場段接觸網可視化接地與隔離開關閉鎖的關系探討

郜 鵬

(中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070)

城市軌道交通設備在日常的運營維保過程中，為保護作業區域內的人員安全，需要以加掛地線的方式對作業區域內的接觸網進行接地.此種方式在場段的檢修庫內比較常見，通過將作業區域兩端的接觸網分別與鋼軌進行電氣連接，完成掛地線操作.傳統的掛接地線操作通過人工完成，場段檢修庫內接觸網高度較高，存在操作難度大，掛接地線效率低等問題[1-4]；電調人員一般位于遠離作業區域的控制室內，無法對現場情況進行核查，如現場不能嚴格按照操作流程進行檢修維護作業，可能發生誤掛地線和忘記拆除地線等問題，將會對正常的運營維護造成極大的安全隱患.

隨著技術的不斷進步，可視化接地系統利用綜合自動化、通信、網絡、軟件、視頻等先進技術，使掛接地線操作更智能、更可靠、更安全，有效解決了傳統人工掛接地線操作時操作難度大、作業效率低、存在安全隱患等問題.基于此，在分析可視化接地系統特征的基礎上，結合停電檢修作業流程，闡述并對比分析現行可視化接地系統的設置方式，論述檢修作業中需要重點防范與避免的危險操作，最后提出可視化接地系統合理的設置方式，以解決現行作業過程中的可能隱患，提升檢修作業效率與安全性.

1 可視化接地系統

可視化接地系統采用分層、分布式系統結構.系統主要由中央級管理層、站級管理層、現場級設備層組成[3-6]，通過網絡通信完成層層控制、集中管理、分散布置[7].在場段內，可視化接地系統多采用兩層系統結構，由設置于控制室內的中央級管理層和設置于股道旁的現場級設備層組成.現場級設備由安裝于軌旁的可視化接地裝置組成，每臺裝置主要由接地開關、驗電裝置、控制模塊和數據傳輸模塊組成，實時監測并上傳接觸網電壓和接地開關狀態，通過固化程序完成判斷，實現自動驗電及掛接地線.中央級管理層由安裝于場段控制室內的可視化接地監控工作站和交換機組成，通過網絡通信線路將現場級設備的工作狀態上傳至服務器，再由安裝于服務器的中心監控軟件進行遠程顯示，實現場段可視化接地系統的集中管理[8].

設置可視化接地系統后，傳統接地方式中諸如驗電、掛接地線以及完成作業后的地線拆除等人工作業都可以由可視化接地裝置替代完成.通過可視化接地裝置內置的多個模塊，無需與接觸網直接接觸即可實現驗電接地操作，同時將數據傳輸至監控工作站.在保證人員安全的同時，降低了勞動強度，增加了進行其他作業的時間[9]，還具備實時監控和歷史記錄回看功能，極大地提升了運維管理的效率.

2 場段可視化接地系統設置原則及應用情況

場段內的檢修作業主要集中在檢修主廠房和運用庫內.以某城市軌道交通車輛基地雙列位運用庫為例，接觸網電分段設置在入庫端及A、B兩個列位連接處.其中A列位為主要檢修作業區域，進行檢修作業時，需要在可能來電的方向掛接地線進行掛接地線操作.

現參照原掛接地線的位置，以可視化接地裝置替代原有掛接地線操作，接地連接位置與傳統接地方式相同，作業區域防護范圍不變.同時在地鐵車輛段控制中心(DCC)內設置有可視化接地工作站，通過信號傳輸線纜，實現對現場級可視化接地裝置的集中監控和管理.典型場段可視化接地系統設置如圖1所示.

圖1 可視化接地系統圖Fig.1 Visual earthing system

至此，場段內每個股道進行檢修作業時，接地操作方式已由傳統人工掛接地線改為自動掛接地線，驗電、掛接地線、完成作業等一系列流程都由可視化接地裝置自動完成.

在滿足最基本接地功能的基礎上，可視化接地系統還增加了網壓顯示、自動放電、驗電閉鎖等功能，使整個作業流程更簡單、更智能、更安全、更可靠.

3 可視化接地系統與隔離開關的閉鎖關系

3.1 接觸網停電檢修作業流程介紹

場段庫內進行檢修作業時，接觸網需停電以保障人員安全.接觸網停電檢修作業需要嚴格按照工作票制度進行，對接觸網進行驗電、接地后方可進行檢修作業.

停電檢修作業前需要請點、請令，對驗電、接地位置進行仔細核對，不得漏掛錯掛；停電檢修作業過程中，嚴格按照先驗電后接地的流程進行，延長作業時間須按照規章制度進行延點、延令；停電檢修作業結束前必須確認現場的設備具備送電及行車條件，之后方可銷令、銷點[10-12].

根據地鐵設計規范[13]要求，場段內每條庫線都設置有對應的隔離開關，以便不同股道的獨立停、送電作業.在滿足了設備本身安全可靠接地的前提下，現行場段庫內的掛接地線方式與對應隔離開關形式主要存在以下幾種對應關系：

1) 人工掛接地線，對應股道隔離開關采用手動形式.此種形式下，驗電、接地及隔離開關分合閘作業全部由人工操作完成.

2) 采用可視化接地裝置，將掛接地線操作由人工改為自動，對應股道隔離開關仍采用手動形式.此種形式下，驗電、接地操作由可視化接地裝置自動完成，隔離開關分合閘操作由人工操作完成.

3) 采用可視化接地裝置，將掛接地線操作由人工改為自動，對應股道隔離開關采用電動形式.此種形式下，驗電、接地操作由可視化接地裝置自動完成，隔離開關分合閘操作由人工搬動刀閘改為電機驅動完成.

現有場段中，較多的采用1)、2)的設計方案.在方案1)中，全部操作由人工完成，工作強度大，占用維護時間長，人力成本高，甚至有可能在發生誤操作時，難以保障作業人員的人身安全.在方案2)中，引入可視化接地裝置，替代人工完成了驗電、接地操作，大幅提高了作業效率，保障了專業設備充裕的維護時間.

3.2 可視化接地系統與隔離開關閉鎖關系的討論

在接觸網停電檢修作業過程中，嚴禁出現帶電掛接地線以及掛接地線拆除前送電的情況，否則會對正常的運營維護安全產生重大的影響.接觸網是否帶電以對應股道隔離開關是否處于合閘狀態為主要判斷依據，是否完成掛接地線以可視化接地裝置是否處于合閘狀態為主要判斷依據.通過對可視化接地裝置與隔離開關采取機械或電氣閉鎖措施，最大限度的杜絕這一安全隱患.機械閉鎖主要通過機械結構限制手動隔離開關控制手柄的位移，從而達到限制開關分合閘的目的；電氣閉鎖主要通過不同設備繼電器觸點之間的相互關聯，保證設備同一時間只能工作于同一種模式下[14-15].

鑒于上文對應關系1)中設備及操作狀態全部由人工判斷，無法實現設備與掛接地線之間的閉鎖，因此本文重點針對關系2)、3)，對不同工作要求下的可視化接地系統與隔離開關的閉鎖關系進行討論分析.

3.2.1 防止接觸網帶電時掛接地線

防止此種狀況的發生，需要以隔離開關的狀態作為前置條件.接觸網帶電時，隔離開關處于合閘狀態，可視化接地裝置不可進行自動掛接地線操作.可視化接地裝置采集隔離開關的狀態信號，當隔離開關處于合閘狀態時，可視化接地裝置強制將接地開關的分合閘回路斷開，使之不可進行操作，以此實現隔離開關狀態對可視化接地裝置的閉鎖，對應關系2)、3)均可以滿足該要求.

3.2.2 防止地線拆除前接觸網送電

防止此種狀況的發生，需要以可視化接地裝置的狀態作為前置條件.地線拆除前，可視化接地裝置處于合閘狀態，隔離開關不可進行合閘操作.隔離開關采集可視化接地裝置的狀態信號，當可視化接地裝置處于合閘狀態時，隔離開關強制斷開電機控制回路，使之不可進行操作，以此實現可視化接地裝置狀態對隔離開關的閉鎖.對應關系3)可以滿足該要求；對應關系2)中，隔離開關采用手動隔離開關，電氣閉鎖無法實現，機械閉鎖實現形式繁瑣，效率低下，不能很好地滿足該要求.

3.2.3 防止就地和遠方并行操作

防止此種狀況的發生，需要對控制模式進行選擇.場段內進行檢修作業時，庫內不同股道的作業條件和內容往往并不相同，需要多個股道同時停電，因滿足停電檢修作業要求的情況較少，因此一般不用對軌旁可視化接地裝置進行集中管理和控制.為保證檢修作業的現場情況直觀可控，可視化接地裝置及隔離開關都應設置有就地、遠方操作模式轉換開關，且兩種操作模式互相閉鎖，不可同時并行操作設備，即設備選擇為就地位時，無法進行遠程操作.同時為避免出現3.2.1與3.2.2中的兩種情況，可視化接地系統與對應隔離開關的就地(或遠方)操作模式應保持一致.

可視化接地裝置與隔離開關的閉鎖關系見表1，表1中“√”表示可以實現閉鎖，“×”表示不可實現閉鎖.

表1 可視化接地裝置與隔離開關的閉鎖關系

3.3 可視化接地系統與隔離開關閉鎖關系的實現

可視化接地系統本身具有智能、高效、可視化程度高等特點，在實現與對應隔離開關雙向閉鎖的關系后，可以進一步提升接觸網停電檢修作業的自動化程度，同時進一步降低運營維護過程中誤掛誤拆的風險，該系統能夠更好地為供電系統的安全運營和檢修維護人員的人身安全提供有利保障，符合采用技術手段開展智慧運維的趨勢.

現行場段存在多種不同的設備設置形式，下文從閉鎖關系入手，結合幾種不同的隔離開關形式，提出可視化接地裝置與隔離開關相配合的設置方式，以此來實現對既有場段的升級改造，形成新建場段的設置方案.

3.3.1 手動隔離開關與可視化接地裝置的設置優化

已經建成的停車場或者車輛段，對應股道一般都已設置有手動隔離開關，增設可視化接地裝置時，如果不改變隔離開關的形式，隔離開關與可視化接地裝置之間的閉鎖關系將會是運營維護過程中實現智能化的重中之重，因此需要對既有的手動隔離開關進行優化.對于設置手動隔離開關的場段，可以采用以下幾種優化設置方式：

1) 可視化接地裝置對應進線總開關設置.通過改變可視化接地裝置的設置位置來實現.庫內不設置可視化接地裝置，手動隔離開關不作調整，可視化接地裝置設置于庫外，對應進線總開關設置.進線總開關為電動隔離開關，因此可視化接地裝置可以較容易地實現與電動隔離開關的雙向閉鎖.

這樣的設置形式提升了兩種設備在閉鎖方面的可靠性和安全性.但是由于可視化接地裝置設置的位置發生了變化，自動化驗電接地的范圍也發生了變化，即只有在庫內多股道的接觸網同時進行停電檢修作業時，才能利用可視化接地系統進行集中管理和控制，其中某一股道獨立進行停電檢修作業時，仍然需要采用人工方式進行驗電和掛接地線.場段庫內單一股道獨立進行停電檢修作業的頻率更高，因此采用這種設置形式還是存在一定的不便利性.

2) 對庫內手動隔離開關增加附加裝置.通過對庫內手動隔離開關增加一些如電磁鎖等具有鎖閉功能的附加裝置來實現.通過對應節點的接線實現可視化接地裝置對電磁鎖的鎖閉，再由電磁鎖實現手動隔離開關操作機構行程的鎖閉，即實現了可視化接地裝置與手動隔離開關的雙向閉鎖.

這樣的設置形式是在手動隔離開關上增加了附加裝置，由于每個股道的可視化接地裝置和手動隔離開關之間互不影響，可以滿足各個股道獨立進行停電檢修作業的要求，但是由于手動隔離開關的動作頻率較高，對電磁鎖的可靠性和穩定性要求較高.

3) 將手動隔離開關納入綜合管理控制系統.通過將可視化接地裝置與庫內手動隔離開關納入場段五防或其他綜合管理系統來實現.利用管理系統中預先設定的操作步驟，在流程控制層面實現可視化接地裝置與手動隔離開關的雙向閉鎖.

這樣的設置形式是將隔離開關和可視化接地裝置都納入了綜合管理系統中，操作流程由整個系統統一實現控制和管理，更符合集中化管理的要求，但是這就需要在場段增加對應的綜合管理系統，同時也需要在隔離開關對應增加符合綜合管理要求的設備，一定程度上增加了整個運營檢修維護的復雜程度.

3.3.2 電動隔離開關與可視化接地裝置的設置優化

根據前文的分析可以知道，采用電動隔離開關可以滿足可視化接地裝置與隔離開關的雙向閉鎖要求.既有場段在引入可視化接地系統時，可以將對應股道的手動隔離開關更換為電動隔離開關，新建場段亦可以在設計時直接采用此種方式.

在使用電動隔離開關之后，還需要根據檢修作業的要求對庫內電動隔離開關的控制進行優化.電動隔離開關一般都需要納入電力監控系統中，由于庫內檢修作業相對靈活，隔離開關只需要滿足對應股道接觸網無電即可，電力監控系統能夠監視開關狀態即可.因此提出如下的優化設置方式：對應股道設置電動隔離開關，與可視化接地裝置實現雙向閉鎖；考慮庫內檢修作業的靈活性，將電動隔離開關設置為就地操作模式，僅保留電動隔離開關的信息上傳功能，使得電力監控系統實現“只遙視，不遙控”的隔離開關控制模式.

這樣的優化設置形式將庫內的隔離開關納入了電力監控系統中，同時還保留了原手動隔離開關設置模式下檢修作業人員就地操作的靈活性，在實現可視化接地裝置與隔離開關雙向閉鎖的同時，增加了可視化接地系統的可靠性.但是，庫內采用電動隔離開關相較于采用手動隔離開關在費用方面會有一定的增加.

以上幾種方式都可以實現可視化接地裝置與隔離開關的雙向閉鎖，提高了拆掛地線的可靠性，保障了作業人員的安全.可視化接地裝置的設置方案與檢修作業范圍和作業人員管理模式是密不可分的，需要根據場段檢修特點和管理模式的不同，選擇相應的設置方案及閉鎖條件，以此來提高供電系統安全運維的自動化和智能化程度.

4 結論

場段掛接地線是日常運營維護的必備操作，引入可視化接地系統能夠提升自動化程度、降低作業強度、提高作業效率和安全保障.通過分析可視化接地系統的功能及要求，重點對場段內該系統的應用進行了介紹，同時從閉鎖關系的角度對與可視化接地裝置存在相互關系的隔離開關進行了探討，闡明了該系統對于場段內檢修維護作業的必要性.提出了幾種在場段中可以實現可視化接地裝置與其對應隔離開關雙向閉鎖的設置形式，可以作為對于既有場段改造和新建場段前期設計方案的參考.