地铁供电系统接触网隔离开关的五防闭锁优化方案探讨

郑淳淳 陈文师 赖沛鑫 廖权保

摘  要：本文通过总结地铁接触网隔离开关现有五防闭锁功能的实现方式，分析该闭锁方式存在的问题。利用网络化保护信息共享、所间差动光纤通信、间隔层五防等技术，实现接触网隔离开关数字化五防闭锁方案的研究，解决电缆硬接线配合闭锁继电器这种传统闭锁方式存在的系统可靠性不高、所间施工困难、设计烦琐、闭锁逻辑简单等问题。

关键词：接触网;隔离开关;五防闭锁;间隔层五防

中图分类号：TM581.6      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）13-0035-03

Discussion on Mis-operation Prevention Optimum Scheme of

Catenary Isolation Switch in Metro Power Supply System

ZHENG Chunchun1，CHEN Wenshi1，LAI Peixin2，LIAO Quanbao2

（1.Guangzhou Metro Group Co.，Ltd.，Guangzhou  510335，China;

Guangzhou Baiyun Electric Equipment Co.，Ltd.，Guangzhou  510540，China）

Abstract：By summing up the existing mis-operation prevention function of catenary disconnector in metro，the existing problems of the locking mode are analyzed. By using the technology of network protection information sharing，inter-station differental fiber-optic communication and bay level mis-operation prevention，the digital mis-operation prevention scheme of catenary isolation switch is studied，and the problems of low system reliability，difficulty in inter-office construction，cumbersome design and simple locking logic existing in the traditional locking mode of cable hard connection cooperating with locking relay are solved.

Keywords：catenary;isolation switch;mis-operation prevention;bay level mis-operation prevention

0  引  言

隨着我国经济的快速发展，城市化建设进程加快，人口密度增加，地铁以其运输能力强、快速、安全、高效、低污染等优点，成为解决城市交通拥堵的首选方案。地铁采用的直流牵引系统从城市电网或其他主变电所获取电能，通过整流变将交流电源变成直流电源，经隔离开关馈送到接触网。电动机车在运行过程中，通过受电弓从接触网取电，接触网作为正极，而钢轨则作为负回流线。

接触网隔离开关作为地铁直流牵引供电的重要组成设备，是一种没有熄弧装置的开关电器，在分闸状态有明显可见断口，在合闸状态下能可靠地通过正常工作电流和短路故障电流。它的作用是连通或切断接触网供电分段间的电路，实现与正线接触网线路的可靠隔离，以保证作业及检修人员的安全和运行部分的正常工作。同时，通过对上网隔离开关和纵向联络隔离开关的控制，可以增加供电的灵活性，实现多种直流供电方式，提高直流牵引系统的可靠性。

1  接触网隔离开关五防闭锁现状介绍

接触网隔离开关分为上网隔离开关与纵向联络隔离开关（实现跨区供电，简称纵联隔离开关），为保证安全与设备正常供电，它们的分合需要受到其他电气设备的状态闭锁。其中，上网隔离开关的分合闸和相应的直流馈线断路器的位置存在闭锁关系;纵联隔离开关的分合闸，除了和本站的上网隔离开关的位置存在闭锁关系之外，还和相邻两个站的上网隔离开关位置以及供电区段内其他纵联隔离开关位置存在闭锁和联锁关系。

目前，国内地铁直流牵引接触网中的上网隔离开关以及纵联隔离开关，基本上是通过变电所PSCADA的专用测控单元完成状态监视及远方控制等功能。同时，也会在操作盘屏柜上配置面板操作把手，用于站内就地手动操作。传统的接触网隔离开关联锁，大多是通过硬接线把需要的开关位置引到隔离开关控制柜，采取在柜内安装闭锁继电器的方式，实现上网隔离开关和纵联隔离开关的联锁。

对于上网隔离开关来说，在本站通过硬接线与继电器配合就能实现控制回路闭锁，闭锁的条件只与本站的其他设备有关，不涉及相邻站的设备，二次回路相对简单。但对于纵联隔离开关来说，由于其闭锁条件涉及相邻站的4个开关，一个牵引所的2个纵联隔离开关就涉及相邻站8个开关，如图1所示，相关联的上网隔离开关或其他纵联隔离开关的位置接点就必须通过敷设区间控制电缆进行连接，闭锁条件复杂。采用常规的硬接线方式实现纵联隔离开关的闭锁功能需要大量使用区间控制电缆和继电器，从工程设计开始到现场施工，经历的过程比较烦琐，这不利于我们前期简化新线建设工程的实施流程和后期提高设备运维的效率。

2  利用间隔层五防功能实现的数字化闭锁功能

随着计算机技术和网络通信技术的不断发展，特别是光纤通信技术与IEC61850标准的发展，使地铁通信系统的稳定性、实时性达到了一个全新的高度。十多年来，基于IEC61850标准的电网智能化变电站的大面积铺开，以及对地铁供电系统的网络化保护、光纤直流双边联跳、光纤差动保护等技术的探索与应用，为使用间隔层五防功能实现接触网隔离开关的数字化闭锁功能提供了技术上的充分保障。

实现接触网隔离开关的五防闭锁功能的本质是实现本站及相邻站设备的开关位置信号传输。而通过现有的通信技术，完全可以实现不同站的设备开关位置数字化共享。

目前，对于站级的地铁监控（PSCADA）系统来说，通过操作盘柜配置的测控装置已经实现了对上网隔离开关与纵联隔离开关的位置监视与遥控。若站内交、直流继电保护装置与测控装置都采用IEC61850标准通信协议，则装置通过硬接线采集接触网隔离开关位置的电信号后可转换成goose报文，并将报文发送到光口交换机中，实现设备开关位置的站内共享，再通过区间光缆将本站设备的开关位置信息送至相邻站的交换机，最终实现站间设备开关位置信息的交互，如图2所示。同时，利用间隔层五防的概念，在测控装置中进行闭锁逻辑编辑，控制闭锁节点的分合，将闭锁节点串联在控制回路中，就可以实现对上网隔离开关与纵联隔离开关的闭锁与联锁。

A所直流馈线继电保护装置通过电缆硬接线采集到本间隔的设备位置（211、213、212、214、2113、2124）后，将其转换成goose报文通过装置背板光纤接口发送到本所网络化保护交换机中，再通过区间光缆发送至B所网络化保护交换机中。B所中负责纵联隔离开关2113、上网隔离开关2111、2131遥控的测控装置1N，从交换机中接收本所211、213开关位置，A所213、2113设备位置，C所211、2113设备位置（C所设备位置也是通过交换机转发共享）。在测控装置1N上，分别编辑纵联隔离开关2113、上网隔离开关2111、2131分合闭锁逻辑，实现装置背板对应闭锁输出干接点（BS01、BS02，BS03、BS04、BS05、BS06）的分合控制。最后，將对应接点分别串联在2111、2113、2131就地控制与远方控制的回路中。当闭锁条件满足时，输出接点闭合，控制回路导通，隔离开关可以正常操作。当闭锁条件不满足时，输出接点断开，控制回路断开，隔离开关将不能正常操作。

一般情况下，接触网隔离开关的闭锁信号传输时延在秒级范围。上述方案采用IEC61850标准的goose通信机制，单台装置的信号处理时间为2ms，交换机的数据处理时间与光信号的传输时间分别为微秒级与纳秒级，可以忽略不计。因此，信号从本所装置发出，经本所与邻所差动转发，再到相邻所装置接收到，整个传输过程时延4ms，完全可以满足接触网隔离开关闭锁功能的实时性要求。

为了方便查找隔离开关控制失败的原因，需要对闭锁节点的状态进行监视，要求测控装置上送闭锁接点的实时状态。同时，将隔离开关闭锁逻辑在PSCADA系统中进行动态显示，直观地呈现导致控制失败的原因。

为保证在各种故障和复杂情况下控制与操作的正确性，设备位置信号按双位置信息格式传输、测控闭锁接点使用常开接点。这样可以保证在设备开关位置异常、光纤通信终端以及测控单元失电重启等情况下的安全性。也应充分考虑数据的安全性，当检测到的所需数据失效后（如邻站通信故障或间隔层设备通信退出等），应断开闭锁接点，使隔离开关控制回路处于断开状态，并发生成相应的闭锁节点状态信息。此外，还需在闭锁节点回路处并联一个解除闭锁专用压板。当闭锁回路出现故障、现场检修或需要对纵联隔离开关进行应急操作时，可以通过将压板闭合来屏蔽闭锁回路故障。

3  结  论

采用光纤交换机实现相邻所的设备开关位置的共享，在省略了所间大量电缆的同时，也提高了整个接触网隔离开关闭锁功能的可靠性。另外，由于搭建了通信通道，位置信号采用数字化传输，后续增加其他闭锁信号（如接触网可视化接地刀闸位置信号）也容易拓展。通过IEC61850标准测控装置闭锁节点来闭锁控制回路，与常规电缆配合闭锁继电器的传统闭锁方式相比，不仅可以同时闭锁就地与遥控回路，而且便于实现复杂闭锁逻辑的编写。此外，利用智能化变电站间隔层五防功能实现开关、隔离刀闸、地刀的闭锁，在电网中已经有了成熟的使用方案，结合地铁牵引站点相距较短的特征，利用所间光缆实现相邻所的位置共享，最终实现接触网隔离开关的数字化闭锁功能，在经济性、可靠性、实时性上都超越了传统闭锁方式。

参考文献：

[1] 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.

[2] 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.

[3] 黄德胜.地铁牵引供电系统保护 [J].都市快轨交通，2005（6）：65-67.

[4] 魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术 [M].北京：电子工业出版社，2004.

作者简介：郑淳淳（1991-），女，汉族，广东潮州人，助理工程师，本科，研究方向：轨道交通牵引供电;陈文师（1990-），男，汉族，广东云浮人，工程师，本科，研究方向：城市轨道交通供电管理技术;赖沛鑫（1988-），男，汉族，广东揭阳人，工程师，本科，研究方向：轨道交通智能变电站运维系统应用;廖权保（1990-），男，汉族，广东梅州人，工程师，本科，研究方向：轨道交通智能变电站数字化电流保护应用。