场段接触网可视化接地与隔离开关闭锁的关系探讨

郜 鹏

(中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070)

城市轨道交通设备在日常的运营维保过程中，为保护作业区域内的人员安全，需要以加挂地线的方式对作业区域内的接触网进行接地.此种方式在场段的检修库内比较常见，通过将作业区域两端的接触网分别与钢轨进行电气连接，完成挂地线操作.传统的挂接地线操作通过人工完成，场段检修库内接触网高度较高，存在操作难度大，挂接地线效率低等问题[1-4]；电调人员一般位于远离作业区域的控制室内，无法对现场情况进行核查，如现场不能严格按照操作流程进行检修维护作业，可能发生误挂地线和忘记拆除地线等问题，将会对正常的运营维护造成极大的安全隐患.

随着技术的不断进步，可视化接地系统利用综合自动化、通信、网络、软件、视频等先进技术，使挂接地线操作更智能、更可靠、更安全，有效解决了传统人工挂接地线操作时操作难度大、作业效率低、存在安全隐患等问题.基于此，在分析可视化接地系统特征的基础上，结合停电检修作业流程，阐述并对比分析现行可视化接地系统的设置方式，论述检修作业中需要重点防范与避免的危险操作，最后提出可视化接地系统合理的设置方式，以解决现行作业过程中的可能隐患，提升检修作业效率与安全性.

1 可视化接地系统

可视化接地系统采用分层、分布式系统结构.系统主要由中央级管理层、站级管理层、现场级设备层组成[3-6]，通过网络通信完成层层控制、集中管理、分散布置[7].在场段内，可视化接地系统多采用两层系统结构，由设置于控制室内的中央级管理层和设置于股道旁的现场级设备层组成.现场级设备由安装于轨旁的可视化接地装置组成，每台装置主要由接地开关、验电装置、控制模块和数据传输模块组成，实时监测并上传接触网电压和接地开关状态，通过固化程序完成判断，实现自动验电及挂接地线.中央级管理层由安装于场段控制室内的可视化接地监控工作站和交换机组成，通过网络通信线路将现场级设备的工作状态上传至服务器，再由安装于服务器的中心监控软件进行远程显示，实现场段可视化接地系统的集中管理[8].

设置可视化接地系统后，传统接地方式中诸如验电、挂接地线以及完成作业后的地线拆除等人工作业都可以由可视化接地装置替代完成.通过可视化接地装置内置的多个模块，无需与接触网直接接触即可实现验电接地操作，同时将数据传输至监控工作站.在保证人员安全的同时，降低了劳动强度，增加了进行其他作业的时间[9]，还具备实时监控和历史记录回看功能，极大地提升了运维管理的效率.

2 场段可视化接地系统设置原则及应用情况

场段内的检修作业主要集中在检修主厂房和运用库内.以某城市轨道交通车辆基地双列位运用库为例，接触网电分段设置在入库端及A、B两个列位连接处.其中A列位为主要检修作业区域，进行检修作业时，需要在可能来电的方向挂接地线进行挂接地线操作.

现参照原挂接地线的位置，以可视化接地装置替代原有挂接地线操作，接地连接位置与传统接地方式相同，作业区域防护范围不变.同时在地铁车辆段控制中心(DCC)内设置有可视化接地工作站，通过信号传输线缆，实现对现场级可视化接地装置的集中监控和管理.典型场段可视化接地系统设置如图1所示.

图1 可视化接地系统图Fig.1 Visual earthing system

至此，场段内每个股道进行检修作业时，接地操作方式已由传统人工挂接地线改为自动挂接地线，验电、挂接地线、完成作业等一系列流程都由可视化接地装置自动完成.

在满足最基本接地功能的基础上，可视化接地系统还增加了网压显示、自动放电、验电闭锁等功能，使整个作业流程更简单、更智能、更安全、更可靠.

3 可视化接地系统与隔离开关的闭锁关系

3.1 接触网停电检修作业流程介绍

场段库内进行检修作业时，接触网需停电以保障人员安全.接触网停电检修作业需要严格按照工作票制度进行，对接触网进行验电、接地后方可进行检修作业.

停电检修作业前需要请点、请令，对验电、接地位置进行仔细核对，不得漏挂错挂；停电检修作业过程中，严格按照先验电后接地的流程进行，延长作业时间须按照规章制度进行延点、延令；停电检修作业结束前必须确认现场的设备具备送电及行车条件，之后方可销令、销点[10-12].

根据地铁设计规范[13]要求，场段内每条库线都设置有对应的隔离开关，以便不同股道的独立停、送电作业.在满足了设备本身安全可靠接地的前提下，现行场段库内的挂接地线方式与对应隔离开关形式主要存在以下几种对应关系：

1) 人工挂接地线，对应股道隔离开关采用手动形式.此种形式下，验电、接地及隔离开关分合闸作业全部由人工操作完成.

2) 采用可视化接地装置，将挂接地线操作由人工改为自动，对应股道隔离开关仍采用手动形式.此种形式下，验电、接地操作由可视化接地装置自动完成，隔离开关分合闸操作由人工操作完成.

3) 采用可视化接地装置，将挂接地线操作由人工改为自动，对应股道隔离开关采用电动形式.此种形式下，验电、接地操作由可视化接地装置自动完成，隔离开关分合闸操作由人工搬动刀闸改为电机驱动完成.

现有场段中，较多的采用1)、2)的设计方案.在方案1)中，全部操作由人工完成，工作强度大，占用维护时间长，人力成本高，甚至有可能在发生误操作时，难以保障作业人员的人身安全.在方案2)中，引入可视化接地装置，替代人工完成了验电、接地操作，大幅提高了作业效率，保障了专业设备充裕的维护时间.

3.2 可视化接地系统与隔离开关闭锁关系的讨论

在接触网停电检修作业过程中，严禁出现带电挂接地线以及挂接地线拆除前送电的情况，否则会对正常的运营维护安全产生重大的影响.接触网是否带电以对应股道隔离开关是否处于合闸状态为主要判断依据，是否完成挂接地线以可视化接地装置是否处于合闸状态为主要判断依据.通过对可视化接地装置与隔离开关采取机械或电气闭锁措施，最大限度的杜绝这一安全隐患.机械闭锁主要通过机械结构限制手动隔离开关控制手柄的位移，从而达到限制开关分合闸的目的；电气闭锁主要通过不同设备继电器触点之间的相互关联，保证设备同一时间只能工作于同一种模式下[14-15].

鉴于上文对应关系1)中设备及操作状态全部由人工判断，无法实现设备与挂接地线之间的闭锁，因此本文重点针对关系2)、3)，对不同工作要求下的可视化接地系统与隔离开关的闭锁关系进行讨论分析.

3.2.1 防止接触网带电时挂接地线

防止此种状况的发生，需要以隔离开关的状态作为前置条件.接触网带电时，隔离开关处于合闸状态，可视化接地装置不可进行自动挂接地线操作.可视化接地装置采集隔离开关的状态信号，当隔离开关处于合闸状态时，可视化接地装置强制将接地开关的分合闸回路断开，使之不可进行操作，以此实现隔离开关状态对可视化接地装置的闭锁，对应关系2)、3)均可以满足该要求.

3.2.2 防止地线拆除前接触网送电

防止此种状况的发生，需要以可视化接地装置的状态作为前置条件.地线拆除前，可视化接地装置处于合闸状态，隔离开关不可进行合闸操作.隔离开关采集可视化接地装置的状态信号，当可视化接地装置处于合闸状态时，隔离开关强制断开电机控制回路，使之不可进行操作，以此实现可视化接地装置状态对隔离开关的闭锁.对应关系3)可以满足该要求；对应关系2)中，隔离开关采用手动隔离开关，电气闭锁无法实现，机械闭锁实现形式繁琐，效率低下，不能很好地满足该要求.

3.2.3 防止就地和远方并行操作

防止此种状况的发生，需要对控制模式进行选择.场段内进行检修作业时，库内不同股道的作业条件和内容往往并不相同，需要多个股道同时停电，因满足停电检修作业要求的情况较少，因此一般不用对轨旁可视化接地装置进行集中管理和控制.为保证检修作业的现场情况直观可控，可视化接地装置及隔离开关都应设置有就地、远方操作模式转换开关，且两种操作模式互相闭锁，不可同时并行操作设备，即设备选择为就地位时，无法进行远程操作.同时为避免出现3.2.1与3.2.2中的两种情况，可视化接地系统与对应隔离开关的就地(或远方)操作模式应保持一致.

可视化接地装置与隔离开关的闭锁关系见表1，表1中“√”表示可以实现闭锁，“×”表示不可实现闭锁.

表1 可视化接地装置与隔离开关的闭锁关系

3.3 可视化接地系统与隔离开关闭锁关系的实现

可视化接地系统本身具有智能、高效、可视化程度高等特点，在实现与对应隔离开关双向闭锁的关系后，可以进一步提升接触网停电检修作业的自动化程度，同时进一步降低运营维护过程中误挂误拆的风险，该系统能够更好地为供电系统的安全运营和检修维护人员的人身安全提供有利保障，符合采用技术手段开展智慧运维的趋势.

现行场段存在多种不同的设备设置形式，下文从闭锁关系入手，结合几种不同的隔离开关形式，提出可视化接地装置与隔离开关相配合的设置方式，以此来实现对既有场段的升级改造，形成新建场段的设置方案.

3.3.1 手动隔离开关与可视化接地装置的设置优化

已经建成的停车场或者车辆段，对应股道一般都已设置有手动隔离开关，增设可视化接地装置时，如果不改变隔离开关的形式，隔离开关与可视化接地装置之间的闭锁关系将会是运营维护过程中实现智能化的重中之重，因此需要对既有的手动隔离开关进行优化.对于设置手动隔离开关的场段，可以采用以下几种优化设置方式：

1) 可视化接地装置对应进线总开关设置.通过改变可视化接地装置的设置位置来实现.库内不设置可视化接地装置，手动隔离开关不作调整，可视化接地装置设置于库外，对应进线总开关设置.进线总开关为电动隔离开关，因此可视化接地装置可以较容易地实现与电动隔离开关的双向闭锁.

这样的设置形式提升了两种设备在闭锁方面的可靠性和安全性.但是由于可视化接地装置设置的位置发生了变化，自动化验电接地的范围也发生了变化，即只有在库内多股道的接触网同时进行停电检修作业时，才能利用可视化接地系统进行集中管理和控制，其中某一股道独立进行停电检修作业时，仍然需要采用人工方式进行验电和挂接地线.场段库内单一股道独立进行停电检修作业的频率更高，因此采用这种设置形式还是存在一定的不便利性.

2) 对库内手动隔离开关增加附加装置.通过对库内手动隔离开关增加一些如电磁锁等具有锁闭功能的附加装置来实现.通过对应节点的接线实现可视化接地装置对电磁锁的锁闭，再由电磁锁实现手动隔离开关操作机构行程的锁闭，即实现了可视化接地装置与手动隔离开关的双向闭锁.

这样的设置形式是在手动隔离开关上增加了附加装置，由于每个股道的可视化接地装置和手动隔离开关之间互不影响，可以满足各个股道独立进行停电检修作业的要求，但是由于手动隔离开关的动作频率较高，对电磁锁的可靠性和稳定性要求较高.

3) 将手动隔离开关纳入综合管理控制系统.通过将可视化接地装置与库内手动隔离开关纳入场段五防或其他综合管理系统来实现.利用管理系统中预先设定的操作步骤，在流程控制层面实现可视化接地装置与手动隔离开关的双向闭锁.

这样的设置形式是将隔离开关和可视化接地装置都纳入了综合管理系统中，操作流程由整个系统统一实现控制和管理，更符合集中化管理的要求，但是这就需要在场段增加对应的综合管理系统，同时也需要在隔离开关对应增加符合综合管理要求的设备，一定程度上增加了整个运营检修维护的复杂程度.

3.3.2 电动隔离开关与可视化接地装置的设置优化

根据前文的分析可以知道，采用电动隔离开关可以满足可视化接地装置与隔离开关的双向闭锁要求.既有场段在引入可视化接地系统时，可以将对应股道的手动隔离开关更换为电动隔离开关，新建场段亦可以在设计时直接采用此种方式.

在使用电动隔离开关之后，还需要根据检修作业的要求对库内电动隔离开关的控制进行优化.电动隔离开关一般都需要纳入电力监控系统中，由于库内检修作业相对灵活，隔离开关只需要满足对应股道接触网无电即可，电力监控系统能够监视开关状态即可.因此提出如下的优化设置方式：对应股道设置电动隔离开关，与可视化接地装置实现双向闭锁；考虑库内检修作业的灵活性，将电动隔离开关设置为就地操作模式，仅保留电动隔离开关的信息上传功能，使得电力监控系统实现“只遥视，不遥控”的隔离开关控制模式.

这样的优化设置形式将库内的隔离开关纳入了电力监控系统中，同时还保留了原手动隔离开关设置模式下检修作业人员就地操作的灵活性，在实现可视化接地装置与隔离开关双向闭锁的同时，增加了可视化接地系统的可靠性.但是，库内采用电动隔离开关相较于采用手动隔离开关在费用方面会有一定的增加.

以上几种方式都可以实现可视化接地装置与隔离开关的双向闭锁，提高了拆挂地线的可靠性，保障了作业人员的安全.可视化接地装置的设置方案与检修作业范围和作业人员管理模式是密不可分的，需要根据场段检修特点和管理模式的不同，选择相应的设置方案及闭锁条件，以此来提高供电系统安全运维的自动化和智能化程度.

4 结论

场段挂接地线是日常运营维护的必备操作，引入可视化接地系统能够提升自动化程度、降低作业强度、提高作业效率和安全保障.通过分析可视化接地系统的功能及要求，重点对场段内该系统的应用进行了介绍，同时从闭锁关系的角度对与可视化接地装置存在相互关系的隔离开关进行了探讨，阐明了该系统对于场段内检修维护作业的必要性.提出了几种在场段中可以实现可视化接地装置与其对应隔离开关双向闭锁的设置形式，可以作为对于既有场段改造和新建场段前期设计方案的参考.