高速铁路接触网开关误动原因分析和防范措施的思考

顾 涛 上海铁路局供电处

高速铁路接触网开关误动原因分析和防范措施的思考

顾 涛 上海铁路局供电处

通过介绍一起高铁接触网分相隔离开关误动故障分析和验证过程，找到误动问题原因。针对目前接触网开关运行问题，从结构设计优化、技术管理、安全管理等方面提出安全控制措施。

接触网；分相开关；误动；远动；高速铁路

1 引言

高速铁路接触网隔离开关是接触网主导电回路中的重要设备，是改变接触网运行方式和划小供电单元隔离故障区段迅速恢复供电的重要手段。电气化铁路牵引供电系统采用调度集中控制模式，调度员通过供电远动系统（SCADA）实时监视和控制接触网隔离开关。接触网开关的误动作直接影响牵引供电系统，甚至干扰高速铁路正常运输秩序。本文通过介绍一起高铁接触网分相隔离开关误动故障分析和验证过程，找到误动问题原因。针对目前接触网开关运行问题，从结构设计优化、技术管理、安全管理、应急管理等方面提出安全控制措施。

2 接触网远动隔离开关概述

2.1 结构原理图

高速铁路接触网隔离开关安装在铁路沿线支柱上，隔离开关本体通过远动控制终端（RTU）实现远程控制。典型的高速铁路接触网开关监控系统由接触网开关控制屏、测控终端RTU和通信网络三部分组成（网络结构图见图1）。

其中，网开控制屏和测控终端RTU之间采用点对点光纤Modbus规约通信，网开控制屏与高铁SCADA调度主站通过铁路专用数据网采用IEC104规约通信。当接触网开关控制屏与牵引所亭合建时，一般接触网开关监控信息同步接入牵引所亭综合自动化系统。

2.2 功能分类

接触网远动隔离开关从功能上分类，可分为枢纽站场用的分束开关，分相救援开关，上网开关，车站、隧道、AT所附近的分段开关，上下行线并联开关等；从控制方式分类，分为接触网开关控制屏集中控制，牵引所亭综合自动化系统直接控制、无线控制方式；从控制传输介质分类，可分为点对点光纤控制和点对点电缆控制两种。

图1 高铁接触网远动隔离开关监控系统典型网络结构图

3 接触网分相开关误动案例分析

3.1 故障概况及应急处置经过

2016年7月13日上午10时左右，H高速铁路J牵引变电所值班员发现内接触网开关控制屏频繁报出“远方/当地”切换信号，设备管理单位立即组织人员在所内查找信号误报原因。现场人员通过查看报文、检查并紧固网开关控制屏接线端子排、重启综自通信管理机和屏控RTU装置、操作远方/当地转换开关试验等方法进行排查故障。15时29分，H高铁J牵引变电所处3001接触网分相隔离开关报“非远动”合位，动车组立即采取降弓通过，15时34分供电调度远动操作分闸，现场采取断开接触网隔离开关控制电源措施。

3.2 故障查找经过

3.2.1 故障报文分析

通过调取SCADA系统调度主站报文、牵引变电所综自系统后台机报文、网开屏控终端RTU装置报文进行对比分析，报文时间、条目吻合。由于网关现场测控终端RTU装置并无存储事件记录功能，故无报文显示。不同的是，屏控RTU装置记录“远方/当地”转换遥信信息2条（双遥信节点判断），在综自后台机和SCADA系统调度主站记录中仅有1条信息（单遥信节点判断）。

从3001开关动作报文分析：合闸动作信号前，屏控控制模式转换为当地位，符合屏控控制要求；供电调度操作分闸前，屏控控制模式转换为远方位，符合远动控制要求。通过对比三者报文可知，前期“远方/当地”转换信号频繁上传，除3001开关动作前、后转换报文真正有效外（地址：14、15双节点同时变位），之前远方/当地报文均不全（仅有地址15单节点变位）属无效转换，即网开屏控模式之前一直在远方位。

3.2.2 现场检查试验

（1）远方/当地异常分合信号频繁切换

从图2可以看出，YX15、YX1-X14分别为调度操作信号、当地操作信号端子，YX1COM为操作公共端端子，检查人员发现YX1-X14、YX15、YX1COM端子接线松动并对其进行紧固。在接触网开关屏端子排YX1COM遥信公共端虚接后，人为晃动情况下，可再现“远方/当地”频繁切换故障，验证分析后可判断远方当地频繁转换故障原因为RTU装置接线端子松动引起。

图2 “远方/当地”屏控转换开关二次接线原理图

（2）非远动合闸试验

现场检查合闸回路，如图3所示，试验短接3001手动合闸回路（YX3COM、YX3-5端子）和操作3001开关屏控按钮触发合闸未成功，判断3001手动合闸按钮故障。通过对3001隔离开关屏控按钮重新接线、紧固遥信公共端YX3COM端子和YX3-5端子后，短接试验成功。

图3 3001开关屏控合闸二次接线原理图

（3）屏控合闸闭锁验证

在屏控“远方”控制模式下，操作3001开关屏控按钮或短接3001开关合闸回路端子排均无法导致开关闭合；综自系统后台可以远方控制。在屏控“当地”控制模式下，操作3001开关按钮或短接3001开关合闸回路端子排均能够导致开关闭合；综自系统后台无法远方控制。验证表明合闸回路闭锁关系正确。

（4）3001开关误动故障逻辑分析

检查发现3001合闸按钮故障，合闸回路存在导通可能，由于控制方式“远方位”对屏控按钮的闭锁作用，即便在远方/当地频繁切换时（实际转换未成功）却不能引起开关合闸动作；在供电人员故障查找时，对远动/当地接线端子紧固后并将屏控远方成功转换至当地位时，解除了屏控按钮闭锁关系，故障按钮触发合闸动作（3001合闸动作逻辑如图4所示）。推断3001屏控合闸回路一直导通、远动/当地二次接线端子松动是基本条件，远动/当地转换是触发条件，进行再现故障试验。在屏控“远方位”模式条件下，按住3001合闸按钮后（还原合闸回路导通），操作屏控远动/当地转换开关，转换同时导致3001开关闭合，验证推断成立。

图4 3001开关屏控合闸动作逻辑框图

3.3 原因分析和存在的问题

3.3.1 误动原因分析

结合当日阴天天气和报文信息（记录完整、逻辑准确）等综合分析，排除3001开关现场受到外界干扰（如雷击等）或屏控RTU装置控制程序紊乱误发信号的可能性。3001屏控合闸按钮故障，致使合闸回路长期虚接断续导通，因RTU装置端子排YX1-X14、YX15、YX1COM端子松动导致远方/当地转换失效，网开关屏长期运行在远方位，不会产生真正合闸动作。在现场人员查找故障，人工操作屏控由远方转换至当地位时，遇3001合闸按钮接线和屏控当地端子同时导通，满足了非远动合闸的条件，触发了合闸真正动作，导致了这起误动故障。

3.3.2 存在问题

综合上述原因，3001屏控按钮接线存在缺陷，导致合闸回路虚接，是误动产生的根本原因。网开关控制屏中多个端子排接线虚接，导致远方/当地信号不稳定，是误动产生的重要原因。故障排查中，现场作业人员没有在天窗点内采取有效安全措施进行转换开关操作，是触发误动的又一诱因。同时，误动故障一方面暴露出维护人员在日常检查不到位，没有及时发现接触网开关控制屏端子排松动问题；另一方面也暴露出网开远动调试不充分，没有及时发现屏控远方/当地双节点信号与综自系统、调度主站单节点信号不一致问题，导致网开关屏接线松动时，综自系统、调度主站显示远动/当地信号与现场实际不符。

4 防范措施

4.1 误动原因分析

高铁接触网隔离开关在铁路沿线布置，受风雨雷电等侵蚀以及列车震动和电磁环境等干扰，具有运行环境恶劣和技术管理结合部多的特点。引起网开误动作的原因主要有两大类，一类是由于开关设计、安装本身不合理，易受现场环境影响造成的误动作；另一类主要是由于日常维护管理或调试不到位，引起的设备故障导致。从本次误动故障可以看出，误动产生的原因既有设备硬件存在问题、软件调试不到位问题，也有人为因素，故障由多方因素综合叠加产生，故障的发生不乏偶然性、也充满必然性因素。为有效预防接触网远动隔离开关误动，笔者认为需要从结构设计优化、技术管理、安全管理和应急管理四个方面入手，减小接触网远动隔离开关误动对高速铁路运营造成的影响。

4.2 安全控制措施

4.2.1 结构设计优化

根据铁路总公司要求将接触网隔离开关本体电机操作电源的微断开关纳入远动并接入调度主站。正常运行时，远动微断开关处于分闸位。在接触网开关操作前，先闭合远动微断开关，再操作接触网开关，接触网开关操作完成后断开远动微断开关。在正常运行时切断网开电机控制电源，电机不得电，从根本上杜绝了接触网开关延时误动作和干扰误动作现象。同时，接触网开关“分/合位”信号、“远方/当地”信号需要采用双遥信控制，电动操作机构的电源回路应设置电涌保护器（SPD）。

4.2.2 技术管理

为保证网开远动控制关系正确，调度员工作站、综自后台界面中需要标注隔离开关编号、支柱号、公里标、网开监控屏所在机房位置等信息，不应将未调试接触网开关单独设置在界面中。接触网开关RTU装置更换前，应确认RTU装置是否需要设置ID号；需要通过软件写入或硬件拨码开关设置ID号时，需要确认ID号设置是否正确，防止因ID号设置不对应造成的开关控制错误。接触网开关监控屏中控制两台及以上网开的，在网开光纤收发装置标签中应标注开关编号、RTU装置ID号，并建立网开编号与RTU装置ID号对照表技术资料。接触网开关监控屏（或综自监控屏）、现场RTU装置升级或更换后，需对接触网开关进行调试确认后方可投入使用。日常检查维护时需要对端子排、控制按钮接线等进行检查紧固，防止接线松动造成误报遥信信号。

4.2.3 安全管理措施

远动调试前，调试人员需要对调试时可能影响的其它接触网开关进行充分预想并制定有效安全措施。远动调试完成后，现场调试人员需要确认接触网开关“分/合位”位置与运行位是否一致、正确。未经调试的接触网开关在已投运的调度员工作站或综自后台界面显示时，需要在界面中标注“未启用”信息。为确保远动调试效果，新建网开远动调试前，现场若未加装支柱杆号、隔离开关编号或现场支柱杆号、隔离开关编号标识不清时，以及综自后台界面或接触网开关监控屏中接触网开关编号未标识或标识不清的，应不得进行远动调试。

4.2.4 应急管理措施

涉及开关“非远动分闸/合闸”位置信息或“远方/当地”转换信息，经现场确认为误报信息或明显判断信息为误报信息时，应停用该开关远动功能、断开远动控制电源后组织后续故障排查、处理。供电人员组织高铁接触网开关远动故障查找和处理时，需要纳入维修天窗点内，根据影响范围申请停电或封锁上道天窗计划采取可靠安全措施后进行。在故障处理完成后，需要经远动调试验证正常后方可恢复远动功能。

5 结束语

本文通过深入分析H高速铁路一起接触网分相隔离开关误动故障案例，采用故障报文对比、现场检查、试验验证等方法，查找出误动的原因，介绍接触网开关误动故障的一种分析方法。为了防止类似故障再次发生，从接触网隔离开关结构设计优化和安全控制措施入手，采取技术手段和管理手段相结合，提出接触网隔离开关误动的防范措施，为高铁接触网隔离开关误动故障处理和预防提供参考。

[1]李焱.高速铁路接触网隔离开关远动控制技术的研究.电气化铁道.2015年第2期.

[2]陈兴强.接触网电动隔离开关控制方案优化.中国铁路.2015年第4期.

[3]TB 10621-2014 J1942-2014.高速铁路设计规范[s].

责任编辑：许耀元

来稿日期：2017-01-12