行

1.1 系統(tǒng)組成

南寧地鐵3 號線接觸網(wǎng)可視化接地系統(tǒng)基于OCC 集中管理、分層布置的設(shè)計(jì)原則，設(shè)置了中央管理層、站級管理層、現(xiàn)場設(shè)備層共計(jì)三層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。中央管理層具備中央級遠(yuǎn)控操作和監(jiān)控功能，各站級管理層具備遠(yuǎn)程、當(dāng)?shù)夭僮骱鸵曨l監(jiān)視功能，現(xiàn)場設(shè)備層具備當(dāng)?shù)夭僮骷熬o急操作功能。

圖1 可視化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

中央管理層設(shè)置在控制中心，配置1 套中央監(jiān)控主站，服務(wù)器采用雙機(jī)主備冗余設(shè)計(jì)，為整個(gè)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲和系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)，對全線接觸網(wǎng)可視化直流驗(yàn)電接地裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程操作及相關(guān)作業(yè)過程的安全管控。

站級管理層配置在正線牽引車站控制室，主要包括操作終端、通信柜及鑰匙管理機(jī)等。每個(gè)車站配置1 套站級監(jiān)控子站，以實(shí)現(xiàn)本站可視化直流驗(yàn)電接地裝置站級監(jiān)控。

現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)置在軌行區(qū)旁，主要包括可視化直流驗(yàn)電接地裝置、網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)及帶電顯示屏?？梢暬绷黩?yàn)電接地裝置分別安裝在接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)隔離開關(guān)旁，聯(lián)絡(luò)線及出入段線分段絕緣器兩側(cè)，具備接觸網(wǎng)遠(yuǎn)方與就地驗(yàn)電接地功能。為確保隔離開關(guān)刀閘分合到位，在每套接觸網(wǎng)上網(wǎng)隔離開關(guān)刀閘附近安裝一臺網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，以監(jiān)測上網(wǎng)隔離開關(guān)刀閘分合是否到位。

1.2 系統(tǒng)運(yùn)行

可視化接地系統(tǒng)支持遠(yuǎn)方電動、就地電動、就地手動等多種操作方式。基于多線程并行操作原理，設(shè)計(jì)可視化接地系統(tǒng)遠(yuǎn)方電動控制程序，實(shí)現(xiàn)各站接地裝置并行控制。在接到接觸網(wǎng)停電申請或者按照停電計(jì)劃，電力調(diào)度員能夠通過程控卡片一鍵遠(yuǎn)程發(fā)布全線接觸網(wǎng)接地、拆地指令。當(dāng)接地裝置接收到接地指令后，接地裝置進(jìn)行強(qiáng)制驗(yàn)電、放電及接地操作，快速完成地線接掛。當(dāng)作業(yè)結(jié)束后，電力調(diào)度員通過程控卡片一鍵遠(yuǎn)程發(fā)布拆地指令，實(shí)現(xiàn)全線接觸網(wǎng)地線拆除。

可視化接地系統(tǒng)具備完善的防誤操作功能。可視化接地裝置內(nèi)置高清攝像頭，通過視頻智能技術(shù)識別接地刀閘狀態(tài)，并將識別結(jié)果上傳至驗(yàn)電閉鎖控制器。可視化接地裝置通過硬線采集隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)信號，并將采集、檢測結(jié)果上傳至驗(yàn)電閉鎖控制器。驗(yàn)電閉鎖控制器綜合判斷來自視頻分析識別和輔助接點(diǎn)檢測獲取的接地刀閘狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)接地刀閘狀態(tài)非同源雙確認(rèn)，原理如圖2 所示，從向確保接地操作安全、可靠。同時(shí)攝像頭將拍攝的監(jiān)控視頻上傳可視化接地系統(tǒng)后臺，電力調(diào)度員能夠通過可視化接地系統(tǒng)操作終端實(shí)時(shí)監(jiān)視接地裝置接地刀閘、隔離開關(guān)刀閘狀態(tài)，進(jìn)一步提升接地操作可靠性。

圖2 非同源雙確認(rèn)原理圖

通過可視化接地系統(tǒng)，電力調(diào)度員能夠閉環(huán)管控整個(gè)掛/拆接地線作業(yè)過程，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)管代替?zhèn)鹘y(tǒng)現(xiàn)場人工監(jiān)管的轉(zhuǎn)變，有效防止接地線漏掛、誤掛、漏拆、誤拆等安全隱患發(fā)生。

2 應(yīng)用效果分析

2.1 安全性方面

傳統(tǒng)方式完全依靠組織措施和管理措施保證安全，而可視化接地系統(tǒng)具有在線驗(yàn)放電、遠(yuǎn)程可視操作、驗(yàn)電接地聯(lián)鎖、刀閘地刀聯(lián)鎖、控制回路硬節(jié)點(diǎn)閉鎖、唯一操作權(quán)管控、站間設(shè)備聯(lián)鎖、接觸網(wǎng)電壓顯示等防誤技術(shù)措施，且具備遙視、遙信、遙測等監(jiān)控功能。通過系統(tǒng)可預(yù)防或避免接觸網(wǎng)運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的帶地線送電、帶電掛地線、工作票錯(cuò)誤等事故，減少事故發(fā)生帶來的人身傷亡或設(shè)備損壞，有效提高作業(yè)安全。

2.2 工作效率方面

在保障安全的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)方式完全依靠人工操作每次停電掛地線需要60 min，可視化接地系統(tǒng)通過程控卡片開展可視化接地系統(tǒng)遠(yuǎn)方電動操作，一鍵實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)掛拆地線，將操作時(shí)間縮短到5 min 以內(nèi)，縮短安全防護(hù)準(zhǔn)備時(shí)間，天窗有效作業(yè)時(shí)間從180 min延長至235 min，天窗利用率由68.42%提高至97.36%，大幅度提高工作效率，具體對比見表1。

表1 工作效率對比表

2.3 創(chuàng)新管理模式

傳統(tǒng)接觸網(wǎng)接地方式由接觸網(wǎng)檢修人員現(xiàn)場掛/拆地線，整個(gè)過程采用人工傳遞指令、人工操作、人工監(jiān)管的管理模式，存在主觀性強(qiáng)、效率低、出錯(cuò)率高等問題。接觸網(wǎng)可視化接地系統(tǒng)依托電子信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用雙回路自動驗(yàn)電放電、安全閉鎖、防誤操作等可靠性較高的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控完成接觸網(wǎng)掛/拆地線作業(yè)。地鐵運(yùn)營公司通過采用電子化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的閉環(huán)管控流程代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工管理模式，簡化作業(yè)流程，提高作業(yè)效率，提升作業(yè)安全質(zhì)量，改進(jìn)了傳統(tǒng)接觸網(wǎng)接地操作方式，創(chuàng)新了管理模式。

3 可視化接地系統(tǒng)建議

接觸網(wǎng)可視化接地系統(tǒng)應(yīng)用效果明顯，總結(jié)多年的運(yùn)營維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)，分析了可視化接地系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)的不足及運(yùn)營對可視化接地裝置可靠性更高的需求，提出可視化接地系統(tǒng)接入PSCADA 系統(tǒng)集成的方案和可視化接地裝置智能運(yùn)維管理的建議。

3.1 優(yōu)化可視化接地系統(tǒng)組網(wǎng)方案

當(dāng)前可視化接地系統(tǒng)普遍采用獨(dú)立組網(wǎng)方案，存在系統(tǒng)集成化不高、施工難度大、投資高等方面的不足。執(zhí)行接觸網(wǎng)停電檢修作業(yè)時(shí)，電力調(diào)度員在操作綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成變電所DC1500V 開關(guān)柜停電的操作，然后通過接觸網(wǎng)可視化接地系統(tǒng)完成接觸網(wǎng)設(shè)備驗(yàn)電接地，上述兩套操作系統(tǒng)為獨(dú)立設(shè)置，不能實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通，須按照先后順序來操作，核對信息較多，操作時(shí)間較長。

建議研究可視化接地系統(tǒng)接入變電所PSCADA系統(tǒng)，將可視化接地系統(tǒng)集成于PSCADA 及綜合監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控界面，從而實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控對可視化接地裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。其中，可視化接地系統(tǒng)的遙控?cái)?shù)據(jù)接入車站變電所PSCADA 系統(tǒng)通信管理機(jī)，由變電所PSCADA 系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳至綜合監(jiān)控系統(tǒng)；可視化接地系統(tǒng)的視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過光纖、光電轉(zhuǎn)換器直接接入各車站CCTV 服務(wù)器，由綜合監(jiān)控系統(tǒng)從站級CCTV 服務(wù)器獲取視頻數(shù)據(jù)。通過系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)變電所DC1500V 直流設(shè)備柜及接觸網(wǎng)可視化接地裝置一鍵停電接地，不僅減少了系統(tǒng)操作時(shí)間，而且有效降低系統(tǒng)和設(shè)備數(shù)量，提升供電系統(tǒng)自動化及安全保障水平。

3.2 提升系統(tǒng)智能化水平

接觸網(wǎng)接地是保障現(xiàn)場檢修作業(yè)安全的重要手段，接地可靠性直接影響設(shè)備的安全運(yùn)行和檢修作業(yè)人員的人身安全。雖然可視化接地裝置采用了雙回路自動驗(yàn)電放電、安全閉鎖、防誤操作等可靠性較高的技術(shù)，一定程度上提升了接地操作可靠性，但是可視化接地裝置的智能運(yùn)維等方面仍存在較大提升空間。

建議采用從接觸網(wǎng)下引電纜、接地裝置及裝置到回流軌電纜的回路自動化檢測技術(shù)，對一次電纜、電纜頭及接地裝置開關(guān)合閘狀態(tài)自動檢測，有效防止因電纜斷線或開關(guān)合閘不到位導(dǎo)致接地狀態(tài)不可靠問題出現(xiàn)。通過增加在線3D 成像、智能感應(yīng)設(shè)備及聲譜診斷設(shè)備等技術(shù)和方式，對系統(tǒng)可視化接地裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并運(yùn)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)掌握接地裝置健康狀態(tài)及維護(hù)關(guān)鍵參數(shù)，并給出維護(hù)檢修指導(dǎo)意見，實(shí)現(xiàn)接地裝置全生命周期管理，減少維護(hù)工作量，延長系統(tǒng)的使用壽命，切實(shí)提升系統(tǒng)智能運(yùn)維水平，有利于降低運(yùn)營維護(hù)成本，提高巡檢工作效率和質(zhì)量，保障地鐵運(yùn)營安全。

4 結(jié)語

隨著城市軌道交通智能化水平不斷提升，接觸網(wǎng)可視化接地裝置憑借其良好的安全性、可靠性以及實(shí)用性，在全國城市軌道交通范圍內(nèi)應(yīng)用越來越多，有效提高了設(shè)備檢修作業(yè)安全和檢修效率，節(jié)約成本?；谀蠈幍罔F實(shí)際應(yīng)用效果，通過分析接觸網(wǎng)可視化接地系統(tǒng)特點(diǎn)、應(yīng)用效果及系統(tǒng)運(yùn)維狀況，提出可視化接地裝置接入PSCADA 系統(tǒng)集成的方案和可視化接地裝置智能運(yùn)維管理的建議，對后續(xù)城市軌道交通可視化接地系統(tǒng)的實(shí)施具有參考和借鑒價(jià)值。