接觸網可視化接地系統的應用及建議

鄧良任，劉崇山，覃緒榮

（南寧軌道交通運營有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

接觸網的安全運行對城市軌道交通的運行與安全有著非常重要的意義，接觸網的安全運行離不開高質量的檢修。在檢修過程中，需要在作業區間內裝設臨時接地線，保障檢修人員的安全[1]。傳統接觸網接地操作的安全保障主要依賴于管理手段，沒有防止誤操作的技術保障措施，容易出現接地線漏掛、誤掛、漏拆、誤拆等安全隱患[2]，缺乏有效的技術手段進行安全管控，增加了誤操作的風險。近年來，國內各地鐵運營公司利用接觸網可視化接地系統來改進傳統接觸網接地操作方式，有效提升接觸網接地操作效率、保障作業安全。

南寧地鐵3 號線接觸網可視化接地系統于2020年完成改造并投入運營，已進行了近3 年的運行檢驗。重點探討南寧地鐵3 號線接觸網可視化接地系統組成及運行模式，通過分析系統特點、應用效果，提出了可視化接地裝置接入PSCADA 系統集成的方案和可視化接地裝置智能運維管理的建議。

1 系統組成及運行

1.1 系統組成

南寧地鐵3 號線接觸網可視化接地系統基于OCC 集中管理、分層布置的設計原則，設置了中央管理層、站級管理層、現場設備層共計三層系統結構，如圖1 所示。中央管理層具備中央級遠控操作和監控功能，各站級管理層具備遠程、當地操作和視頻監視功能，現場設備層具備當地操作及緊急操作功能。

圖1 可視化系統網絡結構圖

中央管理層設置在控制中心，配置1 套中央監控主站，服務器采用雙機主備冗余設計，為整個系統提供數據存儲和系統應用服務，對全線接觸網可視化直流驗電接地裝置進行遠程操作及相關作業過程的安全管控。

站級管理層配置在正線牽引車站控制室，主要包括操作終端、通信柜及鑰匙管理機等。每個車站配置1 套站級監控子站，以實現本站可視化直流驗電接地裝置站級監控。

現場設備層設置在軌行區旁，主要包括可視化直流驗電接地裝置、網絡高清攝像機及帶電顯示屏。可視化直流驗電接地裝置分別安裝在接觸網上網點隔離開關旁，聯絡線及出入段線分段絕緣器兩側，具備接觸網遠方與就地驗電接地功能。為確保隔離開關刀閘分合到位，在每套接觸網上網隔離開關刀閘附近安裝一臺網絡高清攝像機，以監測上網隔離開關刀閘分合是否到位。

1.2 系統運行

可視化接地系統支持遠方電動、就地電動、就地手動等多種操作方式。基于多線程并行操作原理，設計可視化接地系統遠方電動控制程序，實現各站接地裝置并行控制。在接到接觸網停電申請或者按照停電計劃，電力調度員能夠通過程控卡片一鍵遠程發布全線接觸網接地、拆地指令。當接地裝置接收到接地指令后，接地裝置進行強制驗電、放電及接地操作，快速完成地線接掛。當作業結束后，電力調度員通過程控卡片一鍵遠程發布拆地指令，實現全線接觸網地線拆除。

可視化接地系統具備完善的防誤操作功能。可視化接地裝置內置高清攝像頭，通過視頻智能技術識別接地刀閘狀態，并將識別結果上傳至驗電閉鎖控制器。可視化接地裝置通過硬線采集隔離開關輔助接點信號，并將采集、檢測結果上傳至驗電閉鎖控制器。驗電閉鎖控制器綜合判斷來自視頻分析識別和輔助接點檢測獲取的接地刀閘狀態，實現接地刀閘狀態非同源雙確認，原理如圖2 所示，從向確保接地操作安全、可靠。同時攝像頭將拍攝的監控視頻上傳可視化接地系統后臺，電力調度員能夠通過可視化接地系統操作終端實時監視接地裝置接地刀閘、隔離開關刀閘狀態，進一步提升接地操作可靠性。

圖2 非同源雙確認原理圖

通過可視化接地系統，電力調度員能夠閉環管控整個掛/拆接地線作業過程，實現了遠程監管代替傳統現場人工監管的轉變，有效防止接地線漏掛、誤掛、漏拆、誤拆等安全隱患發生。

2 應用效果分析

2.1 安全性方面

傳統方式完全依靠組織措施和管理措施保證安全，而可視化接地系統具有在線驗放電、遠程可視操作、驗電接地聯鎖、刀閘地刀聯鎖、控制回路硬節點閉鎖、唯一操作權管控、站間設備聯鎖、接觸網電壓顯示等防誤技術措施，且具備遙視、遙信、遙測等監控功能。通過系統可預防或避免接觸網運行中經常出現的帶地線送電、帶電掛地線、工作票錯誤等事故，減少事故發生帶來的人身傷亡或設備損壞，有效提高作業安全。

2.2 工作效率方面

在保障安全的基礎上，傳統方式完全依靠人工操作每次停電掛地線需要60 min，可視化接地系統通過程控卡片開展可視化接地系統遠方電動操作，一鍵實現接觸網掛拆地線，將操作時間縮短到5 min 以內，縮短安全防護準備時間，天窗有效作業時間從180 min延長至235 min，天窗利用率由68.42%提高至97.36%，大幅度提高工作效率，具體對比見表1。

表1 工作效率對比表

2.3 創新管理模式

傳統接觸網接地方式由接觸網檢修人員現場掛/拆地線，整個過程采用人工傳遞指令、人工操作、人工監管的管理模式，存在主觀性強、效率低、出錯率高等問題。接觸網可視化接地系統依托電子信息網絡技術，采用雙回路自動驗電放電、安全閉鎖、防誤操作等可靠性較高的技術，實現遠程遙控完成接觸網掛/拆地線作業。地鐵運營公司通過采用電子化、信息化、網絡化的閉環管控流程代替傳統人工管理模式，簡化作業流程，提高作業效率，提升作業安全質量，改進了傳統接觸網接地操作方式，創新了管理模式。

3 可視化接地系統建議

接觸網可視化接地系統應用效果明顯，總結多年的運營維護管理經驗，分析了可視化接地系統獨立組網的不足及運營對可視化接地裝置可靠性更高的需求，提出可視化接地系統接入PSCADA 系統集成的方案和可視化接地裝置智能運維管理的建議。

3.1 優化可視化接地系統組網方案

當前可視化接地系統普遍采用獨立組網方案，存在系統集成化不高、施工難度大、投資高等方面的不足。執行接觸網停電檢修作業時，電力調度員在操作綜合監控系統完成變電所DC1500V 開關柜停電的操作，然后通過接觸網可視化接地系統完成接觸網設備驗電接地，上述兩套操作系統為獨立設置，不能實現信息的互聯互通，須按照先后順序來操作，核對信息較多，操作時間較長。

建議研究可視化接地系統接入變電所PSCADA系統，將可視化接地系統集成于PSCADA 及綜合監控系統的監控界面，從而實現綜合監控對可視化接地裝置的遠程監控和控制。其中，可視化接地系統的遙控數據接入車站變電所PSCADA 系統通信管理機，由變電所PSCADA 系統將數據傳至綜合監控系統；可視化接地系統的視頻監控數據通過光纖、光電轉換器直接接入各車站CCTV 服務器，由綜合監控系統從站級CCTV 服務器獲取視頻數據。通過系統集成，實現變電所DC1500V 直流設備柜及接觸網可視化接地裝置一鍵停電接地，不僅減少了系統操作時間，而且有效降低系統和設備數量，提升供電系統自動化及安全保障水平。

3.2 提升系統智能化水平

接觸網接地是保障現場檢修作業安全的重要手段，接地可靠性直接影響設備的安全運行和檢修作業人員的人身安全。雖然可視化接地裝置采用了雙回路自動驗電放電、安全閉鎖、防誤操作等可靠性較高的技術，一定程度上提升了接地操作可靠性，但是可視化接地裝置的智能運維等方面仍存在較大提升空間。

建議采用從接觸網下引電纜、接地裝置及裝置到回流軌電纜的回路自動化檢測技術，對一次電纜、電纜頭及接地裝置開關合閘狀態自動檢測，有效防止因電纜斷線或開關合閘不到位導致接地狀態不可靠問題出現。通過增加在線3D 成像、智能感應設備及聲譜診斷設備等技術和方式，對系統可視化接地裝置的運行數據進行收集，并運用大數據進行分析，及時掌握接地裝置健康狀態及維護關鍵參數，并給出維護檢修指導意見，實現接地裝置全生命周期管理，減少維護工作量，延長系統的使用壽命，切實提升系統智能運維水平，有利于降低運營維護成本，提高巡檢工作效率和質量，保障地鐵運營安全。

4 結語

隨著城市軌道交通智能化水平不斷提升，接觸網可視化接地裝置憑借其良好的安全性、可靠性以及實用性，在全國城市軌道交通范圍內應用越來越多，有效提高了設備檢修作業安全和檢修效率，節約成本。基于南寧地鐵實際應用效果，通過分析接觸網可視化接地系統特點、應用效果及系統運維狀況，提出可視化接地裝置接入PSCADA 系統集成的方案和可視化接地裝置智能運維管理的建議，對后續城市軌道交通可視化接地系統的實施具有參考和借鑒價值。