城市軌道交通接觸網(wǎng)可視化隔離開關(guān)選型分析

摘 要：隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，如何提高接觸網(wǎng)隔離開關(guān)設(shè)備接地的安全可靠性及運維效率，同時降低成本是亟待解決的關(guān)鍵問題之一。該文針對正線及車輛基地檢修庫接觸網(wǎng)可視化隔離開關(guān)選型方案進(jìn)行分析，多角度論證方案的優(yōu)缺點，對于正線可視化隔離開關(guān)方案，從產(chǎn)品性能、經(jīng)濟(jì)性、增加系統(tǒng)的可靠性，以及提高檢修維護(hù)效率的角度，可考慮選用雙刀型式三工位隔離開關(guān)柜；對于車輛基地檢修庫，可根據(jù)實際情況選擇合適的可視化接地方案。相關(guān)研究結(jié)論可為DC1500V線路接觸網(wǎng)可視化隔離開關(guān)選型提供參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；接觸網(wǎng)；隔離開關(guān)；可視化；選型方案

中圖分類號：U225.45 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）31-0105-04

Abstract： With the continuous development of urban rail transit， how to improve the safety， reliability and operation and maintenance efficiency of the grounding of catenary isolating switch equipment， while reducing costs， is one of the key issues that need to be solved urgently. This paper analyzes the selection scheme of visual isolating switch for the contact line of the main line and the vehicle base maintenance warehouse， and demonstrates the advantages and disadvantages of the scheme from multiple angles. For the main line visual isolating switch scheme， from the perspective of product performance， economy， increasing system reliability and improving maintenance efficiency， a double-pole type three-position isolating switch cabinet can be considered; for the vehicle base maintenance warehouse， an appropriate visual grounding scheme can be selected according to actual conditions. Relevant research conclusions can provide reference for the selection of visual isolating switches for DC 1500V line contact network.

Keywords： urban rail transit; catenary; isolating switch; visualization; selection plan

隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，為進(jìn)一步緩解城市交通壓力，地鐵列車越發(fā)趨于發(fā)車早、收車晚的運行模式，進(jìn)而導(dǎo)致留給線路設(shè)備的檢修時間越來越少。如何能夠在有限的時間空間內(nèi)壓縮檢修時間，安全、可靠、簡單地完成對設(shè)備的檢修，降低運營的工作強(qiáng)度，成為城市軌道交通發(fā)展急需解決的問題之一。在既有的接觸網(wǎng)檢修過程中，為保證工作人員安全工作，必須確保接觸網(wǎng)先停電并掛接地線后，檢修人員方可進(jìn)入相關(guān)區(qū)域進(jìn)行檢修作業(yè)，且必須在檢修工作結(jié)束后拆掉地線并為接觸網(wǎng)送電[1]。隔離開關(guān)作為接觸網(wǎng)專業(yè)重要的電氣設(shè)備，其設(shè)計方案直接影響到線路運行安全及運維效率，傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)接地方式為人工接地方式，其人力成本高、工作效率低、存在一定的安全隱患，而接觸網(wǎng)可視化自動接地系統(tǒng)可以有效地彌補傳統(tǒng)接地方式的不足[2]，已在全國多個城市的軌道交通推廣應(yīng)用。

目前，國內(nèi)接觸網(wǎng)可視化自動接地系統(tǒng)大多采用與接觸網(wǎng)隔離開關(guān)分開設(shè)置的方案，需單獨設(shè)置一面可視化接地柜，為進(jìn)一步提高設(shè)備安全可靠性，減少設(shè)備安裝空間，節(jié)省投資，有必要針對可視化隔離開關(guān)設(shè)計方案展開研究，以保證安全性、提高運維效率。

1 正線接觸網(wǎng)可視化隔離開關(guān)設(shè)計方案

對于牽引供電采用DC1500V供電制式的線路，正線接觸網(wǎng)一般在設(shè)牽引變電所的車站列車進(jìn)站端設(shè)置絕緣電分段，牽引變電所引至正線接觸網(wǎng)絕緣電分段兩端的上網(wǎng)及聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用電動隔離開關(guān)，在既有的地鐵線路中，根據(jù)工程特性戶外型隔離開關(guān)及戶內(nèi)型隔離開關(guān)柜均有應(yīng)用。

接觸網(wǎng)隔離開關(guān)與可視化接地系統(tǒng)設(shè)置方案主要有以下2種。

方案一：隔離開關(guān)與可視化接地柜獨立設(shè)置方案。

對于正線車站1處上網(wǎng)點設(shè)置2臺上網(wǎng)隔離開關(guān)+1臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)+2臺可視化接地柜，一次接線原理圖如圖1所示。本方案隔離開關(guān)與可視化接地系統(tǒng)獨立設(shè)置，設(shè)備數(shù)量多，占用空間大，運維工作量大；開關(guān)柜之間連接電纜多，施工難度較高；同時設(shè)備間只能采用電氣互鎖或閉鎖，無法實現(xiàn)機(jī)械互鎖。

圖1 獨立設(shè)置方案一次接線原理示意圖

本方案目前應(yīng)用較為廣泛，多應(yīng)用于未設(shè)置可視化接地系統(tǒng)的既有線改造及在建工程的補充設(shè)計方案。

方案二：隔離開關(guān)與可視化接地系統(tǒng)一體化設(shè)置方案。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，城市軌道交通對接觸網(wǎng)隔離開關(guān)及可視化系統(tǒng)設(shè)備提出了更高的要求，為進(jìn)一步提升安全可靠性、降低建設(shè)成本，考慮將隔離開關(guān)與可視化接地系統(tǒng)一體化設(shè)置。本方案包含2種設(shè)計方案：一種為雙刀型式三工位隔離開關(guān)，另一種為單刀型式三工位隔離開關(guān)。

1.1 雙刀型式三工位隔離開關(guān)

通過將2臺雙刀三工位直流隔離開關(guān)+1臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)及控制裝置一體化設(shè)計為一面隔離開關(guān)，實現(xiàn)饋線輸出、越區(qū)支援供電、可視化接地功能。一次接線原理圖如圖2所示。

主刀開關(guān)與接地開關(guān)之間安裝有可靠的機(jī)械限位裝置，防止出現(xiàn)隔離刀機(jī)械過位情況；主刀開關(guān)與接地開關(guān)之間安裝有可靠的機(jī)械互鎖裝置，主刀開關(guān)與接地開關(guān)可以同時分閘，但每次只能合閘一把刀，保證供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定。

雙刀三工位直流隔離開關(guān)和越區(qū)開關(guān)（聯(lián)絡(luò)開關(guān)）之間實現(xiàn)機(jī)械互鎖，當(dāng)越區(qū)開關(guān)處于合閘位置時，2組饋線的接地開關(guān)無法進(jìn)行合閘；當(dāng)任意一臺饋線接地開關(guān)處于合閘時，越區(qū)開關(guān)（聯(lián)絡(luò)開關(guān)）無法進(jìn)行合閘。

圖2 雙刀型三工位隔離開關(guān)一次接線原理示意圖

雙刀三工位直流隔離開關(guān)和越區(qū)開關(guān)（聯(lián)絡(luò)開關(guān)）之間實現(xiàn)電氣互鎖，通過機(jī)械、電氣互鎖的形式保證供電系統(tǒng)可以穩(wěn)定、可靠的運行。

本方案的技術(shù)特點如下：①開關(guān)柜整體尺寸較小，可有效節(jié)省安裝空間。②開關(guān)柜內(nèi)部實現(xiàn)所有電氣間的連接、閉鎖等功能，可降低現(xiàn)場施工難度與強(qiáng)度。③隔離開關(guān)的饋線主刀、地刀、聯(lián)絡(luò)開關(guān)均為獨立單元，安全運行系數(shù)較高。④饋線主刀、地刀、越區(qū)開關(guān)分別有機(jī)械限位裝置，動作到位后可以有效、可靠地進(jìn)行機(jī)械限位，穩(wěn)定性較高。⑤主刀開關(guān)與接地開關(guān)之間安裝有可靠的機(jī)械互鎖裝置，加上內(nèi)部電氣互鎖，雙重保護(hù)可以有效地提高供電系統(tǒng)安全。

1.2 單刀型式三工位隔離開關(guān)

通過將2臺單刀三工位直流隔離開關(guān)+1臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)及控制裝置一體化設(shè)計為一面隔離開關(guān)，實現(xiàn)饋線輸出、越區(qū)支援供電、可視化接地功能。一次接線原理圖如圖3所示。

單刀三工位直流隔離開關(guān)由一組隔離刀進(jìn)行3個位置的轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)通位、接地位時安裝有機(jī)械限位裝置，以保證2個最終位置的準(zhǔn)確性，防止出現(xiàn)隔離刀機(jī)械過位情況出現(xiàn)。

在中間的隔離位置安裝有獨立、可靠的機(jī)械閉鎖裝置，防止隔離開關(guān)在隔離位置時出現(xiàn)機(jī)械過位或者位置位移的情況。

單刀三工位直流隔離開關(guān)和越區(qū)開關(guān)（聯(lián)絡(luò)開關(guān)）之間都實現(xiàn)電氣互鎖。

圖3 單刀型三工位隔離開關(guān)一次接線原理示意圖

本方案技術(shù)特點如下：①單刀三工位直流隔離開關(guān)，通過機(jī)械、電氣互鎖，雙重保護(hù)可以有效地提高供電系統(tǒng)安全；內(nèi)部實現(xiàn)所有電氣間的連接、閉鎖等功能，可降低現(xiàn)場施工難度與強(qiáng)度。②開關(guān)柜整體尺寸較小，安裝空間范圍廣。③單刀三工位直流隔離開關(guān)和越區(qū)隔離開關(guān)，動作到位后可以有效、可靠地進(jìn)行機(jī)械限位，穩(wěn)定性較高。

不同方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對比分析見表1。

由表1可知，從使用功能角度出發(fā)，接觸網(wǎng)隔離開關(guān)與可視化接地系統(tǒng)獨立設(shè)置方案，以及一體化設(shè)置方案均能滿足工程使用的功能要求。從產(chǎn)品性能與經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，一體化設(shè)置方案更優(yōu)。從增加系統(tǒng)的可靠性與提高檢修維護(hù)效率的角度出發(fā)，雙刀型式三工位隔離開關(guān)柜更優(yōu)。

2 場段可視化隔離開關(guān)設(shè)計方案

常規(guī)線路中，根據(jù)工藝專業(yè)提資，車輛基地運用庫、周月檢庫，以及檢修庫的部分股道需電化至庫尾，根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》第15.3.10條的規(guī)定“停車列檢庫、靜調(diào)庫、試車線的接觸網(wǎng)，宜由牽引變電所直接饋電。每條庫線的接觸網(wǎng)應(yīng)設(shè)置帶接地刀閘的手動隔離開關(guān)”，接觸網(wǎng)在停車列檢庫、周月檢庫、檢修ndBqhm+ER4Syy6PmzyBjUCc6TsKssSxGvPLPCoSX1pA=庫的電化股道庫前設(shè)置帶接地刀閘的手動隔離開關(guān)，實現(xiàn)接觸網(wǎng)開關(guān)斷開同時接地。目前，DC1500V線路的車輛基地接觸網(wǎng)隔離開關(guān)類型主要有以下3種，開關(guān)類型及應(yīng)用場景見表2。

表2 DC1500V車輛基地隔離開關(guān)類型

根據(jù)接觸網(wǎng)運營工作規(guī)程，車輛基地軌行區(qū)檢修作業(yè)需在接觸網(wǎng)停電并可靠接地后進(jìn)行。常規(guī)停電作業(yè)流程為確保作業(yè)范圍所有電客車已降下受電弓，依次斷開上級斷路器、斷開接觸網(wǎng)隔離開關(guān)、接觸網(wǎng)人員掛接地線并驗電后方可進(jìn)行相關(guān)作業(yè)[1]。隨著列車運營時間的不斷增加，接觸網(wǎng)設(shè)備檢修時間不斷縮短，為減小掛接及拆除地線工作量、提高檢修效率，部分城市的地鐵運營提出在車輛基地檢修庫加設(shè)可視化接地柜的需求[3]。根據(jù)檢修需求，檢修庫加設(shè)可視化接地柜主要有以下2種方案。

方案一：庫前帶接地刀閘手動隔離開關(guān)與可視化接地柜獨立設(shè)置。

方案二：接觸網(wǎng)隔離開關(guān)與可視化接地柜一體化設(shè)置。①庫前手動隔離開關(guān)與可視化接地柜一體化設(shè)置。②庫前電動隔離開關(guān)與可視化接地柜一體化設(shè)置。不同方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對比分析見表3。

由表3可知，針對車輛基地檢修庫加設(shè)可視化接地柜的運營需求，方案一與方案二各有優(yōu)缺點，經(jīng)濟(jì)性相差不大，在工程實際中均有應(yīng)用。

從滿足規(guī)范角度出發(fā)，可采用帶接地刀閘的手動隔離開關(guān)與可視化接地柜單獨設(shè)置方案。從進(jìn)一步縮短接地時間、提高檢修效率的角度，可結(jié)合運營需求，考慮采用一體化設(shè)置方案，通過優(yōu)化運營工作規(guī)程進(jìn)一步保障接地安全性。

3 結(jié)論

為進(jìn)一步提高接觸網(wǎng)設(shè)備安全可靠性，減少設(shè)備安裝空間，節(jié)省投資，提高運維效率，本文針對正線及車輛基地檢修庫接觸網(wǎng)可視化隔離開關(guān)選型方案進(jìn)行分析，多角度論證方案的優(yōu)缺點，得到結(jié)論如下。

1）對于正線可視化隔離開關(guān)方案，從產(chǎn)品性能、經(jīng)濟(jì)性、增加系統(tǒng)的可靠性，以及提高檢修維護(hù)效率的角度，可考慮選用雙刀型式三工位隔離開關(guān)柜。

2）對于車輛基地檢修庫，從滿足規(guī)范的角度，可采用帶接地刀閘的手動隔離開關(guān)與可視化接地柜單獨設(shè)置方案。從進(jìn)一步縮短接地時間、提高檢修效率的角度，可結(jié)合運營需求，考慮采用一體化設(shè)置方案，通過優(yōu)化運營工作規(guī)程進(jìn)一步保障接地安全性。

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