接触网隔离开关监控系统常见故障分析

刘占通

摘 要：在电气化铁路牵引供电系统中，隔离开关作为重要的电气设备，其动作的可靠性直接关系到电气化铁路的运行安全。该文对电气化铁路接触网隔离开关光纤控制方案的常见故障现象如误动、拒动、误报等进行了深入分析，并提出了相关改进措施。

关键词：电气化铁路 接触网 隔离开关 远动控制

中图分类号：U226 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（c）-0061-02

1 研究背景

在电气化铁路供电系统中，牵引供电电源需经过隔离开关馈送到接触网。隔离开关作为重要的电气设备，其动作的可靠性直接关系到电气化铁路的运行安全。当下，接触网隔离开关已经基本实现了远动控制，目前普遍采用光纤控制方案。但是，在实际运行中光纤控制方案并非尽如人意，在多条线路曾出现过隔离开关误动、遥控拒动、遥信误报等故障现象，给电气化铁路运行安全带来不良影响。该文将就光纤控制方案的优劣势以及该方案下故障现象的原因进行探究，并针对性地提出了相关改进措施。

2 光纤控制方案优劣势

光纤控制方案的应用是基于数字化变电站的先进理念，利用了光纤的抗干扰能力强和传输距离远、通信速度快的特性，在电气化铁路以及电力系统领域被广泛应用。

2.1 光纤控制方案的优点

（1）接触网隔离开关安装位置分散，很多距离变电所距离较远，而光纤的通信距离远，能够充分克服所级监控主站和远方终端之间的通信障碍。

（2）光纤通信抗电磁干扰能力强，这是其天然优势。

（3）光纤并非导电介质，能够充分避免户外雷电冲击传入变电所。

2.2 光纤控制方案的缺点

（1）系统构架较为复杂，电器设备繁多。复杂的系统构成即代表了较多的故障点，整个系统的运行稳定性将在一定程度上受到影响。

（2）各设备之间的配合并非十分默契，比如：所内监控主站和户外就地监控单元的通信协议匹配、地址点表配对、就地监控单元之间的地址冲突或者错误等。

（3）户外就地监控单元属于智能电子设备，恶劣的户外环境和气候势必对其运行性能和稳定性造成不良的影响。

（4）隔离开关操作机构内部电气回路复杂，当然也就增加了故障点，也提高了检修难度和工作量。

（5）光纤控制方案隔离开关户外操作机构处于持续带电状态，将带来较大的误动风险。

3 隔离开关远动系统常见故障分析

3.1 隔离开关误动

接触网隔离开关误动将会给牵引供电带来重大的安全事故，理想的远动系统应该能够杜绝误动的发生。但是，在实际运行中，隔离开关误动现象并不鲜见，给铁路运维人员带来很大困扰。下面我们将结合光纤控制的原理来分析误动现象可能出现的诱因。

（1）户外就地监控单元，或者所内监控主站自动误发遥控命令。

当然，引起远动系统控制设备自动误发遥控命令的原因不尽相同，可能由于IP地址错误，可能由于设备自身缺陷。

（2）遥控命令输出接点短路。

光纤控制方案下，隔离开关操作机构启动动作的条件很简单，就是户外就地监控单元的遥控出口输出一个短脉冲信号（RTU控制触点短闭合）。假设，户外就地监控单元的遥控线缆之间存在短路，哪怕是瞬间的短路，都将启动控制回路，并自保持，启动电机，直至分（合）闸到位。当然短路存在于户外就地监控单元遥控出口至操作机构遥控命令入口之间的任意点，其效果是相同的。

（3）强电磁干扰，在遥控回路中感应出较高电动势。

众所周知，在牵引供电系统，接触网沿线电磁干扰十分强烈。如果这一干扰足够大，大到在遥控回路中的接触器（KM1或者KM2）线圈感应出其动作临界电动势，使接触器线圈吸合。一旦控制回路接触器吸合，马上会自保持，进而启动电机，直至动作完成。所以，哪怕这个干扰十分短暂，仍有可能启动电机，形成开关误动。干扰的来源可能是牵引供电系统自身，也可能是户外的雷电冲击等。

（4）通信地址混淆。

当然，所内监控主站和户外就地监控单元之间的通信地址有误的话，也可能导致目标开关不动作，而其他开关误动现象发生。

3.2 拒动

隔离开关拒动的原因可能更加多种多样，笔者分析主要有以下几个原因。

（1）所内监控主站和户外就地监控单元通信通道故障。

这类故障可能表现在很多方面，比如：光纤断线、光电转换器故障，或者插头接触不良等，这些都将直接导致通信链路中断，造成开关拒动。

（2）户外就地监控单元故障。

由于户外就地监控单元属于智能电子设备，其直接安装于户外环境，受恶劣环境和气候影响较大。

（3）隔离开关現场控制回路故障。

光纤方案现场控制回路较为复杂，该电路中任何电气元件损坏，或者线缆断路，都有可能造成控制回路失效，而导致隔离开关拒动。

（4）操作机构动力电源失电。

如果操作机构的动力电源馈电线缆断路，或者操作机构内的动力电源空气开关QF1跳闸，都将切断电机的动力电源，而造成电机无法启动，导致隔离开关拒动。

（5）操作机构机械故障。

实际运行中，也会存在一些由于机械故障而造成隔离开关无法正常完成分、合闸的案例，比如：操作机构连接杆松动、或者操作机构卡滞，或者设计缺陷导致力矩不足等。

3.3 误报

隔离开关遥信误报现象虽然没有直接造成事故，但由于其给运维人员提供了错误信息，容易引发进一步的错误操作，给运行维护带来很大不便。

该文分析遥信误报的原因主要有以下两个方面。

（1）强电磁干扰，在遥信回路感生较强电动势。

接触网沿线存在的强电磁干扰可能在遥信回路上感生较强的电动势，从而抵消或者干扰就地监控单元的遥信电压，造成遥信误判。

（2）电气回路故障。

显而易见，遥信回路内的电缆短路、虚接，或者操作机构辅助触点故障，也会造成遥信误判。

4 改进措施

4.1 遥控回路接入联闭锁电路

隔离开关误动极易烧毁隔离开关，造成严重后果，应严格给予杜绝。在断路器合闸位置时，严禁进行隔离开关的操作，因此，在隔离开关控制回路接入联闭锁电路十分必要，即隔离开关遥控装置实时采集断路器位置信号，在断路器合闸位置，断开遥控回路，只有在断路器处于分闸位置时，遥控回路才能导通，从而避免隔离开关误动造成的严重后果。

4.2 提高智能控制设备抗电磁干扰能力

在电气化铁路强电磁干扰恶劣运行环境下，需要对FTU、RTU装置提出更为严格的要求，这些设备应该具备更高的抗电磁干扰能力，对干扰引起的假信号应该采用防抖或者滤波等合理措施给予排除，保障设备工作的可靠性。

4.3 控制及信号连接采用屏蔽层电缆

为了防止户外强电磁干扰，就地监控单元（FTU）与操作机构之间敷设的连接线缆应使用带屏蔽电缆，并按施工规程可靠接地，最大限度地防止外部电磁干扰进入系统内部。

4.4 提高遥信采集电压

目前在监控系统中，遥信电压普遍采用直流24V，这在电磁环境较为恶劣的铁路沿线，抵抗强电磁干扰的能力很差，易发生信号误报。在接触网隔离开关远动监控系统中，应提高遥信电压，采用直流110 V或者直流220 V作为遥信电压，可大大提高抗干扰能力，保障遥信信号可靠性。

4.5 采用双网通讯

在所内监控主站与就地监控单元之间，采用双光纤通道，配置双路光电转换装置，一主一备，防止个别光电转换器损坏或者接触不良造成遥控拒动和遥信丢失，提高系统可靠性。

參考文献

[1] 李焱.高速铁路接触网隔离开关远动控制技术的研究[J].电气化铁道，2015（2）：1-3.

[2] 陈国庆.解决牵引变电所开关设备误动的措施[J].电气化铁道，1998（4）：15.

[3] 钱清泉.电气化铁道远动监控技术[M].中国铁道出版社，2000.