城市轨道交通接触网可视化隔离开关选型分析

摘 要：随着城市轨道交通的不断发展，如何提高接触网隔离开关设备接地的安全可靠性及运维效率，同时降低成本是亟待解决的关键问题之一。该文针对正线及车辆基地检修库接触网可视化隔离开关选型方案进行分析，多角度论证方案的优缺点，对于正线可视化隔离开关方案，从产品性能、经济性、增加系统的可靠性，以及提高检修维护效率的角度，可考虑选用双刀型式三工位隔离开关柜；对于车辆基地检修库，可根据实际情况选择合适的可视化接地方案。相关研究结论可为DC1500V线路接触网可视化隔离开关选型提供参考。

关键词：城市轨道交通；接触网；隔离开关；可视化；选型方案

中图分类号：U225.45 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）31-0105-04

Abstract： With the continuous development of urban rail transit， how to improve the safety， reliability and operation and maintenance efficiency of the grounding of catenary isolating switch equipment， while reducing costs， is one of the key issues that need to be solved urgently. This paper analyzes the selection scheme of visual isolating switch for the contact line of the main line and the vehicle base maintenance warehouse， and demonstrates the advantages and disadvantages of the scheme from multiple angles. For the main line visual isolating switch scheme， from the perspective of product performance， economy， increasing system reliability and improving maintenance efficiency， a double-pole type three-position isolating switch cabinet can be considered; for the vehicle base maintenance warehouse， an appropriate visual grounding scheme can be selected according to actual conditions. Relevant research conclusions can provide reference for the selection of visual isolating switches for DC 1500V line contact network.

Keywords： urban rail transit; catenary; isolating switch; visualization; selection plan

随着城市轨道交通的不断发展，为进一步缓解城市交通压力，地铁列车越发趋于发车早、收车晚的运行模式，进而导致留给线路设备的检修时间越来越少。如何能够在有限的时间空间内压缩检修时间，安全、可靠、简单地完成对设备的检修，降低运营的工作强度，成为城市轨道交通发展急需解决的问题之一。在既有的接触网检修过程中，为保证工作人员安全工作，必须确保接触网先停电并挂接地线后，检修人员方可进入相关区域进行检修作业，且必须在检修工作结束后拆掉地线并为接触网送电[1]。隔离开关作为接触网专业重要的电气设备，其设计方案直接影响到线路运行安全及运维效率，传统的接触网接地方式为人工接地方式，其人力成本高、工作效率低、存在一定的安全隐患，而接触网可视化自动接地系统可以有效地弥补传统接地方式的不足[2]，已在全国多个城市的轨道交通推广应用。

目前，国内接触网可视化自动接地系统大多采用与接触网隔离开关分开设置的方案，需单独设置一面可视化接地柜，为进一步提高设备安全可靠性，减少设备安装空间，节省投资，有必要针对可视化隔离开关设计方案展开研究，以保证安全性、提高运维效率。

1 正线接触网可视化隔离开关设计方案

对于牵引供电采用DC1500V供电制式的线路，正线接触网一般在设牵引变电所的车站列车进站端设置绝缘电分段，牵引变电所引至正线接触网绝缘电分段两端的上网及联络开关采用电动隔离开关，在既有的地铁线路中，根据工程特性户外型隔离开关及户内型隔离开关柜均有应用。

接触网隔离开关与可视化接地系统设置方案主要有以下2种。

方案一：隔离开关与可视化接地柜独立设置方案。

对于正线车站1处上网点设置2台上网隔离开关+1台联络开关+2台可视化接地柜，一次接线原理图如图1所示。本方案隔离开关与可视化接地系统独立设置，设备数量多，占用空间大，运维工作量大；开关柜之间连接电缆多，施工难度较高；同时设备间只能采用电气互锁或闭锁，无法实现机械互锁。

图1 独立设置方案一次接线原理示意图

本方案目前应用较为广泛，多应用于未设置可视化接地系统的既有线改造及在建工程的补充设计方案。

方案二：隔离开关与可视化接地系统一体化设置方案。

随着技术的不断发展，城市轨道交通对接触网隔离开关及可视化系统设备提出了更高的要求，为进一步提升安全可靠性、降低建设成本，考虑将隔离开关与可视化接地系统一体化设置。本方案包含2种设计方案：一种为双刀型式三工位隔离开关，另一种为单刀型式三工位隔离开关。

1.1 双刀型式三工位隔离开关

通过将2台双刀三工位直流隔离开关+1台联络开关及控制装置一体化设计为一面隔离开关，实现馈线输出、越区支援供电、可视化接地功能。一次接线原理图如图2所示。

主刀开关与接地开关之间安装有可靠的机械限位装置，防止出现隔离刀机械过位情况；主刀开关与接地开关之间安装有可靠的机械互锁装置，主刀开关与接地开关可以同时分闸，但每次只能合闸一把刀，保证供电系统安全、稳定。

双刀三工位直流隔离开关和越区开关（联络开关）之间实现机械互锁，当越区开关处于合闸位置时，2组馈线的接地开关无法进行合闸；当任意一台馈线接地开关处于合闸时，越区开关（联络开关）无法进行合闸。

图2 双刀型三工位隔离开关一次接线原理示意图

双刀三工位直流隔离开关和越区开关（联络开关）之间实现电气互锁，通过机械、电气互锁的形式保证供电系统可以稳定、可靠的运行。

本方案的技术特点如下：①开关柜整体尺寸较小，可有效节省安装空间。②开关柜内部实现所有电气间的连接、闭锁等功能，可降低现场施工难度与强度。③隔离开关的馈线主刀、地刀、联络开关均为独立单元，安全运行系数较高。④馈线主刀、地刀、越区开关分别有机械限位装置，动作到位后可以有效、可靠地进行机械限位，稳定性较高。⑤主刀开关与接地开关之间安装有可靠的机械互锁装置，加上内部电气互锁，双重保护可以有效地提高供电系统安全。

1.2 单刀型式三工位隔离开关

通过将2台单刀三工位直流隔离开关+1台联络开关及控制装置一体化设计为一面隔离开关，实现馈线输出、越区支援供电、可视化接地功能。一次接线原理图如图3所示。

单刀三工位直流隔离开关由一组隔离刀进行3个位置的转动，在导通位、接地位时安装有机械限位装置，以保证2个最终位置的准确性，防止出现隔离刀机械过位情况出现。

在中间的隔离位置安装有独立、可靠的机械闭锁装置，防止隔离开关在隔离位置时出现机械过位或者位置位移的情况。

单刀三工位直流隔离开关和越区开关（联络开关）之间都实现电气互锁。

图3 单刀型三工位隔离开关一次接线原理示意图

本方案技术特点如下：①单刀三工位直流隔离开关，通过机械、电气互锁，双重保护可以有效地提高供电系统安全；内部实现所有电气间的连接、闭锁等功能，可降低现场施工难度与强度。②开关柜整体尺寸较小，安装空间范围广。③单刀三工位直流隔离开关和越区隔离开关，动作到位后可以有效、可靠地进行机械限位，稳定性较高。

不同方案的技术经济性对比分析见表1。

由表1可知，从使用功能角度出发，接触网隔离开关与可视化接地系统独立设置方案，以及一体化设置方案均能满足工程使用的功能要求。从产品性能与经济性角度出发，一体化设置方案更优。从增加系统的可靠性与提高检修维护效率的角度出发，双刀型式三工位隔离开关柜更优。

2 场段可视化隔离开关设计方案

常规线路中，根据工艺专业提资，车辆基地运用库、周月检库，以及检修库的部分股道需电化至库尾，根据GB 50157—2013《地铁设计规范》第15.3.10条的规定“停车列检库、静调库、试车线的接触网，宜由牵引变电所直接馈电。每条库线的接触网应设置带接地刀闸的手动隔离开关”，接触网在停车列检库、周月检库、检修ndBqhm+ER4Syy6PmzyBjUCc6TsKssSxGvPLPCoSX1pA=库的电化股道库前设置带接地刀闸的手动隔离开关，实现接触网开关断开同时接地。目前，DC1500V线路的车辆基地接触网隔离开关类型主要有以下3种，开关类型及应用场景见表2。

表2 DC1500V车辆基地隔离开关类型

根据接触网运营工作规程，车辆基地轨行区检修作业需在接触网停电并可靠接地后进行。常规停电作业流程为确保作业范围所有电客车已降下受电弓，依次断开上级断路器、断开接触网隔离开关、接触网人员挂接地线并验电后方可进行相关作业[1]。随着列车运营时间的不断增加，接触网设备检修时间不断缩短，为减小挂接及拆除地线工作量、提高检修效率，部分城市的地铁运营提出在车辆基地检修库加设可视化接地柜的需求[3]。根据检修需求，检修库加设可视化接地柜主要有以下2种方案。

方案一：库前带接地刀闸手动隔离开关与可视化接地柜独立设置。

方案二：接触网隔离开关与可视化接地柜一体化设置。①库前手动隔离开关与可视化接地柜一体化设置。②库前电动隔离开关与可视化接地柜一体化设置。不同方案的技术经济性对比分析见表3。

由表3可知，针对车辆基地检修库加设可视化接地柜的运营需求，方案一与方案二各有优缺点，经济性相差不大，在工程实际中均有应用。

从满足规范角度出发，可采用带接地刀闸的手动隔离开关与可视化接地柜单独设置方案。从进一步缩短接地时间、提高检修效率的角度，可结合运营需求，考虑采用一体化设置方案，通过优化运营工作规程进一步保障接地安全性。

3 结论

为进一步提高接触网设备安全可靠性，减少设备安装空间，节省投资，提高运维效率，本文针对正线及车辆基地检修库接触网可视化隔离开关选型方案进行分析，多角度论证方案的优缺点，得到结论如下。

1）对于正线可视化隔离开关方案，从产品性能、经济性、增加系统的可靠性，以及提高检修维护效率的角度，可考虑选用双刀型式三工位隔离开关柜。

2）对于车辆基地检修库，从满足规范的角度，可采用带接地刀闸的手动隔离开关与可视化接地柜单独设置方案。从进一步缩短接地时间、提高检修效率的角度，可结合运营需求，考虑采用一体化设置方案，通过优化运营工作规程进一步保障接地安全性。

参考文献：

[1] 翟恭娟.城市轨道交通非接触网专业挂地线类施工作业组织方法[J].城市轨道交通研究，2017，20（6）：142-144.

[2] 周玉杰.电气化铁路接触网智能接地系统方案研究[J].电气化铁道，2022，33（S1）：109-112.

[3] 喻奇.地铁车辆检修库接触网新型接地开关柜设计方案[J].城市轨道交通研究，2021，24（3）：191-194.