铁路供电设备状态管理信息系统应用

凌源

（中铁十一局集团电务工程有限公司，湖北武汉，430074）

1 绪论

1.1 研究目的、意义

近几年随着铁路开通运营里程的增加，对运营管理人员及维护人员提出了更高的要求，即管理及技术人员增涨与铁路运营设备管理数量增涨不成正例比增长，运营管理及技术人员被进一步摊薄是目前各家铁路公司存在的普遍现象。而倒闸操作是出现设备人身事故的重要原因，当供电设备在正常工作时各种信息状态正常，当进行状态改变（倒闸）时，发生事故的频次明显增加，如何减少在倒闸操作过程中出现设备人身事故，提高供电可靠性是各家铁路公司共同面对的问题且亟待解决。

1.2 国内外研究现状

中国目前有18个铁路局集团有限公司，每个铁路局电力调度所设置两套Pscada系统分别负责全局普速和高铁供电设备信息的管控，铁路局电力调度所调度员倒闸操作时首先通过专网调度电话对倒闸操作命令进行录音，但对操作过程步骤无法监控；其次通过Pscada系统查看设备变位情况，但无法与现场信息完成实时同步；再次通过变配电所配置的视频监控系统对变电所相关倒闸活动进行查看，由于视频监控系统属于安全环境监控的范畴，无法与倒闸操作设备形成逻辑联锁关系。

1.3 本文的研究内容

随着我国整体生活质量的提升，对乘车舒适度要求越来越高，引伸出对铁路供电设备自动化、智能化程度及供电可靠性要求越来越高。运营管理单位对近几年发生的供电设备故障进行系统分析，故障原因主要归为三类：一是人为因素，二是设备本身的因素，三是客观因素。如何减少人为操作故障的发生，提高供电可靠性是最根本的出发点。基于此观点本文提出了基于Pscada系统，再辅助视频监控系统实现倒闸操作可视化接地系统，旨在提高倒闸操作过程信息实时同步，实时监视倒闸操作步骤，实现倒闸步骤前后形成逻辑联锁关系，以减少设备故障发生的概率，提高供电设备的可靠性。

2 可视化接地系统基本构成及功能

2.1 可视化接地系统构成

变电所可视化隔离开关及接地操作一体化系统由可视化隔离/接地一体化装置、通讯管理机（服务器）、视频硬盘录像机、系统工作站、模拟屏、电脑钥匙、联锁元件、钥匙管理机等设备组成，设备间采用网络通讯。

图1 可视化隔离开关及接地操作一体化系统结构图（仅供参考）

2.2 站级管理层

变配电所控制室配置一套系统工作站和一套视频工作站实现站级管理；配置一套传输适配器和两把手持终端（电脑钥匙）、一套钥匙管理机用于对解锁钥匙进行授权管理、一套网络硬盘录像机（NVR）设备、变配电所检修室配置一面通信屏柜，安放钥匙管理机、网络硬盘录像机、通信管理机、光交换机及相关通信设备（光电转换器、光端盒等）实现数据交换及设备层管理。

2.3 可视化隔离开关及接地操作一体化系统功能

图2 可视化隔离开关及接地操作一体化系统功能图

3 可视化接地系统主要工作原理

3.1 站级管理层基本工作原理

站级管理层工作原理是以工控机，微处理器，逻辑处理器、通信转换设备/接口设备、配置专用闭锁钥匙、专用锁具和锁芯为核心设备，根据站级设备管理特性或用户需求和变配电所实际运行工况，在系统调试前预置闭锁条件或相关处理逻辑条件，条件预置完成后通过微处理器或逻辑处理单元进行存储，通过通信转换设备/接口设备与现场设备进行实通信使现场状态与工控机显示状态保持一致。当现场需要实际操作时，值班人员根据系统权限在工控机控制软件上进行登录，登录完成后对待操作的设备进行模拟操作，模拟操作主要目的是对设备目前所处状态与需操作设备预置逻辑设置的符合性进行验证，如果由于操作人员失误点击等操作设备错误，即会由于逻辑设置-目前设备状态“逻辑不符”的提示对话框，延时后显示操作超时或操作不成功，从而阻止由人为操作失误而引起设备误动作。

实际倒闸操作时，值班人员需严格按照已经模拟操作完成的操作卡片顺序进行操作，且应当派监护人员现场监护，到高压电气设备室需现场就地手动操作一次高压设备时，按照钥匙管理单元的提示将钥匙管理单元插入相应的编码锁内，通过其传感器（有线或无线）检测锁具操作的对象是否正确，若正确则显示可操作提示信息，同时开放锁具闭锁回路或机构解锁成功，这时就可以进行一次设备倒闸操作。

模拟操作单元主要工作原理：首先根据相应系统开发出与主接线图完全一致的一次设备倒闸操作界面，界面中应包含所有具有遥控功能的设备（断路器、隔离开关、接地开关、有载调压开关、快速接地开关、负荷开关等），其表示符号应与综自后台监控单元显示符号保持一致。

钥匙管理单元主要工作原理为值班人员按操作卡片的操作顺序在微机或逻辑控制单元上操作正确后，逻辑处理单元将自动记录当次操作票所列设备操作顺序，并将设备操作顺序进行存储，通过有线/无线通信设备将逻辑控制器记录的操作顺序传给钥匙管理单元，钥匙管理单元收到相关操作记录后，将顺序转化为附有语音提示功能的开锁顺序，当值班人员要操作现场开锁进行倒闸操作时，钥匙管理单元将会发出提示音，值班操作人员按提示音进行相应间隔的开锁工作。开锁前值班人员利用钥匙管理单元与现场锁具进行无线通信核对，当提示音提示核对正确时，表示值班操作人员开锁间隔正确，否则将视为值班操作人员误入间隔。

3.2 可视化隔离开关及接地操作一体化系统基本工作原理

可视化隔离开关及接地操作一体化系统主要设备构架包括：快速接地开关，高清摄像头，带电显示装置，闭锁装置，现场安全环境显示等功能。

铁路电力机车通过接触网供电，供电方式有直供+回流供电方式，也有AT供电方式，目前国内高铁由于电力机车功率大，普遍采用AT供电方式，普速铁路采用直供+回流供电方式。接触网与电源进线之间通过隔离开关实现通断操作和电气隔离。当接触网及其周边电气设备停电检修时，为保证检修作业人员的人身安全，执行接地操作，即采用接地线或接地开关将接触网与地或回流轨短接，消除接触网残压并防止突然来电。

图2 隔离开关遥控合（分）闸流程

可视化隔离接地装置为隔离、验电、放电、接地一体化装置，内置电动隔离开关、电动接地开关、带电闭锁管理单元、放电电阻、安全管控单元、高清摄像头等设备，具有远程隔离开关操作、验电和接地操作、接触网残压自动放电、接触网和接地开关运行参数和视频画面实时上传等功能，能实现隔离和接地操作的全程遥控，具体分为以下三种工况：

（1）可视化隔离开关遥控合（分）闸流程

1、在安全控制系统模拟预演。

2、系统工作站遥控选择对应的隔离开关，向安全控制系统发送遥控合（分）闸申请，安全控制系统进行防误逻辑检查，如果满足操作条件，则允许系统工作站遥控合（分）闸，同时，安全控制系统遥控将安全管控单元解除闭锁，开放开关电动操作动力电源。

3、系统工作站遥控合（分）闸，验电闭锁控制器启动合（分）闸，电动开关执行合（分）闸操作。

4、系统工作站通过视频监视隔离开关触头状态，检查隔离开关已合（分）闸到位，操作完成。

（2）隔离开关就地电动合（分）闸流程

图3 隔离开关就地电动合（分）闸流程

1、在安全控制系统模拟操作，生成符合防误操作逻辑的操作序列，传入手持终端。

2、现场核对可视化隔离接地装置编号，用手持终端对安全管控单元解锁，开放对应隔离开关电动操作动力电源。

3、将远方/接地转换开关旋转至“就地”，将隔离开关控制开关旋转到“合闸”（或“分闸”）位置，启动合（分）闸，隔离开关执行电动合（分）闸操作。

4、检查隔离开关已操作到位，拔出插在安全管控单元的手持终端，远方/就地转换开关旋转到“远方”位置，接地操作完成。

（3）隔离开关就地应急手动合（分）闸流程

图4 隔离开关就地应急手动合（分）闸流程

1、在钥匙管理机获取机械解锁钥匙。

2、现场核对可视化隔离接地装置编号，将可视化隔离接地装置远方就地转换开关旋转到“就地”位置。

3、用机械解锁钥匙将可视化隔离接地装置隔离开关闭锁附件解锁，露出手动操作孔。

4、将手动操作手柄插入手动操作孔。

5、旋转手动手柄，完成隔离开关合（分）闸操作。

6、检查隔离开关已操作到位，将闭锁附件恢复闭锁，就地控制开关旋转到“远方”位置，操作完成。

通过以上三种基本工况下隔离开关/接地开关倒闸操作流程设置，可有效防止人为因素造成的误操作，减少设备发生故障的概率。同时各种操作信息通过视频通信网络实时上传至设备管理人员或调度人员，使各种操作在远程监控下完成，确保各项倒闸操作正确无误。

4 结论

本系统所使用的站级管理软件是基于Windows平台开发前台应用程序,平台与电子钥匙采用有线通信，电子钥匙与现场锁具采用磁卡式接触数据读出方式，实现了铁路供电设备接触网隔离开关可视化接地系统,由于使用了带误防功能、高清摄像头、电子联锁、现场锁具、电气闭锁、电子显示屏显示功能，提高了现场倒闸的安全可靠性，使现场信息与电力调度台信息保持同步，实现了一个应用于计算机技术、数字电路技术、通信技术等可视化接触网开关接地系统。由于使用结构化，模块化设计方法，系统相关硬件易于扩充与更换，有良好的易统维护性，在使用过程中能取得良好的效果。