接触网可视化接地系统的应用及建议

邓良任，刘崇山，覃绪荣

（南宁轨道交通运营有限公司，广西 南宁 530000）

0 引言

接触网的安全运行对城市轨道交通的运行与安全有着非常重要的意义，接触网的安全运行离不开高质量的检修。在检修过程中，需要在作业区间内装设临时接地线，保障检修人员的安全[1]。传统接触网接地操作的安全保障主要依赖于管理手段，没有防止误操作的技术保障措施，容易出现接地线漏挂、误挂、漏拆、误拆等安全隐患[2]，缺乏有效的技术手段进行安全管控，增加了误操作的风险。近年来，国内各地铁运营公司利用接触网可视化接地系统来改进传统接触网接地操作方式，有效提升接触网接地操作效率、保障作业安全。

南宁地铁3 号线接触网可视化接地系统于2020年完成改造并投入运营，已进行了近3 年的运行检验。重点探讨南宁地铁3 号线接触网可视化接地系统组成及运行模式，通过分析系统特点、应用效果，提出了可视化接地装置接入PSCADA 系统集成的方案和可视化接地装置智能运维管理的建议。

1 系统组成及运行

1.1 系统组成

南宁地铁3 号线接触网可视化接地系统基于OCC 集中管理、分层布置的设计原则，设置了中央管理层、站级管理层、现场设备层共计三层系统结构，如图1 所示。中央管理层具备中央级远控操作和监控功能，各站级管理层具备远程、当地操作和视频监视功能，现场设备层具备当地操作及紧急操作功能。

图1 可视化系统网络结构图

中央管理层设置在控制中心，配置1 套中央监控主站，服务器采用双机主备冗余设计，为整个系统提供数据存储和系统应用服务，对全线接触网可视化直流验电接地装置进行远程操作及相关作业过程的安全管控。

站级管理层配置在正线牵引车站控制室，主要包括操作终端、通信柜及钥匙管理机等。每个车站配置1 套站级监控子站，以实现本站可视化直流验电接地装置站级监控。

现场设备层设置在轨行区旁，主要包括可视化直流验电接地装置、网络高清摄像机及带电显示屏。可视化直流验电接地装置分别安装在接触网上网点隔离开关旁，联络线及出入段线分段绝缘器两侧，具备接触网远方与就地验电接地功能。为确保隔离开关刀闸分合到位，在每套接触网上网隔离开关刀闸附近安装一台网络高清摄像机，以监测上网隔离开关刀闸分合是否到位。

1.2 系统运行

可视化接地系统支持远方电动、就地电动、就地手动等多种操作方式。基于多线程并行操作原理，设计可视化接地系统远方电动控制程序，实现各站接地装置并行控制。在接到接触网停电申请或者按照停电计划，电力调度员能够通过程控卡片一键远程发布全线接触网接地、拆地指令。当接地装置接收到接地指令后，接地装置进行强制验电、放电及接地操作，快速完成地线接挂。当作业结束后，电力调度员通过程控卡片一键远程发布拆地指令，实现全线接触网地线拆除。

可视化接地系统具备完善的防误操作功能。可视化接地装置内置高清摄像头，通过视频智能技术识别接地刀闸状态，并将识别结果上传至验电闭锁控制器。可视化接地装置通过硬线采集隔离开关辅助接点信号，并将采集、检测结果上传至验电闭锁控制器。验电闭锁控制器综合判断来自视频分析识别和辅助接点检测获取的接地刀闸状态，实现接地刀闸状态非同源双确认，原理如图2 所示，从向确保接地操作安全、可靠。同时摄像头将拍摄的监控视频上传可视化接地系统后台，电力调度员能够通过可视化接地系统操作终端实时监视接地装置接地刀闸、隔离开关刀闸状态，进一步提升接地操作可靠性。

图2 非同源双确认原理图

通过可视化接地系统，电力调度员能够闭环管控整个挂/拆接地线作业过程，实现了远程监管代替传统现场人工监管的转变，有效防止接地线漏挂、误挂、漏拆、误拆等安全隐患发生。

2 应用效果分析

2.1 安全性方面

传统方式完全依靠组织措施和管理措施保证安全，而可视化接地系统具有在线验放电、远程可视操作、验电接地联锁、刀闸地刀联锁、控制回路硬节点闭锁、唯一操作权管控、站间设备联锁、接触网电压显示等防误技术措施，且具备遥视、遥信、遥测等监控功能。通过系统可预防或避免接触网运行中经常出现的带地线送电、带电挂地线、工作票错误等事故，减少事故发生带来的人身伤亡或设备损坏，有效提高作业安全。

2.2 工作效率方面

在保障安全的基础上，传统方式完全依靠人工操作每次停电挂地线需要60 min，可视化接地系统通过程控卡片开展可视化接地系统远方电动操作，一键实现接触网挂拆地线，将操作时间缩短到5 min 以内，缩短安全防护准备时间，天窗有效作业时间从180 min延长至235 min，天窗利用率由68.42%提高至97.36%，大幅度提高工作效率，具体对比见表1。

表1 工作效率对比表

2.3 创新管理模式

传统接触网接地方式由接触网检修人员现场挂/拆地线，整个过程采用人工传递指令、人工操作、人工监管的管理模式，存在主观性强、效率低、出错率高等问题。接触网可视化接地系统依托电子信息网络技术，采用双回路自动验电放电、安全闭锁、防误操作等可靠性较高的技术，实现远程遥控完成接触网挂/拆地线作业。地铁运营公司通过采用电子化、信息化、网络化的闭环管控流程代替传统人工管理模式，简化作业流程，提高作业效率，提升作业安全质量，改进了传统接触网接地操作方式，创新了管理模式。

3 可视化接地系统建议

接触网可视化接地系统应用效果明显，总结多年的运营维护管理经验，分析了可视化接地系统独立组网的不足及运营对可视化接地装置可靠性更高的需求，提出可视化接地系统接入PSCADA 系统集成的方案和可视化接地装置智能运维管理的建议。

3.1 优化可视化接地系统组网方案

当前可视化接地系统普遍采用独立组网方案，存在系统集成化不高、施工难度大、投资高等方面的不足。执行接触网停电检修作业时，电力调度员在操作综合监控系统完成变电所DC1500V 开关柜停电的操作，然后通过接触网可视化接地系统完成接触网设备验电接地，上述两套操作系统为独立设置，不能实现信息的互联互通，须按照先后顺序来操作，核对信息较多，操作时间较长。

建议研究可视化接地系统接入变电所PSCADA系统，将可视化接地系统集成于PSCADA 及综合监控系统的监控界面，从而实现综合监控对可视化接地装置的远程监控和控制。其中，可视化接地系统的遥控数据接入车站变电所PSCADA 系统通信管理机，由变电所PSCADA 系统将数据传至综合监控系统；可视化接地系统的视频监控数据通过光纤、光电转换器直接接入各车站CCTV 服务器，由综合监控系统从站级CCTV 服务器获取视频数据。通过系统集成，实现变电所DC1500V 直流设备柜及接触网可视化接地装置一键停电接地，不仅减少了系统操作时间，而且有效降低系统和设备数量，提升供电系统自动化及安全保障水平。

3.2 提升系统智能化水平

接触网接地是保障现场检修作业安全的重要手段，接地可靠性直接影响设备的安全运行和检修作业人员的人身安全。虽然可视化接地装置采用了双回路自动验电放电、安全闭锁、防误操作等可靠性较高的技术，一定程度上提升了接地操作可靠性，但是可视化接地装置的智能运维等方面仍存在较大提升空间。

建议采用从接触网下引电缆、接地装置及装置到回流轨电缆的回路自动化检测技术，对一次电缆、电缆头及接地装置开关合闸状态自动检测，有效防止因电缆断线或开关合闸不到位导致接地状态不可靠问题出现。通过增加在线3D 成像、智能感应设备及声谱诊断设备等技术和方式，对系统可视化接地装置的运行数据进行收集，并运用大数据进行分析，及时掌握接地装置健康状态及维护关键参数，并给出维护检修指导意见，实现接地装置全生命周期管理，减少维护工作量，延长系统的使用寿命，切实提升系统智能运维水平，有利于降低运营维护成本，提高巡检工作效率和质量，保障地铁运营安全。

4 结语

随着城市轨道交通智能化水平不断提升，接触网可视化接地装置凭借其良好的安全性、可靠性以及实用性，在全国城市轨道交通范围内应用越来越多，有效提高了设备检修作业安全和检修效率，节约成本。基于南宁地铁实际应用效果，通过分析接触网可视化接地系统特点、应用效果及系统运维状况，提出可视化接地装置接入PSCADA 系统集成的方案和可视化接地装置智能运维管理的建议，对后续城市轨道交通可视化接地系统的实施具有参考和借鉴价值。