接触网验电放电接地一体化装置设计与实现

徐劲松



接触网验电放电接地一体化装置设计与实现

徐劲松

分析了传统接触网验电放电接地模式存在的安全隐患和不足，应用视频监视和远程自动化控制技术，较好地解决了传统验电放电和人工接挂地线过程中存在地线漏挂、误挂、漏拆、误拆等问题，在保障接地操作安全的同时实现了接触网接地操作的全过程遥控及自动化控制，从根本上消除了人工接挂地线的安全隐患，并有效缩短了作业准备时间，提高了检修作业效率。

接触网；自动接挂地线；操作安全

0 引言

在城市轨道交通接触网线路检修作业中，需要在相关作业区间安装临时接地线，以确保检修人员的安全。在传统的操作过程中，检修人员需携带验电器和接地线抵达现场，人工验电、放电并确认无电后，再进行手动挂接地线，检修任务完成后，需拆除接地线，该过程不仅需要占用较长的本就有限的夜间施工时间，还需专门配备接挂地线人员，同时会存在漏挂、错挂及漏拆地线的重大安全隐患。

城市轨道交通一般采用直流接触网（接触轨）供电，接触网及其周边设备停电后进行检修维护时，为了保证检修作业人员人身安全，需要采取“接地”的安全措施，用接地线或接地刀闸将接触网与回流轨短接，以防止突然来电造成人员伤害。如果误将带正常工作电压的接触网与回流轨短接，将形成短路，造成接触网设备损坏，并危及操作人员人身安全。为避免短路，接触网停电操作需要执行停电、验电、放电、接地的操作流程。

为有效解决上述问题，确保检修作业安全，利用技术手段实现接触网自动验电、放电，自动接挂地线，对地铁用户来说意义重大，因此有必要研究一种接触网验电、放电、接地一体化的全过程快速遥控操作装置。

1 装置组成

验电放电接地一体化装置由电动接地刀闸、直流验电闭锁控制器、显示屏、信号灯、网络交换机、摄像机、温湿度控制器/传感器等组成。网络摄像机用于监控电动刀闸的分合操作过程。

直流验电闭锁控制器是验电放电接地一体化装置的核心控制单元，其架构如图1所示。该控制器集成了输入接点、输出接点、接触网电压测量回路以及通信接口，外置LED显示屏可以实时显示接触网电压值。可视化直流验电放电接地一体化装置还配有温湿度控制器/传感器用于监测和控制接地装置柜内的温湿度。

装置内配置一个网络交换机，该交换机与装置控制器具有接口通信功能，通过端口映射，柜内装置可实现与远方后台的数据交换。装置控制器还配置了2个RS485接口，分别与LED和温湿度控制器/传感器通信，可获取温湿度数据并转发给远方后台控制LED显示内容。

图1 直流验电闭锁控制器架构框图

2 技术原理

2.1 装置原理

该装置的技术原理如图2所示。

1 接触网（或接触轨）；2 回流轨；3 验电放电接地一体化装置；4 上网刀闸；5 接地管理后台系统；6 验电接地控制器；7 放电器；8 接地刀闸；AI 验电接地控制器接触网直流电压验电回路；DI 验电接地控制器开关量输入回路；DO 验电接地控制器开关量输出回路；COM 验电接地控制器通信接口。

直流验电闭锁控制器接入接触网电压，实现接触网电压在线检测和有电判断；同时接入接触网上网刀闸状态，采集遥信，实现运行方式判断。

直流验电闭锁控制器通过通信接口与接地管理后台系统通信，上送接触网电压、上网刀闸和接地刀闸状态，并接收验电和接地操作指令。

直流验电闭锁控制器输出放电控制接点与放电器控制端连接，当接触网验电残压高于有电门槛值时，控制放电器执行放电操作。控制器输出刀闸控制接点与接地刀闸控制端连接，在满足操作条件时控制接地刀闸分合。

放电器主回路一端连接至接触网，另一端连接至回流轨，其主回路接通时实现安全放电。

接地刀闸主回路一端连接至接触网，另一端连接至回流轨，其主回路接通时实现接触网接地。

2.2 工作方法

在需要进行接地操作时，该装置接到远方后台的操作指令，首先对接触网进行验电，如果判断为“有电”，闭锁接地操作机构，禁止操作，有效防止接触网发生带电接地的危险；如果判断为“有残压”，自动启动放电器执行放电，根据放电结果执行后续操作；如果判断为“无电”，则允许接地操作。

接地操作完成后，采集接地位置状态上送至系统后台，后台进行区域接地标记，对接触网接地状态进行实时监测，解决传统接地线漏挂问题。同时将接地刀闸位置状态纳入全线供电安全防误管理中，接地不拆除，禁止向该区域送电，防止发生该类事故。

整个工作过程（包括验电、放电、接地、拆除等环节）都具有完善的防误闭锁功能，包括验电接地联锁、远动控制回路硬接点闭锁、手动操作机构闭锁等强制闭锁功能，无论远方遥控操作还是就地操作，都必须经过系统防误逻辑判断和装置联闭锁双重安全保障，全面防止误操作事故发生。

3 操作步骤

验电放电接地一体化装置的遥控操作流程见图3，具体包括以下步骤：

（1）接地管理后台系统向直流验电闭锁控制器发出“验电”指令。

（2）直流验电闭锁控制器接收到“验电”指令后，执行验电判断。

（3）如果直流验电闭锁控制器检测到接触网电压低于有电门槛值，则向接地管理后台系统发送“接触网无电”信息。

（4）如果直流验电闭锁控制器检测到接触网电压高于有电门槛值，则自动检查上网刀闸是否已断开，如果上网刀闸未断开，则直流验电闭锁控制器判断接触网电压为正常工作电压，向接地管理后台系统发送“接触网有电”信息。

（5）如果直流验电闭锁控制器检测到接触网电压高于有电门槛值，同时自动检查到上网刀闸已断开，则直流验电闭锁控制器自动向放电器发出放电控制指令，放电器执行放电操作。在预设的放电时间内若接触网残压降到验电门槛值以下，则放电成功，直流验电闭锁控制器向接地管理后台系统发送“接触网无电”信息；在预设的放电时间内若接触网残压未降至验电门槛值以下，则判接触网有电，直流验电闭锁控制器向接地管理后台系统发送“接触网有电”信息。

图3 验电放电接地一体化装置操作流程图

（6）接地管理后台系统向直流验电闭锁控制器发出“验电”指令后，若收到“接触网有电”信息，则禁止执行接地刀闸合闸操作；若收到“接触网无电”信息，则向直流验电闭锁控制器发出遥控接地刀闸合闸的操作指令。

（7）直流验电闭锁控制器收到遥控接地刀闸合闸的操作指令后，向接地刀闸发出合闸操作指令，接地刀闸执行合闸操作。直流验电闭锁控制器检查接地刀闸合闸到位后，向接地管理后台系统发送接地刀闸合位信息。

（8）接地管理后台系统收到接地刀闸合位信息，操作完成。

4 应用效果

目前，该装置的相关关键技术均已实现，其产品已经研制完成，并已在宁波轨道交通一号线试点使用。该装置的应用实现了接触网（轨）的远程可视化验电、放电和接地一体化等功能，显著提升了轨道交通供电系统现场检修工作的效率，缩短了作业准备时间，同时保障了现场人员人身安全，有效提升了轨道交通供电系统的安全性。从宁波轨道交通一号线的使用情况看，该装置的应用效果显著，具体包括以下几个方面：

（1）传统的人工挂接地线方式，每个区间通常需要2组共4个人才能完成，验电放电接地一体化装置可通过远程完成相关操作，无需检修人员到达现场进行操作，大大节约了人力成本。

（2）在操作时间上，新装置的应用使现场的接地操作时间从传统的半个多小时缩短至几分钟，留给实际作业的时间更加充足，保障了现场检修工作的质量和效率。

（3）验电放电接地一体化装置的使用，有助于提升轨道交通企业的安全效益和管理效益，实现企业效益的最大化。

5 结语

该装置解决了目前验电、放电和挂接地线必须依赖专业人员的问题，可视化、自动化、智能化的接地操作管理使非专业人员也可正确完成验电放电及接地等一系列操作，减少了专业人员投入，节约了人力成本。该装置的应用也大大缩短了作业准备时间，增加了现场有效作业时间，提高了工作效率，具有较大的经济效益、社会效益和较高的推广价值。

[1] 温清. 关于地铁车辆检修制度[J]. 城市地铁研究，2004，7（4）：58-60.

[2] 耶旭强. 动车组检修作业管理手持终端应用[J]. 铁路计算机应用，2013，22（1）：37-39.

[3] 陈坚. 基于RFID的车辆检修人员定位与管理系统设计[J]. 铁路计算机应用，2011，20（12）：24-26.

[4] 倪硕. 南京地铁接触网停电挂接地线检修流程优化[J]. 交通企业管理，2013，28（4）：57-59.

[5] 张建昭. 宁波地铁车辆段检修作业安全联锁管理系统[J]. 电气化铁道，2015，26（2）：40-42.

[6] 冯亚军. 浅议地铁车辆段/停车场行车安全管理[J]. 交通建设，2015.

[7] 严永乐. 铁路电气化接触网停电施工挂接地线问题探讨[J]. 铁道通信信号，2009，45（4）.

[8] 赵海军. 地铁带接地刀闸隔离开关接地方式的探讨[J].电气化铁道，2009（2）：33-35.

[9] 孙彰林，何颖. 地铁供电系统可靠性设计[J]. 现代城市地铁，2006（1）：14-16.

[10] 刘开国，邓东军. 重庆地铁2号线供电系统倒闸优化分析[J]. 现代城市地铁，2009（4）.

The paper analyzes the safety hazards and disadvantages existed in the traditional mode for verification of live parts, discharging and earthing, illustrates that the issues of miss hanging, incorrect hanging, miss dismantling and incorrect dismantling of earthing wires existed in the traditional mode for verification of live parts, discharging and earthing are solved by application of video monitoring and remote control technologies. In addition to guarantee the safety operation of the earthing system, the control technologies realize the whole process control and automatic control of overhead contact system earthing, eliminate completely the safety hazards which may occur during manual hanging of the earthing wires, shorten effectively the operation preparation time and heighten the inspection operation efficiency.

Overhead contact system; automatic connecting and hanging of earthing wires; operation safety

U231.8

B

1007-936X(2017)03-0014-03

2016-09-12

徐劲松.宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司，高级工程师，电话：18868651919。