高速铁路牵引供电系统接触网地震预警断电接口装置研究

邱勇

摘要：利用电磁波波速远大于地震波波速的原理，高速列车在接收到地震报警信号后的紧急处置方案一般有两种形式，一种是在接收到地震报警信息后，通过向列车控制系统发送控制信号实现列车减速或停车;另一种是在接到地震报警信息后，通过向牵引供电系统发送控电信号实现牵引供电接触网断电，从而达到紧急处置和避免次生灾害的效果。本文考虑了安全性和可靠性两个方面，结合我国高速铁路状况，研究了一种具备自动接触网断电功能的装置。

Abstract： Based on the principle that the speed of electromagnetic wave is much higher than that of seismic wave， the emergency treatment plan for high-speed trains after receiving earthquake alarm signals generally has two forms. One is that after receiving earthquake alarm information， the train can decelerate or stop by sending control signals to the Train Control System. The other is after receiving the earthquake alarm information， through the Traction Power Supply system to send control electrical signals to achieve traction power supply catenary power off， so as to achieve emergency treatment and avoid secondary disasters. Considering the safety and reliability of high speed railway in China， this paper studies a device with automatic catenary power off function.

關键词：高速铁路;地震预警;紧急联动;牵引供电系统;信号

Key words： high-speed railway;earthquake early warning;emergency linkage;Traction Power Supply system;signal

中图分类号：TP242                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）24-0170-02

0  引言

我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，是一个震灾严重的国家[1]。历史地震震害记录表明，地震对我国铁路运行安全性的影响不容忽视。随着国家高速铁路的发展与规划与列车速度日益提升，高速铁路地震联动紧急处置技术能够使高速行驶的列车在接收到地震报警信号后立即进行应急联动措施，具备巨大的防震减灾效益。利用高速铁路地震预警监测系统牵引变电接口设备，在保证安全性和可靠性同时实现自动接触网断电功能，能够极大提高高速列车应急联动的时效性。

1  技术原理

高速铁路地震预警监测系统牵引变电接口由处置信号接收模块、继电器组模块、隔离模块和电源模块4部分组成[2]，如图1所示。

图2所示为牵引变电接口驱动状态回采示意图，处置信号接收模块通过串口协议与2台监控主机进行通信，将监控主机发送的串口数据转化成电平信号输出至继电器组模块，从而控制继电器组模块中的地震预警继电器和故障保护继电器动作。处置信号接收模块采用了光电隔离设计，可以保护与其相连的设备，避免过大电压造成设备故障[3]。

处置信号接收模块实现了处置信号逻辑或功能，当有一台监控主机发出处置信号时，控制继电器模块中的所有继电器动作，并通过继电器状态采集接点回采每个继电器的状态，监控主机可以定期通过处置信号接收模块获取继电器状态。

继电器组包括2个地震预警继电器和2个保护继电器，地震预警继电器常态吸起，保护继电器常态落下。2个地震预警继电器用于向牵引供电系统输出接触网断电信号，2个地震预警继电器分别对应牵引变电所的主备高压供电线路。2个故障保护继电器用于在地震预警继电器组出现故障、失去供电的等异常情况下，防止地震预警继电器组向牵引供电系统发送错误的断电信号。

整个牵引变电接口输出的信号状态是地震预警继电器和故障继电器组合后的接点信号状态。牵引变电接口输出常开点接点组合电路如图3所示。在正常工作状态时，地震预警继电器吸起，常开节点保持断开状态，故障保护继电器落下，常开节点保持断开状态，整个输出接点状态为断开状态;当收到紧急处置信号后，地震预警继电器落下，常开节点闭合，故障保护继电器吸起，常开接点闭合，整个输出接点状态为闭合状态。

牵引变电接口输出常闭接点组合电路如图4所示。在正常工作状态时，地震预警继电器吸起，常闭节点保持闭合状态，故障保护继电器落下，常闭节点保持闭合状态，整个输出接点状态为闭合状态;当收到紧急处置信号后，地震预警继电器落下，常闭节点断开，故障保护继电器吸起，常闭接点断开，整个输出接点状态为断开状态。

通过图3、图4可知只需1个故障保护继电器配合地震预警继电器动作就可以输出正确的信号，设置两个故障保护继电器是为了提高故障保护功能的可靠性。如果两个故障保护继电器都没有动作，那么地震预警继电器的动作不会影响牵引变电接口最终输出的信号状态。

2  具体应用

牵引变电接口装置可以安装在牵引变电所内的高速铁路地震预警监测系统现场监测设备监控单元防灾机房。当监控单元中的监控主机判断目前该监测点的地震紧急处置级别[4]达到断电处置阈值时驱动牵引变电接口，并通过牵引变电接口向牵引变电所内的综合自动化系统发送断电信号，从而实现了高速铁路地震预警监测系统与牵引供电系统的对接，达到了高速铁路地震预警监测系统自动断电紧急处置的目的。

一种牵引变电接口实现方式如图5所示，牵引变电接口设置两个地震预警继电器（DZYJJ1、DZYJJ2）常态吸起、两個保护继电器（BHJ1、BHJ2）常态落下（继电器型号为JWXC-1700）和1个检修隔离开关（SA）。牵引变电接口继电器通过监控单元UPS进行供电。SA开关可以使得在检修调试时继电器不会产生任何动作。

表1显示在各种异常情况下，继电器均不会由于异常情况而触发断电，只有地震时才会进行处置动作，且由于每个继电器均为冗余配置，具备故障状态回采点，任意继电器在发生故障时能够及时更换且不影响功能。

3  结语

通过设计一种高可靠性和安全性的高速铁路牵引供电系统接触网地震预警断电接口装置，能够使列车在破坏性地震波到达前采取应急响应措施，最大程度降低地震对列车造成的损害，同时通过在设计时考虑了如何避免误触发断电带来的损失，有效提升高速铁路地震预警应急联动的安全性和可靠性，能够进一步完善高速铁路地震预警应急联动机制，符合实际的工程应用。

参考文献：

[1]王竹华，王大鹏，孙祝友，杜国云.中国陆域近10年地震时空分布统计特征[J].烟台师范学院学报（自然科学版），2005（04）.

[2]刘志明.高速铁路地震预警系统结构与优化[J].铁道通信信号，2019.

[3]林福，罗炳莲，吴玲虹.继电器控制与电机[M].机械工业出版社，2015.

[4]杨长卫，童心豪，连静，何华武，高芒芒.高速铁路地震预警系统三级警报阈值及其处置策略研究[J].铁道学报，2019.