深圳地铁三号线可视化集控式挂拆地线系统

俞锦涛，田 科，张 剑

0 引言

深圳地铁三号线采用直流1 500 V 接触轨方式为机车供电，停运后为保证区间工作安全，必须确保接触轨停电并挂地线，早上运营前需拆掉地线并为接触网送电。每个区间挂、拆地线必须由2 名相关专业操作人员进行操作，1 名以上运营工作人员配合，而一次区间作业需经申请作业、请示电调、停电确认、入场、验电、挂地线6 个步骤，至少需耗时0.5 h，而拆地线同样也需要耗费大量人力及时间。本文分析了一种可视化集控式挂拆地线系统，该系统具有可视化、遥控、遥测、遥信、闭锁、报表等功能，在施工作业中可节省挂拆地线的时间和人力。

1 系统构成

可视化集控式挂拆地线系统主要由监控主站、光纤环网、自动挂拆地线装置等组成，见图1。

1.1 监控主站

监控主站包含2 台工控电脑、1 台打印机及监控软件。

2 台工控主机中的1 台作为主监控机，另1 台作为热备机，当主监控机出现系统故障时，可由热备机完成所有系统功能。监控主机与光纤环网以及OCC 控制中心均采用TCP/IP 协议通信。

监控软件采用WEB 浏览方式，软件界面包含每台挂拆地线装置的隔离开关视频、挂拆地线软体控制按钮、远方/当地信号、闭锁信号、位置信号等，以及操作历史记录、报表。打印机可打印报表。

监控主机可通过监控软件与OCC 通信，把挂拆地线装置的相关位置信号、视频等上传给OCC，当闭锁条件满足时，操作人员可在OCC 直接操作挂拆地线装置实现远程挂拆任意站及车辆段、停车场的地线。

图1 可视化集控式挂拆地线系统构成图

1.2 自动挂拆地线装置

自动挂拆地线装置主要由电动隔离开关、网络高清摄像机、RTU 控制器、光纤以太网交换机、上网端子、接地端子等组成。

光纤以太网交换机可将监控主站与自动挂拆地线装置内RTU 控制器之间的各种信号进行数据交换。RTU 控制器主要功能是进行数据处理，信号上传、接收、发送，当接收到监控主站或者控制中心下发的挂（拆）地线命令时，RTU 控制器通过本地相关信号进行判断，从而对相应的电动隔离开关进行操作，同时把本地相应信号、测量数据、视频上传给监控主站与控制中心。上网端子与接地端子接至隔离开关两端，由RTU 控制器从监控主站、控制中心及本地I/O 接收到的信号判断，当接触轨停电、闭锁、报警等信号满足挂地线操作条件时，电动隔离开关合闸，实现挂地线操作，当信号满足拆地线操作条件时，电动隔离开关分闸，实现拆地线操作。

自动挂拆地线装置分为就地和远方2 种操作方式。

当操作方式为就地操作时，操作人员可在装置面板上通过分合闸按钮进行挂拆地线的操作，该方式下，监控主站与控制中心无法进行操作，但可监视相应的动作信号、视频及电压值。当操作方式为远方时，就地无法操作，而监控主站与控制中心可在允许条件下通过网络进行远方挂拆地线的操作。

2 系统原理

图2 操作原理图

可视化集控式挂拆地线系统操作原理如图2所示。

该系统分为3 种操作方式：就地操作、监控主站操作、控制中心OCC 操作。

2.1 就地操作

自动挂拆地线装置面板设置就地/远方转换开关，当转换开关旋转至就地时，确认挂拆地线是否满足操作条件，确认后，按下装置面板上挂拆地线按钮，通过电动操作机构即可实现挂拆地线的操作。装置面板设置观察窗口、数字式电压仪及指示灯，操作完成后指示灯显示相应颜色，且数字式电压仪显示当前接触轨电压值。操作人员也可通过从观察窗口观察到的隔离开关开合状态判断操作是否完成。该操作方式主要作为调试及检修时使用。

2.2 监控主站操作

将自动挂拆地线装置面板上转换开关旋转至远方，操作人员可在监控主站下发挂拆地线的控制命令，当接收到控制中心发来的闭锁条件满足时，挂拆地线控制命令即可生效。在监控主机人机界面操作某区间的挂拆地线时，监控软件将命令下发至相应的自动挂拆地线装置，经过RTU 信号处理、判断后驱动控制机构实现挂（拆）地线的远程操作。操作同时，网络高清摄像机将隔离开关的动作过程通过光纤以太网发送至监控主机，RTU 信号处理控制器将相应的信号（隔离开关分合信号、接触轨电压值等）通过光纤以太网发送至监控主机。操作人员可通过该信号直观地确认挂拆地线的操作是否成功。

2.3 控制中心OCC 操作

将自动挂拆地线装置面板上转换开关旋转至远方，操作人员可在控制中心下发挂拆地线的控制命令，经由监控主机处理及转发，其余原理同监控主机操作，控制中心OCC 操作权限将设置为最高，且可批量操作，即当操作条件满足时可同时操作多个甚至所有自动挂拆地线装置，并返回操作成功/失败信息。该方式为系统常用的操作方式，操作简单、可靠。

3 经济效益

现今城市轨道交通运营追求的是运行安全、可靠，因此挂拆地线的安全措施必不可少。人工方式挂拆地线耗费时间和人力巨大，且容易出现运营人员伤亡。以深圳地铁三号线为例，该线从双龙—益田共30 个车站，14 个牵引降压混合变电所，每个牵引降压混合变电所有4 个供电臂，需4 个挂接地线点，一次挂拆地线需2 名接触轨专业人员及1 名车站工作人员配合作业约1 h。如当晚全线均有作业，则总共需耗费14×3 = 42 人·小时（该时间未包含作业人员从办公室至每个站的交通耗时），而通过可视化集控式挂拆地线系统，运营人员只需在控制中心OCC 发送操作命令，包括调度、确认、操作等时间总计不超过20 min 即可完成全线挂拆地线作业，并为现场施工人员节省下至少每个站40 min 的作业时间。可见常年累月积累的时间、人力所转化的经济效益是相当惊人的。

4 结束语

可视化集控式挂拆地线系统是由城市轨道交通实际运营碰到困难的情况下应运而生的一个设计项目，通过样机测试结果表明，该系统操作方便，可靠性高，并能为城市轨道交通节省大量人力、时间，可以在国内地铁运营中推广使用。

[1] 于松伟，杨兴山，韩连详，等.城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M].成都：西南交通大学出版社，2008.

[2] 周京阳，于尔铿，吴津.能量管理系统（EMS）第3 讲-数据收集与监视（SCADA）[J].电力系统自动化，1997，（3）.