接触网远动隔离开关存在问题的分析与建议

陈晓红

0 引言

在电气化铁道中，分布在复线区段、枢纽站场、V停、电分相、柱上式分区所等处的接触网隔离开关，由于数量多、分布范围广，检修、操作不便，需要利用远动进行操作。以变电所、分区所电分相处在列车前进方向一侧设置的纵向联络隔离开关为例，当电力机车被迫停在接触网分相中性区内，等救援机车赶到现场并将机车拉出中性区往往需要40～50 min，而在确认了机车停车位置和离开无电区的方向、满足取流条件和不至于造成相间短路的条件下，利用远动操作合上隔离开关，使电力机车升弓取流继续运行，当机车受电弓离开电分相中性区后，随即断开隔离开关，恢复正常运行方式，整个过程仅需0.5 min。

接触网远动隔离开关能够实现快速有效地平衡上下行列车对数、保障列车通行、缩小事故范围、隔离故障、分段作业等目的，实时保证其远动功能良好，有着十分必要的意义。

1 现存问题分析

从设备运行情况来看，部分接触网远动隔离开关在关键时刻（如越区供电或列车停在无电区时）通过供电调度远动操作，及时送电，导通了线路，为确保正常的运输秩序做出贡献，但在运行、检修、应急抢修时，也会经常出现远动操作失败，经分析主要原因有以下几方面。

（1）电缆和光缆线路过长易出故障。目前接触网远动隔离开关普遍存在开关距离主站（分区所、变电所、接触网开关站等）较远的情况，导致相应的电源电缆、控制电缆或光缆太长，有的长度超过4 000 m，且要在铁轨下穿越，电缆、光缆经常被施工单位或其他部门挖断、损坏。

受现场地形条件的限制，当电缆出现问题后故障点不易查找，且修复困难，严重影响了远动功能。某箱式分区所 2#隔离开关和 2#负荷开关曾出现控制电缆故障，通过电缆故障定位仪现场测试，测出2#隔离开关控制电缆故障点在离分区所约50 m处，2#负荷开关控制电缆故障点在距分区所1 450 m处（该隔离开关的电缆总长约3 000 m）。由于2#隔离开关电缆在铁轨下穿越，无法找到故障点的具体位置，对此重新敷设一根新电缆给予修复；由于 2#负荷开关电缆敷设在灌木丛中，故障点位置不易判断，在距分区所1 450 m处截断电缆，在分区所端和负荷开关端重新测故障点距离，在测量故障点挖开后发现有2 m长的电缆已烧损，对控制电缆烧损部分进行更换。

（2）远动通道时有不通。远动通道是接触网远动隔离开关子站与调度主站的神经，它的通信质量会直接影响到供电调度的遥控和事故处理速度，目前远动通道有2 M光纤、64 k数字、4线音频等几种通讯方式。通道点多线长，经常出现通道不通的情况。其中64 k数字电路组网方式、音频均为点对点结构，安全性较差，不具备环状保护功能，且传输带宽过窄，当传输的远动信息量大时，由于带宽限制，信息不能及时传送，出现不能远动的故障，不适合目前数据传输要求。64 k和音频电路属于半模拟电路，受环境影响较大，特别是目前电气化铁道使用的高电压，对电路影响较大，电路下部线为电缆线，电缆线及相关基带Modem等设备容易受电磁干扰影响，易出现远动信息不能传输的故障。由于缺少必要的测试手段，64 k和音频电路没有专用的仪表，电路出现故障时很难定位。

（3）开关的低压配电设备抗过压保护性能较差。主站和子站相关低压配电设备抗过压保护性能较差是导致隔离开关误动作、低压配电设备烧损的一个主要原因。某接触网开关站的 K03#隔离开关因喜鹊造成接触网短路接地，引起变电所跳闸，故障跳闸电流达到3 150 A，经分析隔离开关控制箱外壳接地与隔离开关接地连在一起，当短路电流经短路点流过机构箱向大地疏散时，机构箱电位升高，最高达到交流1 124 V，此时隔离开关控制回路感应电压达到176 V，脉冲启动开关，使电动机自保持回路完成开关由合到分，K03#隔离开关自动分闸，造成站场接触网停电。

（4）RTU终端系统装置运行不稳。RTU终端后台机死机、电源故障也是导致接触网隔离开关远动操作失败的原因之一。如某线分区所投运伊始，其分区所内监控程序频频出现自动退出，导致远动通讯中断，经总结程序退出有以下几种情况：工控机在电源正常的情况下自动关机而未能自动启动、虚拟内存不足造成系统不能正常运行、系统进程错误、监控软件遇到问题需要关闭程序等。

2 建议与措施

为提高接触网隔离开关远动性能的可靠性，使设备抗干扰性强、能满足恶劣的工业控制环境及电气化铁道运行环境的要求、能实现采集信号的远距离传输、具备防雷电及过电压反击的功能，结合既有经验，根据现行技术要求，在此提出应用CDMA网络进行接触网隔离开关无线远动操作的建议，以解决接触网远动隔离开关存在的问题。

应用CDMA网络的接触网隔离开关无线远动系统由调度中心、无线通道和RTU 3部分组成，结构如图1所示。

无线远动隔离开关监控装置主要由可编程控制器（PLC）、UPS不间断电源、CDMA 1X调制解调器、输出驱动与输入缓冲、防雷击器件5部分构成。该系统的特点能够克服前述接触网远动隔离开关存在的问题。具体如下：

（1）设计时可尽量减小无线远动隔离开关监控装置的体积，将其安装在隔离开关的操作机构箱旁边，避免因控制电缆、电源电缆或光缆过长易出现故障的问题。

（2）CDMA 1X调制解调器采用CDMA 1X通信技术，利用CDMA 1X网络强大的功能，实现与调度端的无线网络连接，可以与控制中心的监控主机实时在线通讯。CDMA公用移动通信平台覆盖面广、可靠性强、通信质量稳定、不受地域和距离限制，能够解决远动通道及其相应的通讯设备运行不稳的问题。

（3）现场采用多种防干扰措施，实现设备在露天恶劣环境下的安全运行。装置的输出和输入电路均采取两级隔离方式，以提高抗干扰能力和可靠性。输出的前级隔离为可编程控制器 PLC内部继电器，第二级驱动继电器为进口大容量中间继电器，能直接驱动带储能的隔离开关操作机构。输入的前级隔离为中间继电器，后级为可编程控制器内部光电输入隔离。该方式将强、弱电部分实现了完全的物理隔离，最大限度地保护装置免受外界强电损坏。由于装置工作在野外露天环境下，在电源输入部分和 CDMA 1X调制解调器天线处均加装了防雷器件，一旦发生雷击，可以保护装置不受任何损害，从而克服了开关低压配电设备抗过压保护性能差的问题。

图1 接触网隔离开关无线远动系统结构图

（4）可编程控制器（PLC）由于采用现代大规模集成电路技术，严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用 PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障率也就大大降低，它具有强大的通信能力，即可独立运行，又可作为远方终端连成网络来完成分布式控制任务。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。克服了RTU终端系统装置运行不稳的问题。

3 结束语

综上所述，提高接触网隔离开关的远动可靠性，需要在通讯方式、技术、设备等方面加强技术革新和改进。鉴于CDMA移动公用通讯平台具有无需单独组网建设和专门维护、不受各种客观因素的影响、数据传输速率高、抗干扰能力强等优点，建议采用CDMA网络无线远动方式操作隔离开关实现倒闸操作，以确保牵引供电安全可靠。可作为一项科研项目在现场进行试验，在试验过程中不断改进。相信随着科技的发展，接触网远动隔离开关会以更加完善的设备性能为铁路牵引供电事业做出更大的贡献。

[1]王佩雷，陈宇.接触网无线远动隔离开关研究[J].铁道标准设计，2009，（8）：106-109.