接觸網遠動隔離開關存在問題的分析與建議

陳曉紅

0 引言

在電氣化鐵道中，分布在復線區段、樞紐站場、V停、電分相、柱上式分區所等處的接觸網隔離開關，由于數量多、分布范圍廣，檢修、操作不便，需要利用遠動進行操作。以變電所、分區所電分相處在列車前進方向一側設置的縱向聯絡隔離開關為例，當電力機車被迫停在接觸網分相中性區內，等救援機車趕到現場并將機車拉出中性區往往需要40～50 min，而在確認了機車停車位置和離開無電區的方向、滿足取流條件和不至于造成相間短路的條件下，利用遠動操作合上隔離開關，使電力機車升弓取流繼續運行，當機車受電弓離開電分相中性區后，隨即斷開隔離開關，恢復正常運行方式，整個過程僅需0.5 min。

接觸網遠動隔離開關能夠實現快速有效地平衡上下行列車對數、保障列車通行、縮小事故范圍、隔離故障、分段作業等目的，實時保證其遠動功能良好，有著十分必要的意義。

1 現存問題分析

從設備運行情況來看，部分接觸網遠動隔離開關在關鍵時刻（如越區供電或列車停在無電區時）通過供電調度遠動操作，及時送電，導通了線路，為確保正常的運輸秩序做出貢獻，但在運行、檢修、應急搶修時，也會經常出現遠動操作失敗，經分析主要原因有以下幾方面。

（1）電纜和光纜線路過長易出故障。目前接觸網遠動隔離開關普遍存在開關距離主站（分區所、變電所、接觸網開關站等）較遠的情況，導致相應的電源電纜、控制電纜或光纜太長，有的長度超過4 000 m，且要在鐵軌下穿越，電纜、光纜經常被施工單位或其他部門挖斷、損壞。

受現場地形條件的限制，當電纜出現問題后故障點不易查找，且修復困難，嚴重影響了遠動功能。某箱式分區所 2#隔離開關和 2#負荷開關曾出現控制電纜故障，通過電纜故障定位儀現場測試，測出2#隔離開關控制電纜故障點在離分區所約50 m處，2#負荷開關控制電纜故障點在距分區所1 450 m處（該隔離開關的電纜總長約3 000 m）。由于2#隔離開關電纜在鐵軌下穿越，無法找到故障點的具體位置，對此重新敷設一根新電纜給予修復；由于 2#負荷開關電纜敷設在灌木叢中，故障點位置不易判斷，在距分區所1 450 m處截斷電纜，在分區所端和負荷開關端重新測故障點距離，在測量故障點挖開后發現有2 m長的電纜已燒損，對控制電纜燒損部分進行更換。

（2）遠動通道時有不通。遠動通道是接觸網遠動隔離開關子站與調度主站的神經，它的通信質量會直接影響到供電調度的遙控和事故處理速度，目前遠動通道有2 M光纖、64 k數字、4線音頻等幾種通訊方式。通道點多線長，經常出現通道不通的情況。其中64 k數字電路組網方式、音頻均為點對點結構，安全性較差，不具備環狀保護功能，且傳輸帶寬過窄，當傳輸的遠動信息量大時，由于帶寬限制，信息不能及時傳送，出現不能遠動的故障，不適合目前數據傳輸要求。64 k和音頻電路屬于半模擬電路，受環境影響較大，特別是目前電氣化鐵道使用的高電壓，對電路影響較大，電路下部線為電纜線，電纜線及相關基帶Modem等設備容易受電磁干擾影響，易出現遠動信息不能傳輸的故障。由于缺少必要的測試手段，64 k和音頻電路沒有專用的儀表，電路出現故障時很難定位。

（3）開關的低壓配電設備抗過壓保護性能較差。主站和子站相關低壓配電設備抗過壓保護性能較差是導致隔離開關誤動作、低壓配電設備燒損的一個主要原因。某接觸網開關站的 K03#隔離開關因喜鵲造成接觸網短路接地，引起變電所跳閘，故障跳閘電流達到3 150 A，經分析隔離開關控制箱外殼接地與隔離開關接地連在一起，當短路電流經短路點流過機構箱向大地疏散時，機構箱電位升高，最高達到交流1 124 V，此時隔離開關控制回路感應電壓達到176 V，脈沖啟動開關，使電動機自保持回路完成開關由合到分，K03#隔離開關自動分閘，造成站場接觸網停電。

（4）RTU終端系統裝置運行不穩。RTU終端后臺機死機、電源故障也是導致接觸網隔離開關遠動操作失敗的原因之一。如某線分區所投運伊始，其分區所內監控程序頻頻出現自動退出，導致遠動通訊中斷，經總結程序退出有以下幾種情況：工控機在電源正常的情況下自動關機而未能自動啟動、虛擬內存不足造成系統不能正常運行、系統進程錯誤、監控軟件遇到問題需要關閉程序等。

2 建議與措施

為提高接觸網隔離開關遠動性能的可靠性，使設備抗干擾性強、能滿足惡劣的工業控制環境及電氣化鐵道運行環境的要求、能實現采集信號的遠距離傳輸、具備防雷電及過電壓反擊的功能，結合既有經驗，根據現行技術要求，在此提出應用CDMA網絡進行接觸網隔離開關無線遠動操作的建議，以解決接觸網遠動隔離開關存在的問題。

應用CDMA網絡的接觸網隔離開關無線遠動系統由調度中心、無線通道和RTU 3部分組成，結構如圖1所示。

無線遠動隔離開關監控裝置主要由可編程控制器（PLC）、UPS不間斷電源、CDMA 1X調制解調器、輸出驅動與輸入緩沖、防雷擊器件5部分構成。該系統的特點能夠克服前述接觸網遠動隔離開關存在的問題。具體如下：

（1）設計時可盡量減小無線遠動隔離開關監控裝置的體積，將其安裝在隔離開關的操作機構箱旁邊，避免因控制電纜、電源電纜或光纜過長易出現故障的問題。

（2）CDMA 1X調制解調器采用CDMA 1X通信技術，利用CDMA 1X網絡強大的功能，實現與調度端的無線網絡連接，可以與控制中心的監控主機實時在線通訊。CDMA公用移動通信平臺覆蓋面廣、可靠性強、通信質量穩定、不受地域和距離限制，能夠解決遠動通道及其相應的通訊設備運行不穩的問題。

（3）現場采用多種防干擾措施，實現設備在露天惡劣環境下的安全運行。裝置的輸出和輸入電路均采取兩級隔離方式，以提高抗干擾能力和可靠性。輸出的前級隔離為可編程控制器 PLC內部繼電器，第二級驅動繼電器為進口大容量中間繼電器，能直接驅動帶儲能的隔離開關操作機構。輸入的前級隔離為中間繼電器，后級為可編程控制器內部光電輸入隔離。該方式將強、弱電部分實現了完全的物理隔離，最大限度地保護裝置免受外界強電損壞。由于裝置工作在野外露天環境下，在電源輸入部分和 CDMA 1X調制解調器天線處均加裝了防雷器件，一旦發生雷擊，可以保護裝置不受任何損害，從而克服了開關低壓配電設備抗過壓保護性能差的問題。

圖1 接觸網隔離開關無線遠動系統結構圖

（4）可編程控制器（PLC）由于采用現代大規模集成電路技術，嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。使用 PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障率也就大大降低，它具有強大的通信能力，即可獨立運行，又可作為遠方終端連成網絡來完成分布式控制任務。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除 PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。克服了RTU終端系統裝置運行不穩的問題。

3 結束語

綜上所述，提高接觸網隔離開關的遠動可靠性，需要在通訊方式、技術、設備等方面加強技術革新和改進。鑒于CDMA移動公用通訊平臺具有無需單獨組網建設和專門維護、不受各種客觀因素的影響、數據傳輸速率高、抗干擾能力強等優點，建議采用CDMA網絡無線遠動方式操作隔離開關實現倒閘操作，以確保牽引供電安全可靠。可作為一項科研項目在現場進行試驗，在試驗過程中不斷改進。相信隨著科技的發展，接觸網遠動隔離開關會以更加完善的設備性能為鐵路牽引供電事業做出更大的貢獻。

[1]王佩雷，陳宇.接觸網無線遠動隔離開關研究[J].鐵道標準設計，2009，（8）：106-109.