高速铁路接触网隔离开关远动控制技术的研究

李 焱

高速铁路接触网隔离开关远动控制技术的研究

李 焱

针对高速铁路接触网隔离开关远动采用的控制方式及实际运行中开关误动、拒动、无显示的原因进行了深入分析，对接触网隔离开关远动控制的薄弱环节提出了远动控制的改进措施，提高了可靠性。

高速铁路；接触网；隔离开关；远动控制

0 引言

随着高速铁路的快速发展，供电远动技术逐步成熟，可靠性明显提高，但接触网隔离开关远动控制依然不稳定，特别是供电运行中曾经出现误动、拒动、误显示等现象，成为供电远动系统中最为薄弱的环节。

1 接触网隔离开关远动现状

目前高速铁路接触网隔离开关远动控制主要是光纤控制形式（图1）。

图1 接触网隔离开关分布示意图

光纤控制形式主要是借鉴数字化变电所理念发展而来，其主要特点：一是减少了穿越户内户外控制电缆的数量，降低了外部原因如雷、电等对所内设备的危害；二是控制信号采用了光缆传输，减少了电磁干扰。

但是，该控制形式同时也带来了一些新问题，主要体现在如下方面：

（1）RTU等电子元件置于户外控制箱内，运行环境差，元器件损坏率增高。

（2）控制回路、逻辑判断等变得复杂，环节增多，导致误显示信号等不确定因素增多。

（3）RTU、操作机构控制板等工作电源与操作电源同路，在电源电压不稳定时，造成各个环节不稳定因素增多。

据不完全统计，自高铁开通以来，出现误动10多次，拒动30余次，开关位置误显示100余次，虽经过多次专项整治，但治标不治本，问题和隐患依然存在，没有从根本上得到解决。

2 原因分析

2.1 接触网隔离开关误动分析

针对现场实际情况分析得出，接触网隔离开关误动原因有以下几方面：

（1）RTU与操作机构信号连线受到干扰，从而误触发操作机构自保持回路，导致开关误动作。

经运行发现，干扰信号确实存在，尤其在接触网故障时，干扰信号最强烈。如：海南东环，发生接触网隔离开关误动后，接触网工区会同相关人员在现场进行测量，停掉外部220 V电源后，依然在此连接线处测量到40～90 V电压（图2）。

值得注意的是，隔离开关操作机构与RTU连线还存在另一隐患，如果220 V电源火地线接反，RTU出口继电器可能断的是零线，隐患更大，在恶劣天气下，如果连线绝缘降低或瞬间接地，将直接导致误发操作命令。

在运行中，接触网隔离开关操作机构箱内加热回路经常报非正常工作；京沪高铁德州、徐州、郑州变电所等多个处所，当接触网故障时，隔离开关操作机构箱内空气开关发生跳闸。这从另一个侧面印证了确实有感应电压（电流）存在，只不过是干扰了不同的回路。

图2 接触网隔离开关远动控制原理示意图

（2）操作机构出口控制继电器故障，当调度台发出命令后不能执行操作，但操作机构内部保持了这个操作命令，在随后运行中，出口继电器可能恢复，操作命令随即作用导致开关动作。

（3）RTU的IP地址冲突，导致操作开关时另一个开关误动。该现象多发生于新更换RTU后，更换人员不精心所致。

（4）接触网隔离开关控制屏操作按钮、PLC误发命令。该类故障发生在京广高铁武广段，共发生过3次，经过延时处理已得到解决。

2.2 接触网隔离开关拒动分析

针对现场实际情况分析得出，接触网隔离开关拒动原因有以下几方面：a.隔离开关操作机构箱内空气开关跳闸。图3中，A1、A2、B1、B2四个空气开关中任意一个开关跳闸都会导致接触网隔离开关拒动。运行中跳闸最多的是B1开关。该现象多发生于接触网故障时段，受到干扰所致。b.电子元器件损坏。c.传输通道中断。

2.3 接触网隔离开关位置信号误显示分析

接触网隔离开关位置信号误显示原因有以下几方面：

（1）运行中发现，牵引变电所综自交换机在主备通道切换时易误发遥信信号，造成调度台误显示。

（2）RTU或操作机构线路板受干扰误显示。（3）控制电路元器件损坏。误显示会造成调度人员不知所措，如：郑西高铁运行中接触网分相处隔离开关显示合闸，调度人员马上进行分闸操作，但显示操作超时不能分闸，6 min后，开关又自动分闸，至今不知是开关真的动作还是误显示。

图3 接触网隔离开关操作机构控制原理示意图

3 解决措施

解决接触网隔离开关误动、拒动、误显示问题的基本指导思想首先是要消除干扰，其次是要强化控制，即使干扰存在也不会误动。消除干扰除标准施工及认真做好接地外，目前尚无其他好办法，因此，应主要侧重于强化控制。

3.1 防止接触网隔离开关误动措施

在现有高铁接触网隔离开关的控制方式下，防止误动的措施主要有3个：一是借鉴直接电缆控制方式的优点，不操作的情况下断开操作电源，实现电机控制回路的双重控制；二是控制命令双端口输出；三是操作电机回路自保持功能的延时释放。

（1）操作机构箱控制电机回路空气开关B1增加远程操作机构，并实现调度的远程操作，不操作时断开该开关。取消A2、B2开关，如图4所示。

由于该开关与控制命令出口接触器串联，起到了电机回路的双重控制作用，因此大大降低了干扰信号导致误动的概率。

（2）控制命令触发回路双断口。将RTU出口继电器改为双节点，同时断开220 V控制命令的火、地线，双端口输出比单端口输出降低了干扰带来的误动概率。

（3）将操作机构箱内自保持继电器的自保持功能定时释放，避免在操作时不动，而没有操作时误动。

3.2 防止接触网隔离开关拒动措施

图4中，B1开关增加操作机构远动后，不仅消除误动，且达到一举两得的作用，取消了A2、B2开关，B1开关正常处于分闸状态，不再会因浪涌动作引起跳闸。

图4 接触网隔离开关操作机构改进方案示意图

同时，低压空气开关应配置辅助接点，将开关位置信号通过远动系统上传供电调度台。

3.3 防止开关位置误显示措施

（1）接触网隔离开关监控屏与SCADA直接相连，不再经过综自交换机。

（2）RTU、操作机构控制模块自检报警，当模块不能正常工作时，向调度台报警，此时，所有开关动作遥信信息将被忽略。

（3）当非远动操作时，B1开关处于分闸状态，操作电源不被接通，该过程中如调度台出现接触网隔离开关动作信号一般可以判断为误信息而忽略。

4 结语

（1）本文仅对光纤控制方式下接触网隔离开关的误动、拒动、无显示的原因进行了分析，提出了改进措施，供设计者借鉴。

（2）接触网隔离开关远动存在的问题同时说明，光纤控制、电缆直接控制两种形式各有利弊，应相互借鉴，取长补短，逐步完善。接触网隔离开关远动需要系统的设计，而不能完全依靠不同厂家的产品简单搭接。

（3）对于今后高铁接触网隔离开关远动发展方向有待进一步研究。

[1] 蔡文泉. 一种实用的接触网隔离开关监控系统[J]. 中国科技信息，2010，（1）.

[2] 尹磊. 接触网隔离开关监控系统方案研究[J]. 建筑电气，2010，（8）.

[3] 赵培帅. GPRS控制电动隔离开关技术[J]. 电气开关，2011，（1）.

[4] 陈晓红. 接触网远动隔离开关存在问题的分析与建议[J].电气化铁道，2010，（4）.

On basis of a deep analysis made for control modes adopted for overhead contact system disconnectors of high speed railway line and causes of malfunction, miss operation, and non-display of disconnectors, relative measures for improving of remote control of overhead contact system disconnectors in terms of its weak points are put forward, and its reliability is improved.

High speed railway; overhead contact system; disconnector; remote control

U225.4+5

B

1007-936X(2015)02-0001-03

2014-12-10

李 焱.中国铁路总公司运输局，高级工程师，电话：010-51841873。