深圳地鐵三號線可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)

俞錦濤，田 科，張 劍

0 引言

深圳地鐵三號線采用直流1 500 V 接觸軌方式為機車供電，停運后為保證區(qū)間工作安全，必須確保接觸軌停電并掛地線，早上運營前需拆掉地線并為接觸網送電。每個區(qū)間掛、拆地線必須由2 名相關專業(yè)操作人員進行操作，1 名以上運營工作人員配合，而一次區(qū)間作業(yè)需經申請作業(yè)、請示電調、停電確認、入場、驗電、掛地線6 個步驟，至少需耗時0.5 h，而拆地線同樣也需要耗費大量人力及時間。本文分析了一種可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有可視化、遙控、遙測、遙信、閉鎖、報表等功能，在施工作業(yè)中可節(jié)省掛拆地線的時間和人力。

1 系統(tǒng)構成

可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)主要由監(jiān)控主站、光纖環(huán)網、自動掛拆地線裝置等組成，見圖1。

1.1 監(jiān)控主站

監(jiān)控主站包含2 臺工控電腦、1 臺打印機及監(jiān)控軟件。

2 臺工控主機中的1 臺作為主監(jiān)控機，另1 臺作為熱備機，當主監(jiān)控機出現(xiàn)系統(tǒng)故障時，可由熱備機完成所有系統(tǒng)功能。監(jiān)控主機與光纖環(huán)網以及OCC 控制中心均采用TCP/IP 協(xié)議通信。

監(jiān)控軟件采用WEB 瀏覽方式，軟件界面包含每臺掛拆地線裝置的隔離開關視頻、掛拆地線軟體控制按鈕、遠方/當地信號、閉鎖信號、位置信號等，以及操作歷史記錄、報表。打印機可打印報表。

監(jiān)控主機可通過監(jiān)控軟件與OCC 通信，把掛拆地線裝置的相關位置信號、視頻等上傳給OCC，當閉鎖條件滿足時，操作人員可在OCC 直接操作掛拆地線裝置實現(xiàn)遠程掛拆任意站及車輛段、停車場的地線。

圖1 可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)構成圖

1.2 自動掛拆地線裝置

自動掛拆地線裝置主要由電動隔離開關、網絡高清攝像機、RTU 控制器、光纖以太網交換機、上網端子、接地端子等組成。

光纖以太網交換機可將監(jiān)控主站與自動掛拆地線裝置內RTU 控制器之間的各種信號進行數據交換。RTU 控制器主要功能是進行數據處理，信號上傳、接收、發(fā)送，當接收到監(jiān)控主站或者控制中心下發(fā)的掛（拆）地線命令時，RTU 控制器通過本地相關信號進行判斷，從而對相應的電動隔離開關進行操作，同時把本地相應信號、測量數據、視頻上傳給監(jiān)控主站與控制中心。上網端子與接地端子接至隔離開關兩端，由RTU 控制器從監(jiān)控主站、控制中心及本地I/O 接收到的信號判斷，當接觸軌停電、閉鎖、報警等信號滿足掛地線操作條件時，電動隔離開關合閘，實現(xiàn)掛地線操作，當信號滿足拆地線操作條件時，電動隔離開關分閘，實現(xiàn)拆地線操作。

自動掛拆地線裝置分為就地和遠方2 種操作方式。

當操作方式為就地操作時，操作人員可在裝置面板上通過分合閘按鈕進行掛拆地線的操作，該方式下，監(jiān)控主站與控制中心無法進行操作，但可監(jiān)視相應的動作信號、視頻及電壓值。當操作方式為遠方時，就地無法操作，而監(jiān)控主站與控制中心可在允許條件下通過網絡進行遠方掛拆地線的操作。

2 系統(tǒng)原理

圖2 操作原理圖

可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)操作原理如圖2所示。

該系統(tǒng)分為3 種操作方式：就地操作、監(jiān)控主站操作、控制中心OCC 操作。

2.1 就地操作

自動掛拆地線裝置面板設置就地/遠方轉換開關，當轉換開關旋轉至就地時，確認掛拆地線是否滿足操作條件，確認后，按下裝置面板上掛拆地線按鈕，通過電動操作機構即可實現(xiàn)掛拆地線的操作。裝置面板設置觀察窗口、數字式電壓儀及指示燈，操作完成后指示燈顯示相應顏色，且數字式電壓儀顯示當前接觸軌電壓值。操作人員也可通過從觀察窗口觀察到的隔離開關開合狀態(tài)判斷操作是否完成。該操作方式主要作為調試及檢修時使用。

2.2 監(jiān)控主站操作

將自動掛拆地線裝置面板上轉換開關旋轉至遠方，操作人員可在監(jiān)控主站下發(fā)掛拆地線的控制命令，當接收到控制中心發(fā)來的閉鎖條件滿足時，掛拆地線控制命令即可生效。在監(jiān)控主機人機界面操作某區(qū)間的掛拆地線時，監(jiān)控軟件將命令下發(fā)至相應的自動掛拆地線裝置，經過RTU 信號處理、判斷后驅動控制機構實現(xiàn)掛（拆）地線的遠程操作。操作同時，網絡高清攝像機將隔離開關的動作過程通過光纖以太網發(fā)送至監(jiān)控主機，RTU 信號處理控制器將相應的信號（隔離開關分合信號、接觸軌電壓值等）通過光纖以太網發(fā)送至監(jiān)控主機。操作人員可通過該信號直觀地確認掛拆地線的操作是否成功。

2.3 控制中心OCC 操作

將自動掛拆地線裝置面板上轉換開關旋轉至遠方，操作人員可在控制中心下發(fā)掛拆地線的控制命令，經由監(jiān)控主機處理及轉發(fā)，其余原理同監(jiān)控主機操作，控制中心OCC 操作權限將設置為最高，且可批量操作，即當操作條件滿足時可同時操作多個甚至所有自動掛拆地線裝置，并返回操作成功/失敗信息。該方式為系統(tǒng)常用的操作方式，操作簡單、可靠。

3 經濟效益

現(xiàn)今城市軌道交通運營追求的是運行安全、可靠，因此掛拆地線的安全措施必不可少。人工方式掛拆地線耗費時間和人力巨大，且容易出現(xiàn)運營人員傷亡。以深圳地鐵三號線為例，該線從雙龍—益田共30 個車站，14 個牽引降壓混合變電所，每個牽引降壓混合變電所有4 個供電臂，需4 個掛接地線點，一次掛拆地線需2 名接觸軌專業(yè)人員及1 名車站工作人員配合作業(yè)約1 h。如當晚全線均有作業(yè)，則總共需耗費14×3 = 42 人·小時（該時間未包含作業(yè)人員從辦公室至每個站的交通耗時），而通過可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)，運營人員只需在控制中心OCC 發(fā)送操作命令，包括調度、確認、操作等時間總計不超過20 min 即可完成全線掛拆地線作業(yè)，并為現(xiàn)場施工人員節(jié)省下至少每個站40 min 的作業(yè)時間。可見常年累月積累的時間、人力所轉化的經濟效益是相當驚人的。

4 結束語

可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)是由城市軌道交通實際運營碰到困難的情況下應運而生的一個設計項目，通過樣機測試結果表明，該系統(tǒng)操作方便，可靠性高，并能為城市軌道交通節(jié)省大量人力、時間，可以在國內地鐵運營中推廣使用。

[1] 于松偉，楊興山，韓連詳，等.城市軌道交通供電系統(tǒng)設計原理與應用[M].成都：西南交通大學出版社，2008.

[2] 周京陽，于爾鏗，吳津.能量管理系統(tǒng)（EMS）第3 講-數據收集與監(jiān)視（SCADA）[J].電力系統(tǒng)自動化，1997，（3）.