鐵路供電設備狀態(tài)管理信息系統(tǒng)應用

凌源

（中鐵十一局集團電務工程有限公司，湖北武漢，430074）

1 緒論

1.1 研究目的、意義

近幾年隨著鐵路開通運營里程的增加，對運營管理人員及維護人員提出了更高的要求，即管理及技術人員增漲與鐵路運營設備管理數(shù)量增漲不成正例比增長，運營管理及技術人員被進一步攤薄是目前各家鐵路公司存在的普遍現(xiàn)象。而倒閘操作是出現(xiàn)設備人身事故的重要原因，當供電設備在正常工作時各種信息狀態(tài)正常，當進行狀態(tài)改變（倒閘）時，發(fā)生事故的頻次明顯增加，如何減少在倒閘操作過程中出現(xiàn)設備人身事故，提高供電可靠性是各家鐵路公司共同面對的問題且亟待解決。

1.2 國內外研究現(xiàn)狀

中國目前有18個鐵路局集團有限公司，每個鐵路局電力調度所設置兩套Pscada系統(tǒng)分別負責全局普速和高鐵供電設備信息的管控，鐵路局電力調度所調度員倒閘操作時首先通過專網調度電話對倒閘操作命令進行錄音，但對操作過程步驟無法監(jiān)控；其次通過Pscada系統(tǒng)查看設備變位情況，但無法與現(xiàn)場信息完成實時同步；再次通過變配電所配置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)對變電所相關倒閘活動進行查看，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)屬于安全環(huán)境監(jiān)控的范疇，無法與倒閘操作設備形成邏輯聯(lián)鎖關系。

1.3 本文的研究內容

隨著我國整體生活質量的提升，對乘車舒適度要求越來越高，引伸出對鐵路供電設備自動化、智能化程度及供電可靠性要求越來越高。運營管理單位對近幾年發(fā)生的供電設備故障進行系統(tǒng)分析，故障原因主要歸為三類：一是人為因素，二是設備本身的因素，三是客觀因素。如何減少人為操作故障的發(fā)生，提高供電可靠性是最根本的出發(fā)點。基于此觀點本文提出了基于Pscada系統(tǒng)，再輔助視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)倒閘操作可視化接地系統(tǒng)，旨在提高倒閘操作過程信息實時同步，實時監(jiān)視倒閘操作步驟，實現(xiàn)倒閘步驟前后形成邏輯聯(lián)鎖關系，以減少設備故障發(fā)生的概率，提高供電設備的可靠性。

2 可視化接地系統(tǒng)基本構成及功能

2.1 可視化接地系統(tǒng)構成

變電所可視化隔離開關及接地操作一體化系統(tǒng)由可視化隔離/接地一體化裝置、通訊管理機（服務器）、視頻硬盤錄像機、系統(tǒng)工作站、模擬屏、電腦鑰匙、聯(lián)鎖元件、鑰匙管理機等設備組成，設備間采用網絡通訊。

圖1 可視化隔離開關及接地操作一體化系統(tǒng)結構圖（僅供參考）

2.2 站級管理層

變配電所控制室配置一套系統(tǒng)工作站和一套視頻工作站實現(xiàn)站級管理；配置一套傳輸適配器和兩把手持終端（電腦鑰匙）、一套鑰匙管理機用于對解鎖鑰匙進行授權管理、一套網絡硬盤錄像機（NVR）設備、變配電所檢修室配置一面通信屏柜，安放鑰匙管理機、網絡硬盤錄像機、通信管理機、光交換機及相關通信設備（光電轉換器、光端盒等）實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換及設備層管理。

2.3 可視化隔離開關及接地操作一體化系統(tǒng)功能

圖2 可視化隔離開關及接地操作一體化系統(tǒng)功能圖

3 可視化接地系統(tǒng)主要工作原理

3.1 站級管理層基本工作原理

站級管理層工作原理是以工控機，微處理器，邏輯處理器、通信轉換設備/接口設備、配置專用閉鎖鑰匙、專用鎖具和鎖芯為核心設備，根據(jù)站級設備管理特性或用戶需求和變配電所實際運行工況，在系統(tǒng)調試前預置閉鎖條件或相關處理邏輯條件，條件預置完成后通過微處理器或邏輯處理單元進行存儲，通過通信轉換設備/接口設備與現(xiàn)場設備進行實通信使現(xiàn)場狀態(tài)與工控機顯示狀態(tài)保持一致。當現(xiàn)場需要實際操作時，值班人員根據(jù)系統(tǒng)權限在工控機控制軟件上進行登錄，登錄完成后對待操作的設備進行模擬操作，模擬操作主要目的是對設備目前所處狀態(tài)與需操作設備預置邏輯設置的符合性進行驗證，如果由于操作人員失誤點擊等操作設備錯誤，即會由于邏輯設置-目前設備狀態(tài)“邏輯不符”的提示對話框，延時后顯示操作超時或操作不成功，從而阻止由人為操作失誤而引起設備誤動作。

實際倒閘操作時，值班人員需嚴格按照已經模擬操作完成的操作卡片順序進行操作，且應當派監(jiān)護人員現(xiàn)場監(jiān)護，到高壓電氣設備室需現(xiàn)場就地手動操作一次高壓設備時，按照鑰匙管理單元的提示將鑰匙管理單元插入相應的編碼鎖內，通過其傳感器（有線或無線）檢測鎖具操作的對象是否正確，若正確則顯示可操作提示信息，同時開放鎖具閉鎖回路或機構解鎖成功，這時就可以進行一次設備倒閘操作。

模擬操作單元主要工作原理：首先根據(jù)相應系統(tǒng)開發(fā)出與主接線圖完全一致的一次設備倒閘操作界面，界面中應包含所有具有遙控功能的設備（斷路器、隔離開關、接地開關、有載調壓開關、快速接地開關、負荷開關等），其表示符號應與綜自后臺監(jiān)控單元顯示符號保持一致。

鑰匙管理單元主要工作原理為值班人員按操作卡片的操作順序在微機或邏輯控制單元上操作正確后，邏輯處理單元將自動記錄當次操作票所列設備操作順序，并將設備操作順序進行存儲，通過有線/無線通信設備將邏輯控制器記錄的操作順序傳給鑰匙管理單元，鑰匙管理單元收到相關操作記錄后，將順序轉化為附有語音提示功能的開鎖順序，當值班人員要操作現(xiàn)場開鎖進行倒閘操作時，鑰匙管理單元將會發(fā)出提示音，值班操作人員按提示音進行相應間隔的開鎖工作。開鎖前值班人員利用鑰匙管理單元與現(xiàn)場鎖具進行無線通信核對，當提示音提示核對正確時，表示值班操作人員開鎖間隔正確，否則將視為值班操作人員誤入間隔。

3.2 可視化隔離開關及接地操作一體化系統(tǒng)基本工作原理

可視化隔離開關及接地操作一體化系統(tǒng)主要設備構架包括：快速接地開關，高清攝像頭，帶電顯示裝置，閉鎖裝置，現(xiàn)場安全環(huán)境顯示等功能。

鐵路電力機車通過接觸網供電，供電方式有直供+回流供電方式，也有AT供電方式，目前國內高鐵由于電力機車功率大，普遍采用AT供電方式，普速鐵路采用直供+回流供電方式。接觸網與電源進線之間通過隔離開關實現(xiàn)通斷操作和電氣隔離。當接觸網及其周邊電氣設備停電檢修時，為保證檢修作業(yè)人員的人身安全，執(zhí)行接地操作，即采用接地線或接地開關將接觸網與地或回流軌短接，消除接觸網殘壓并防止突然來電。

圖2 隔離開關遙控合（分）閘流程

可視化隔離接地裝置為隔離、驗電、放電、接地一體化裝置，內置電動隔離開關、電動接地開關、帶電閉鎖管理單元、放電電阻、安全管控單元、高清攝像頭等設備，具有遠程隔離開關操作、驗電和接地操作、接觸網殘壓自動放電、接觸網和接地開關運行參數(shù)和視頻畫面實時上傳等功能，能實現(xiàn)隔離和接地操作的全程遙控，具體分為以下三種工況：

（1）可視化隔離開關遙控合（分）閘流程

1、在安全控制系統(tǒng)模擬預演。

2、系統(tǒng)工作站遙控選擇對應的隔離開關，向安全控制系統(tǒng)發(fā)送遙控合（分）閘申請，安全控制系統(tǒng)進行防誤邏輯檢查，如果滿足操作條件，則允許系統(tǒng)工作站遙控合（分）閘，同時，安全控制系統(tǒng)遙控將安全管控單元解除閉鎖，開放開關電動操作動力電源。

3、系統(tǒng)工作站遙控合（分）閘，驗電閉鎖控制器啟動合（分）閘，電動開關執(zhí)行合（分）閘操作。

4、系統(tǒng)工作站通過視頻監(jiān)視隔離開關觸頭狀態(tài)，檢查隔離開關已合（分）閘到位，操作完成。

（2）隔離開關就地電動合（分）閘流程

圖3 隔離開關就地電動合（分）閘流程

1、在安全控制系統(tǒng)模擬操作，生成符合防誤操作邏輯的操作序列，傳入手持終端。

2、現(xiàn)場核對可視化隔離接地裝置編號，用手持終端對安全管控單元解鎖，開放對應隔離開關電動操作動力電源。

3、將遠方/接地轉換開關旋轉至“就地”，將隔離開關控制開關旋轉到“合閘”（或“分閘”）位置，啟動合（分）閘，隔離開關執(zhí)行電動合（分）閘操作。

4、檢查隔離開關已操作到位，拔出插在安全管控單元的手持終端，遠方/就地轉換開關旋轉到“遠方”位置，接地操作完成。

（3）隔離開關就地應急手動合（分）閘流程

圖4 隔離開關就地應急手動合（分）閘流程

1、在鑰匙管理機獲取機械解鎖鑰匙。

2、現(xiàn)場核對可視化隔離接地裝置編號，將可視化隔離接地裝置遠方就地轉換開關旋轉到“就地”位置。

3、用機械解鎖鑰匙將可視化隔離接地裝置隔離開關閉鎖附件解鎖，露出手動操作孔。

4、將手動操作手柄插入手動操作孔。

5、旋轉手動手柄，完成隔離開關合（分）閘操作。

6、檢查隔離開關已操作到位，將閉鎖附件恢復閉鎖，就地控制開關旋轉到“遠方”位置，操作完成。

通過以上三種基本工況下隔離開關/接地開關倒閘操作流程設置，可有效防止人為因素造成的誤操作，減少設備發(fā)生故障的概率。同時各種操作信息通過視頻通信網絡實時上傳至設備管理人員或調度人員，使各種操作在遠程監(jiān)控下完成，確保各項倒閘操作正確無誤。

4 結論

本系統(tǒng)所使用的站級管理軟件是基于Windows平臺開發(fā)前臺應用程序,平臺與電子鑰匙采用有線通信，電子鑰匙與現(xiàn)場鎖具采用磁卡式接觸數(shù)據(jù)讀出方式，實現(xiàn)了鐵路供電設備接觸網隔離開關可視化接地系統(tǒng),由于使用了帶誤防功能、高清攝像頭、電子聯(lián)鎖、現(xiàn)場鎖具、電氣閉鎖、電子顯示屏顯示功能，提高了現(xiàn)場倒閘的安全可靠性，使現(xiàn)場信息與電力調度臺信息保持同步，實現(xiàn)了一個應用于計算機技術、數(shù)字電路技術、通信技術等可視化接觸網開關接地系統(tǒng)。由于使用結構化，模塊化設計方法，系統(tǒng)相關硬件易于擴充與更換，有良好的易統(tǒng)維護性，在使用過程中能取得良好的效果。