接觸網供電分段狀態信息共享技術應用及展望

楊瀚棟， 袁曉亮， 周偉英

(杭州市地鐵集團有限責任公司運營分公司， 杭州 310021)

接觸網供電分段狀態信息共享技術應用及展望

楊瀚棟， 袁曉亮， 周偉英

(杭州市地鐵集團有限責任公司運營分公司， 杭州 310021)

介紹地鐵接觸網供電分段狀態信息的形成機理及共享應用的意義，闡述接觸網供電分段狀態信息間接和直接檢測的兩種實現技術方案，并比照兩種方案在硬件配置、系統復雜度、功能驗證、可靠性、故障排查、運營維護等方面中的優缺點。以杭州地鐵為例，論述地鐵接觸網供電分段狀態信息共享技術應用中存在的接口功能設計、功能驗證及運營接管維護方面等問題，提出通過頂層設計、接口設計解決問題，并根據未來地鐵各機電系統間集成化信息共享的發展趨勢，對地鐵接觸網供電分段狀態信息在綜合監控集成系統和列車自動駕駛系統的應用及提升系統智能化水平的應用前景進行展望。

城市軌道交通； 接觸網； 供電分段； 自動駕駛； 信號； 列車自動監控系統(ATS)

1 接觸網供電分段形成機理

為了保證地鐵接觸網系統供電質量符合標準，滿足常態和故障時供電的靈活性，同時達到牽引變電所投資建設的經濟性，地鐵正線接觸網一般間隔3～3.5 km設置一個牽引變電所向接觸網饋電，形 成獨立的接觸網供電分段。一個供電分段常態時由相鄰的兩個牽引變電所各饋入一路電源供電，實現雙邊供電。

車輛段(場)的接觸網根據各功能庫線對接觸網的需求形成不同的供電分束，每一供電分束即為獨立的接觸網供電分段，各供電分段由車輛段(場)的牽引變電所饋入一路電源供電。

上述形成的接觸網供電分段，通過對相應牽引變電所饋入電源進行停送電操作，使接觸網供電分段日常運行在停電或帶電狀態。

2 共享應用的意義

接觸網供電分段狀態信息直接關系到車輛的正常運行、緊急情況下軌行區內乘客的疏散及運維人員施工安全的關鍵信息,因此要求接觸網供電分段狀態信息采集要簡單可靠、信息處理高效、信息反饋迅速可靠、信息呈現直觀易懂。調度、乘務、站務、供電運維、施工管理等專業均需及時獲取接觸網供電分段實時狀態信息，以便實現在接觸網供電系統正常及異常運行狀態下各專業間的協調聯動。

3 狀態信息采集技術實現方案

目前在接觸網供電分段狀態信息采集中有兩種實現方案，且均被采用，方案實現簡述如下。

方案1是出現最早且沿用至今的間接檢測方式，即通過電力監控系統采集接觸網供電分段各饋入電源的母線電壓信號，包括斷路器和隔離開關分合信號，經過復雜邏輯運算后輸出接觸網供電分段停電或帶電狀態。

方案2是伴隨新興的直流電壓檢測傳感器件及自動檢測系統集成技術而出現的直接檢測方式，即在接觸網供電分段內直接安裝接觸網帶電檢測顯示裝置，將接觸網供電分段的實時狀態采集輸入中央級電力監控系統中，系統對同一接觸網供電分段內所有輸入的狀態信號進行簡單邏輯運算后，將接觸網供電分段停電或帶電的實時狀態輸出給電力監控后臺和就地各顯示終端。

以上兩種實現方案均可實時反映接觸網供電分段狀態信息，但在應用中各有優劣，具體對比見表1。

表1 接觸網供電分段狀態信息間接、直接檢測方案對照

續表

4 應用現狀

傳統的接觸網供電分段狀態信息采用間接檢測后，狀態信息經電力監控系統分別顯示在中央級電力調度工作站和變電所監控后臺，供調度和供電運維人員監視接觸網供電狀態。但乘務、站務、施工管理無獲取接觸網供電分段實時狀態信息的媒介，在發生接觸網失電故障時，涉及客運組織調整的行車調度、乘務、站務三個專業人員無法共享故障區域接觸網供電分段狀態信息，相互間無法對接觸網供電分段狀態信息進行互控確認，存在進軌行區人員觸電和電客車誤入接觸網停電區的風險。

為防范上述接觸網供電分段狀態信息不能共享而引發的安全風險，杭州地鐵1、2、4號線供電專業在設計之初就考慮引入接觸網供電分段帶電檢測顯示系統。該系統的工作原理是由設置在軌行區的接觸網電壓檢測單元實時檢測接觸網電壓并轉換為有電或無電狀態信息，通過硬節點信號輸入變電所電力監控系統，同時驅動車站軌行區端門位置的LED顯示燈顯示接觸網有電、無電狀態。通過將接觸網供電分段狀態外化顯示的方式，供乘務和站務人員(非供電專業人員)及時對接觸網運行狀態進行確認。尤其是在接觸網故障失電情況下，控制中心電力調度員通過電力監控系統、站務員通過車站端門處接觸網供電分段狀態LED顯示燈，同時對供電分段完成遠方和現場的雙方互控確認，提高對接觸網供電狀態確認的可靠性，減少供電故障造成的影響。

目前杭州地鐵2、4號線均已將接觸網供電分段實時狀態信息，通過綜合監控平臺共享至信號ATS(列車自動監控系統)中，作為進路自動開放的判斷條件之一，若進路前方接觸網因故斷電，信號系統自動進路開放功能則中斷，ATS大屏上及時顯示對應接觸網失電區段的黃色告警色帶，行車調度及電力調度及時發現并介入組織運營調整。運行實踐證明，發生接觸網失電故障時，行車調度能及時發現并中斷信號進路自動排列功能，降級信號系統運行模式，從而保證了運營安全。

5 存在問題

在杭州地鐵接觸網供電分段狀態信息共享應用的過程中也存在著一些問題，制約了功能應用的推廣和完善，主要表現在以下3個方面。

1) 目前地鐵綜合監控、電力監控、信號等各專業設計對接觸網供電分段狀態信息共享功能的需求定位不明確，導致設計任務無明確的專業歸屬方，給建設期的功能設計、功能驗證及運營接管維護帶來困擾。

2) 對接觸網供電分段狀態信息采集采用直接檢測、間接檢測還是二者綜合使用存在爭議，未形成統一的設計標準，使得各線路隨機采用，給后續運營維護帶來困難。

3) 對于將接觸網供電分段狀態信息引入相關系統應用缺乏系統性研究，導致其他系統需要共享接觸網供電分段狀態信息時，既有系統接口無法與其很好地匹配實現。

6 對策與建議

1) 在進行接觸網供電分段狀態信息共享應用設計時，應明確電力監控為信息輸出源，綜合監控為信息轉存媒介，信號等其他需求子系統為信息輸入應用源的功能設計定位。電力監控專業應負責檢測方式、運算邏輯及結果輸出方式的深化設計，使常態及故障供電方式下接觸網的供電分段狀態信息實時輸出；綜合監控專業負責信息存儲及與需求子系統信息交互機制，主導系統接口的設計；信號及其他需求子系統負責引入后信息功能使用的設計。這樣可以保證接觸網供電分段狀態信息共享應用設計突破單一專業設計的局限性，達到各專業設計環節的銜接一致。

2) 間接檢測方式沿用至今比較成熟可靠，建設及運營成本相對較低，應作為接觸網供電分段狀態信息實現的基本設計方法，滿足電力監控系統本身對接觸網供電分段狀態的功能需求。但后續將接觸網供電分段狀態信息實時共享至其他子系統應用時，為了保證狀態信息的可靠和準確，需要加入直接檢測方式，對兩種檢測結果綜合運算后輸出。因此建議新線設計時應考慮兩套檢測方式綜合采用。

3) 對于接觸網供電分段狀態信息的需求，應在設計之初由各專業系統提出功能需求，采用頂層設計的原則，預留信息共享接口，滿足后續系統共享接觸網供電分段狀態信息的需求。

7 應用前景展望

隨著地鐵綜合監控深度集成技術的發展成熟，以綜合監控為信息交互平臺，使接觸網供電分段狀態信息共享至其他系統應用成為可能。例如在目前地鐵車輛段(場)電化股道登高平臺的出入口隔離門和接觸網人工地線存放箱內，均安裝電氣“五防”鎖控系統，而打開隔離門和摘取人工接地線的前提是對應的接觸網供電分段已停電，若為帶電狀態則隔離門和人工接地線電磁鎖處于閉鎖狀態，防止人員誤入帶電接觸網區域，發生人身觸電事故。但目前“五防”鎖控系統輸入的接觸網供電分段狀態信息依靠操作票規范操作程序，間接輸入接觸網供電分段的停電信息至“五防”系統來解鎖，類似前述的間接檢測方式，此方式雖然可以防止誤操作發生，但對接觸網供電分段狀態信息是間接獲取并滯后的，易出現信息交互不同步而誤操作觸電風險，此時若將接觸網供電分段實時狀態信息共享至“五防”系統中就顯得尤為必要。

若將生產管理系統與綜合監控系統互聯后，可以共享專業設備的實時運行狀態信息，以達到輔助生產管理的目的。例如將接觸網供電分段狀態信息共享至施工調度管理系統，可以輔助施工計劃審批管理。原則上進入軌行區臨近接觸網的登高施工作業，要求對應的接觸網供電分段處于停電狀態以防止人員觸電，而目前施工計劃中對應接觸網供電分段是否已停電需要電力調度人為核實判斷，不僅給電力調度增加了工作量，而且難免出現人為判斷失誤。若將接觸網供電分段狀態信息引入施工調度管理系統，施工計劃審核時，系統可以實時對施工區域的接觸網供電分段狀態與施工計劃需求的一致性進行判斷，根據判斷結果批復施工，避免人為判斷疏漏，提高施工計劃批復的安全性。

今后對于地鐵列車自動駕駛系統的應用來說，電客車出庫的自動喚醒及進路自動開放等功能觸發的必要條件之一是需對接觸網供電分段實時狀態信息進行判斷，將接觸網供電分段實時狀態信息共享至信號系統不可或缺，因此如何將接觸網供電分段狀態信息與地鐵車輛自動信號駕駛系統共享是未來應用研究的方向之一。

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Code for design of metro： GB 50157—2013[S].Beijing： China Architecture & Building Press， 2014.[2] 浙江浙大中控信息技術有限公司.杭州地鐵2號線一期工程綜合監控集成工程項目接口規格書[A].杭州，2013.

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(編輯：王艷菊)

Application and Prospect of Information Sharing Technology for Piecewise Power Supply of the Catenary in Hangzhou Metro

YANG Handong, YUAN Xiaoliang, ZHOU Weiying

(Operation Branch, Hangzhou Metro Group Co., Ltd., Hangzhou 310021)

This paper introduced the formation mechanism of the information in the piecewise state of the metro catenary and the significance of the information sharing technology. It elaborated the indirect and direct detection of acquisition technologies for the information in the piecewise state of the catenary and compared the advantages and disadvantages of these two kinds of solutions in hardware configuration, system complexity, function verification, reliability, troubleshooting and operation maintenance. The problems such as interface function design, function verification, and operation takeover maintenance of the application about the information sharing technology in the piecewise state are discussed, and the top level as well as the interface design is proposed in terms of Hangzhou Metro. According to the development trend of the integrated information sharing between mechanical and electronic systems in the future subway system, the paper also analyzed the prospect of the information sharing technology for piecewise power supply of the catenary applied in the comprehensive monitoring system and the automatic train supervision system.Keywords: urban rail transit; catenary; piecewise power supply; automatic driving; signal; automatic train supervision (ATS)

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.03.022

2017-04-01

2017-04-06

楊瀚棟，男，本科，工程師，從事城市軌道交通運營管理理論與技術的研究，yanghandong@hzmetro.com

U231.8

A

1672-6073(2017)03-0112-03