地铁车辆检修库接触网新型接地开关柜设计方案

喻 奇

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉∥高级工程师)

1 地铁车辆检修库停送电作业存在问题

目前,我国地铁车辆检修维护工作主要依靠人工操作。在安全防护方面，检修库内接触网的停电和验电,以及临时接地线的挂接、接触网送电等工作通常也是靠人工现场完成。在作业过程中，检修人员可能会由于疏忽大意、精神疲倦、沟通不畅等因素而造成误操作，导致发生安全事故[1]。车辆基地检修库停电、接地和送电作业存在的问题主要包括以下2方面。

1.1 安全风险问题

1) 检修作业人员容易走错股道或列位，误闯入带电区域，发生在接触网接地时送电或在接触网带电的情况下误挂接地线等误操作[2]。

2) 检修高平台通道门未与接触网停送电状态形成有效的联锁，容易出现检修人员在接触网未停电的情况下登上高平台作业的情况。

3) 现场作业流程太依赖于人工管理，工作票要求内容没有与实际工作内容形成有效的技术关联。若现场作业人员不按照工作票规定顺序操作，将会带来重大安全隐患。

1.2 效率低下问题

1) 现场接地采用传统人工作业，需人工领取接地棒，用完交还原位,流程循环往复、耗时费力。

2) 检修库线接触网停电接地和送电需分别开工作票，流程繁琐。

3) 作业流程及过程控制管理缺乏可追溯性，不利于强化管理、规范操作[3]。

我国已开通的地铁线路中，接触网专业检修时接触网停电并挂接地线的作业(以下简称“停挂作业”)均采用自挂自拆的组织方式，即由检修人员自行完成接地线的挂拆作业。而各地对非接触网专业进行停电和接地作业的组织方式存在较大的差异：广州和深圳的城市轨道交通运营单位规定由接触网专业人员配合完成接地线的挂拆作业；上海和重庆的城市轨道交通运营单位则规定采用自挂自拆的组织方式，由各专业检修人员自行组织接地线的挂拆作业[4]。

2 检修库接触网停挂作业需求

地铁检修库的车辆检修和库线接触网检修均有停挂作业需求。车辆检修几乎每天都需进行，若车辆检修作业时检修人员与接触网带电设备间保持足够的安全距离，对接触网的带电状态不作要求，则无需进行停挂作业[5]。在对地铁车辆受电弓和车载空调等车体顶部设施进行检修维护时，车辆检修人员通常需要在登高平台上作业，因而需要实施停挂作业。此外，在进行检修库架空接触网及其库前隔离开关检修时，也需实施停挂作业。

需挂设接触网的地铁车辆检修库包括停车列检库、双周/三月检库、静调库、定修库、吹扫库等。既需挂设接触网又需设置高平台的地铁车辆检修库主要为双周/三月检库、定修库、吹扫库，部分停车列检库的少量列位可能需要局部设置高平台，用于检修受电弓。所有挂设接触网的地铁检修库均涉及停挂作业，尤其是设置高平台的检修库，更应进行重点安全管控。

3 现行检修库接触网的停挂作业流程

地铁车辆基地通常设置微机防误闭锁装置系统。该系统主要采用对需要闭锁的操作把手加装锁具的方式，对手动操作作业实施强制闭锁，用以强制操作人员遵照安全管理规定的要求操作。操作人员必须按既定的安全操作程序先模拟预演、验票后,才能对接触网供电设备进行手动操作。

3.1 常规停挂作业流程

目前现场实施的常规停挂作业流程较为繁琐。以设置高平台检修列位的停挂作业流程为例，检修人员的具体作业流程如下：①去DCC(车辆基地控制中心)调度室申请开具工作票,经微机防误闭锁装置系统模拟验证后，领取微机防误操作系统的五防电脑钥匙;②打开检修库器具存放柜，取出验电器、绝缘鞋和绝缘手套，并穿好绝缘鞋,戴好绝缘手套;③操作对应列位的接触网隔离开关分闸;④用验电器给对应列位接触网验电，确认对应列位接触网处于无电状态;⑤合上对应列位的接触网验电锁，取出对应列位的接地棒;⑥将对应列位接触网和钢轨可靠挂接到一起;⑦打开对应列位的高平台通道门;⑧将验电器、绝缘鞋和绝缘手套一并放回器具存放柜;⑨确认操作完成，开始登台检修。

3.2 送电流程

在检修人员登台作业结束后，还需进行同样繁琐的送电流程，具体的执行流程如下：①再次去DCC调度室，交还停挂作业时领取的五防电脑钥匙，并申请送电工作票。经微机防误闭锁装置系统模拟验证后，重新领取五防电脑钥匙;②打开检修库器具存放柜，取出绝缘鞋和绝缘手套并穿戴;③到对应列位的高平台通道门处检查五防锁，确认高平台及车顶的人、物均出清;④用五防锁锁好高平台通道门;⑤拆除对应列位的接地棒，并放回原处;⑥合上对应列位的接触网开关;⑦将绝缘鞋和绝缘手套放回检修库器具存放柜;⑧确认上述操作均已完成后，检修人员第3次去DCC调度室，交还五防电脑钥匙并销点。

根据调研和走访得知，每次开工作票取五防电脑钥匙，耗时约为5 min，往返2次，共计10 min；整个挂拆接地棒相关流程耗时通常约为20 min，因而单次停挂作业的总耗时通常约为30 min。

4 接触网安全接地联锁方案研究

4.1 接地开关柜成套装置设计的必要性

随着各城市轨道交通运营单位对地铁车辆登顶检修作业安全管理的重视，引入电力系统广泛采用的停送电防误系统(又称五防联锁系统)，并与门禁系统相结合，可基本确保登顶作业人员的人身安全。但目前各地主要依靠隔离开关分/合位置来间接判断接触网的断/送电状态，缺乏直接对接触网进行实时检测的手段。如果该系统仅采用表征接触网开关位置状态的辅助触点信息作为判断依据，其可靠性存在缺陷，可能导致接触网带电状态判别错误，进而引发安全事故[6]。

当前车辆基地检修库接触网停挂作业存在2个较为突出的问题：一是人工挂接地棒耗时长、作业流程繁琐；二是检修库接触网安全接地联锁方案没有与对应接触网开关状态和带电情况形成直接关联。因此，采用电动接地装置替代人工挂接地棒成为大势所趋，接地开关柜成套装置由此应运而生。

4.2 接地开关柜成套装置的设计思路

4.2.1 优化接触网隔离开关和接地开关的操作逻辑

采用二次控制电缆将接地开关柜与对应列位接触网隔离开关的电动操作机构箱相连，实现在接地开关柜柜面操作面板上控制接触网隔离开关的分/合闸。利用接触网隔离开关分/合位辅助触点和接地开关柜的分/合位辅助触点作为2个开关的联锁条件，其联锁逻辑如图1～2所示。同时，将接触网隔离开关的分/合位、外部电源失电、微型断路器跳闸、机构动作超时、转换开关远方位置、手动位置等状态信息传送至接地开关柜，并在接地开关柜柜面予以显示。

图1 接触网隔离开关操作逻辑

图2 接地开关操作逻辑

4.2.2 设置双电压传感器

接地开关柜设置双电压传感器，对接触网电压进行测量。只有当2个电压传感器测量值之间的差值在测量误差允许范围内时，才认为测量值准确有效。其取平均值并与设定的验电门槛值进行对比，以判别接触网是否处于带电状态。若判别结果为接触网无电，则高压侧带电闭锁解除；若判别结果为接触网有电，则需投入放电回路，以泄放残压。

4.2.3 配置插入式的机械联锁装置

配置插入式机械联锁装置，接地开关柜安装该联锁装置的电磁锁部分，高平台通道门处安装该联锁装置的机械锁部分。只有当接地开关处于合闸位置时，才能拔出接地开关柜柜面上的联锁钥匙，然后才可用该钥匙去开高平台通道门，将该钥匙插入通道门的机械锁，以交换出安全钥匙。安全钥匙从机械锁中取出后，联锁钥匙被限定在机械锁内，且机械锁无法锁上。检修人员随身携带安全钥匙。联锁钥匙和安全钥匙互不通用。待登台检修完成后，只有当安全钥匙插回对应通道门的机械锁并锁好后，才能取出联锁钥匙。将联锁钥匙插回接地开关柜，才能使接地开关分闸。

4.2.4 设置双面显示屏

接地开关柜柜顶面和高平台均设置双面显示屏，根据接地开关柜内的逻辑判别可醒目显示出接触网有电、无电、接地及异常状况等信息。

4.2.5 设置可编程逻辑控制器(PLC)

接地开关柜利用PLC采集对应列位接触网隔离开关的状态信息，同时采集本柜的各项信息。PLC配置有RS 485通信接口，可通过通信线缆与车辆基地检修作业安全联锁管理系统进行信息交互。

根据各地的安全联锁管理系统管控要求确定是否将停挂作业后送电环节纳入开关操作逻辑，如图1和图2内虚框所示。

4.3 接地开关柜成套装置的安全联锁方案

接地开关柜成套装置包含接地开关柜、插入式机械联锁装置和高平台带电状态显示屏等，其安全联锁方案构架如图3所示。

图3 接地开关柜成套装置的安全联锁方案构架

5 优化后的检修库接触网停挂作业流程

采用上述新型接地开关柜成套装置后，检修库接触网停挂作业流程可减少以下环节：无需用验电器验电；无需穿戴绝缘鞋和绝缘手套；无需取还接地棒；无需往返调度室开送电工作票。

优化后检修人员停挂作业的操作流程如下：

1) 去DCC调度室申请开具工作票，领取对应列位接地开关柜的五防电脑钥匙。根据安全管控的需要，闭锁对应接触网隔离开关合闸。操作约需用时2 min。

2) 携带领取的五防电脑钥匙去对应检修列位轨旁，打开对应接地开关柜的操作面板门。操作预计用时2 min。

3) 在接地开关柜的操作面板进行如下操作：分接触网隔离开关→放电(若验电不通过)→合接地开关→取下联锁钥匙→用五防锁锁住操作面板门。操作预计用时2 min。

4) 携带联锁钥匙至对应高平台通道门处，打开机械锁，交换出安全钥匙。操作预计用时1 min。

5) 检修完成后，确认高平台和车顶的人、物均出清，用安全钥匙交换出联锁钥匙，同时将高平台通道门锁好。操作预计用时1 min。

6) 用五防电脑钥匙再次打开对应列位接地开关柜的操作面板门。检修人员按下申请送电按钮，经调度员通过视频再次确认高平台和车顶的人、物已出清后，在安全联锁管控系统上解除接触网隔离开关合闸闭锁。操作预计用时3 min。

7) 将联锁钥匙插回接地开关柜原位置，并在操作面板操作先分接地开关，再合接触网隔离开关，确认接触网送电成功后，再用五防锁锁好接地开关柜操作面板门。操作预计用时2 min。

8) 将五防电脑钥匙交还至调度室，并销点。操作预计用时2 min。

采用优化后的流程进行停挂作业，综合耗时约为15 min,相比现行的常规操检修人员作流程，作业效率大为提升。

6 结语

本文所述的接地开关柜成套装置，其电气关联闭锁不依赖于安全管控系统，仅需在安全管控系统中正确设置五防锁确保检修列位与接地开关柜之间的对应关系[7]，从而可最大限度地避免由于工作配合失误而导致的安全风险。同时，该新型装置采用电动接地装置替代人工挂接地棒，大大提升了停挂作业的工作效率。

与依靠传统五防锁实现停挂作业的方案[8-9]相比，本方案的作业时间大为减少。此外，相比依靠DCC检修调度员远程遥控实现停挂作业的方案[10]，本方案更为安全可靠，检修人员的人身安全无需完全依赖调度员保障。这既减轻了调度员的工作压力和工作量，又不影响停挂作业的工作效率，更符合“以人为本”的设计理念。

针对不同的运营管理需求，还可以在接地开关柜内加装监视开关位置状态的摄像头，采用光纤通信方式将视频信息传输给车辆基地安全管控系统，对车辆基地安全管控系统开放相关库内接触网开关和接地开关的控制权限，进而实现接地作业的可视化。若完全采用车辆基地安全管控系统远程实现停挂作业，还需在检修库加设摄像头，监视对应的列位车顶和检修高平台，并且将该视频信息接入安全管控系统，用以确认停电前接触网降弓状态，以及送电前车顶和检修高平台的人、物出清。