接触网供电分段状态信息共享技术应用及展望

杨瀚栋， 袁晓亮， 周伟英

(杭州市地铁集团有限责任公司运营分公司， 杭州 310021)

接触网供电分段状态信息共享技术应用及展望

杨瀚栋， 袁晓亮， 周伟英

(杭州市地铁集团有限责任公司运营分公司， 杭州 310021)

介绍地铁接触网供电分段状态信息的形成机理及共享应用的意义，阐述接触网供电分段状态信息间接和直接检测的两种实现技术方案，并比照两种方案在硬件配置、系统复杂度、功能验证、可靠性、故障排查、运营维护等方面中的优缺点。以杭州地铁为例，论述地铁接触网供电分段状态信息共享技术应用中存在的接口功能设计、功能验证及运营接管维护方面等问题，提出通过顶层设计、接口设计解决问题，并根据未来地铁各机电系统间集成化信息共享的发展趋势，对地铁接触网供电分段状态信息在综合监控集成系统和列车自动驾驶系统的应用及提升系统智能化水平的应用前景进行展望。

城市轨道交通； 接触网； 供电分段； 自动驾驶； 信号； 列车自动监控系统(ATS)

1 接触网供电分段形成机理

为了保证地铁接触网系统供电质量符合标准，满足常态和故障时供电的灵活性，同时达到牵引变电所投资建设的经济性，地铁正线接触网一般间隔3～3.5 km设置一个牵引变电所向接触网馈电，形 成独立的接触网供电分段。一个供电分段常态时由相邻的两个牵引变电所各馈入一路电源供电，实现双边供电。

车辆段(场)的接触网根据各功能库线对接触网的需求形成不同的供电分束，每一供电分束即为独立的接触网供电分段，各供电分段由车辆段(场)的牵引变电所馈入一路电源供电。

上述形成的接触网供电分段，通过对相应牵引变电所馈入电源进行停送电操作，使接触网供电分段日常运行在停电或带电状态。

2 共享应用的意义

接触网供电分段状态信息直接关系到车辆的正常运行、紧急情况下轨行区内乘客的疏散及运维人员施工安全的关键信息,因此要求接触网供电分段状态信息采集要简单可靠、信息处理高效、信息反馈迅速可靠、信息呈现直观易懂。调度、乘务、站务、供电运维、施工管理等专业均需及时获取接触网供电分段实时状态信息，以便实现在接触网供电系统正常及异常运行状态下各专业间的协调联动。

3 状态信息采集技术实现方案

目前在接触网供电分段状态信息采集中有两种实现方案，且均被采用，方案实现简述如下。

方案1是出现最早且沿用至今的间接检测方式，即通过电力监控系统采集接触网供电分段各馈入电源的母线电压信号，包括断路器和隔离开关分合信号，经过复杂逻辑运算后输出接触网供电分段停电或带电状态。

方案2是伴随新兴的直流电压检测传感器件及自动检测系统集成技术而出现的直接检测方式，即在接触网供电分段内直接安装接触网带电检测显示装置，将接触网供电分段的实时状态采集输入中央级电力监控系统中，系统对同一接触网供电分段内所有输入的状态信号进行简单逻辑运算后，将接触网供电分段停电或带电的实时状态输出给电力监控后台和就地各显示终端。

以上两种实现方案均可实时反映接触网供电分段状态信息，但在应用中各有优劣，具体对比见表1。

表1 接触网供电分段状态信息间接、直接检测方案对照

续表

4 应用现状

传统的接触网供电分段状态信息采用间接检测后，状态信息经电力监控系统分别显示在中央级电力调度工作站和变电所监控后台，供调度和供电运维人员监视接触网供电状态。但乘务、站务、施工管理无获取接触网供电分段实时状态信息的媒介，在发生接触网失电故障时，涉及客运组织调整的行车调度、乘务、站务三个专业人员无法共享故障区域接触网供电分段状态信息，相互间无法对接触网供电分段状态信息进行互控确认，存在进轨行区人员触电和电客车误入接触网停电区的风险。

为防范上述接触网供电分段状态信息不能共享而引发的安全风险，杭州地铁1、2、4号线供电专业在设计之初就考虑引入接触网供电分段带电检测显示系统。该系统的工作原理是由设置在轨行区的接触网电压检测单元实时检测接触网电压并转换为有电或无电状态信息，通过硬节点信号输入变电所电力监控系统，同时驱动车站轨行区端门位置的LED显示灯显示接触网有电、无电状态。通过将接触网供电分段状态外化显示的方式，供乘务和站务人员(非供电专业人员)及时对接触网运行状态进行确认。尤其是在接触网故障失电情况下，控制中心电力调度员通过电力监控系统、站务员通过车站端门处接触网供电分段状态LED显示灯，同时对供电分段完成远方和现场的双方互控确认，提高对接触网供电状态确认的可靠性，减少供电故障造成的影响。

目前杭州地铁2、4号线均已将接触网供电分段实时状态信息，通过综合监控平台共享至信号ATS(列车自动监控系统)中，作为进路自动开放的判断条件之一，若进路前方接触网因故断电，信号系统自动进路开放功能则中断，ATS大屏上及时显示对应接触网失电区段的黄色告警色带，行车调度及电力调度及时发现并介入组织运营调整。运行实践证明，发生接触网失电故障时，行车调度能及时发现并中断信号进路自动排列功能，降级信号系统运行模式，从而保证了运营安全。

5 存在问题

在杭州地铁接触网供电分段状态信息共享应用的过程中也存在着一些问题，制约了功能应用的推广和完善，主要表现在以下3个方面。

1) 目前地铁综合监控、电力监控、信号等各专业设计对接触网供电分段状态信息共享功能的需求定位不明确，导致设计任务无明确的专业归属方，给建设期的功能设计、功能验证及运营接管维护带来困扰。

2) 对接触网供电分段状态信息采集采用直接检测、间接检测还是二者综合使用存在争议，未形成统一的设计标准，使得各线路随机采用，给后续运营维护带来困难。

3) 对于将接触网供电分段状态信息引入相关系统应用缺乏系统性研究，导致其他系统需要共享接触网供电分段状态信息时，既有系统接口无法与其很好地匹配实现。

6 对策与建议

1) 在进行接触网供电分段状态信息共享应用设计时，应明确电力监控为信息输出源，综合监控为信息转存媒介，信号等其他需求子系统为信息输入应用源的功能设计定位。电力监控专业应负责检测方式、运算逻辑及结果输出方式的深化设计，使常态及故障供电方式下接触网的供电分段状态信息实时输出；综合监控专业负责信息存储及与需求子系统信息交互机制，主导系统接口的设计；信号及其他需求子系统负责引入后信息功能使用的设计。这样可以保证接触网供电分段状态信息共享应用设计突破单一专业设计的局限性，达到各专业设计环节的衔接一致。

2) 间接检测方式沿用至今比较成熟可靠，建设及运营成本相对较低，应作为接触网供电分段状态信息实现的基本设计方法，满足电力监控系统本身对接触网供电分段状态的功能需求。但后续将接触网供电分段状态信息实时共享至其他子系统应用时，为了保证状态信息的可靠和准确，需要加入直接检测方式，对两种检测结果综合运算后输出。因此建议新线设计时应考虑两套检测方式综合采用。

3) 对于接触网供电分段状态信息的需求，应在设计之初由各专业系统提出功能需求，采用顶层设计的原则，预留信息共享接口，满足后续系统共享接触网供电分段状态信息的需求。

7 应用前景展望

随着地铁综合监控深度集成技术的发展成熟，以综合监控为信息交互平台，使接触网供电分段状态信息共享至其他系统应用成为可能。例如在目前地铁车辆段(场)电化股道登高平台的出入口隔离门和接触网人工地线存放箱内，均安装电气“五防”锁控系统，而打开隔离门和摘取人工接地线的前提是对应的接触网供电分段已停电，若为带电状态则隔离门和人工接地线电磁锁处于闭锁状态，防止人员误入带电接触网区域，发生人身触电事故。但目前“五防”锁控系统输入的接触网供电分段状态信息依靠操作票规范操作程序，间接输入接触网供电分段的停电信息至“五防”系统来解锁，类似前述的间接检测方式，此方式虽然可以防止误操作发生，但对接触网供电分段状态信息是间接获取并滞后的，易出现信息交互不同步而误操作触电风险，此时若将接触网供电分段实时状态信息共享至“五防”系统中就显得尤为必要。

若将生产管理系统与综合监控系统互联后，可以共享专业设备的实时运行状态信息，以达到辅助生产管理的目的。例如将接触网供电分段状态信息共享至施工调度管理系统，可以辅助施工计划审批管理。原则上进入轨行区临近接触网的登高施工作业，要求对应的接触网供电分段处于停电状态以防止人员触电，而目前施工计划中对应接触网供电分段是否已停电需要电力调度人为核实判断，不仅给电力调度增加了工作量，而且难免出现人为判断失误。若将接触网供电分段状态信息引入施工调度管理系统，施工计划审核时，系统可以实时对施工区域的接触网供电分段状态与施工计划需求的一致性进行判断，根据判断结果批复施工，避免人为判断疏漏，提高施工计划批复的安全性。

今后对于地铁列车自动驾驶系统的应用来说，电客车出库的自动唤醒及进路自动开放等功能触发的必要条件之一是需对接触网供电分段实时状态信息进行判断，将接触网供电分段实时状态信息共享至信号系统不可或缺，因此如何将接触网供电分段状态信息与地铁车辆自动信号驾驶系统共享是未来应用研究的方向之一。

[1] 地铁设计规范：GB 50157—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

Code for design of metro： GB 50157—2013[S].Beijing： China Architecture & Building Press， 2014.[2] 浙江浙大中控信息技术有限公司.杭州地铁2号线一期工程综合监控集成工程项目接口规格书[A].杭州，2013.

[3] 杭州市地铁集团有限责任公司.杭州地铁4号线一期工程综合监控集成工程项目设备采购及服务技术册[A].杭州，2012.

[4] 中铁二院工程集团有限责任公司.杭州地铁2号线一期东南段正线接触网供电分区带电判断逻辑设计[A].杭州，2013.

[5] 中铁二院工程集团有限责任公司.杭州地铁4号线一期工程正线接触网供电分区带电判断逻辑设计[A].杭州，2013.[6] 珠海南自电气系统工程有限公司.杭州地铁2号线正线接触网带电显示装置电压检测单元设计[A].珠海，2013.

[7] 珠海南自电气系统工程有限公司.杭州地铁2号线正线接触网带电显示装置LED显示灯设计[A].珠海，2013.

[8] 束洪春.电力系统以可靠性为中心的维修[M].北京：机械工业出版社，2009.

SHU Hongchun.Power system reliability centered maintenance[M].Beijing： China Machine Press， 2009.

[9] 信息系统安全等级保护基本要求：GB/T 22239—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

Baseline for classified protection of information system： GB/T 22239—2008[S].Beijing： Standards Press of China， 2008.

[10] IEEE.Standard for communication based train contral(CBTC) performance and function requirements[S].The United States of America： the Institute of Electrical and Electronics Engineers， Inc.， 1999.

(编辑：王艳菊)

Application and Prospect of Information Sharing Technology for Piecewise Power Supply of the Catenary in Hangzhou Metro

YANG Handong, YUAN Xiaoliang, ZHOU Weiying

(Operation Branch, Hangzhou Metro Group Co., Ltd., Hangzhou 310021)

This paper introduced the formation mechanism of the information in the piecewise state of the metro catenary and the significance of the information sharing technology. It elaborated the indirect and direct detection of acquisition technologies for the information in the piecewise state of the catenary and compared the advantages and disadvantages of these two kinds of solutions in hardware configuration, system complexity, function verification, reliability, troubleshooting and operation maintenance. The problems such as interface function design, function verification, and operation takeover maintenance of the application about the information sharing technology in the piecewise state are discussed, and the top level as well as the interface design is proposed in terms of Hangzhou Metro. According to the development trend of the integrated information sharing between mechanical and electronic systems in the future subway system, the paper also analyzed the prospect of the information sharing technology for piecewise power supply of the catenary applied in the comprehensive monitoring system and the automatic train supervision system.Keywords: urban rail transit; catenary; piecewise power supply; automatic driving; signal; automatic train supervision (ATS)

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.03.022

2017-04-01

2017-04-06

杨瀚栋，男，本科，工程师，从事城市轨道交通运营管理理论与技术的研究，yanghandong@hzmetro.com

U231.8

A

1672-6073(2017)03-0112-03