王兴勇
中铁城市发展投资集团有限公司 四川成都 610000
摘要：在城市轨道交通接触网检修过程中，为保证工作人员安全工作，必须确保接触网停电并挂地线，且必须在检修工作结束后拆掉地线并为接触网送电。由于采用接触网形式，必须提前进行挂线操作。传统接地方式完全依赖人工,安全性较低、可靠性不高、工作繁重、劳动强度大、耗费时间长。接触网可视化接地系统的设计和运用具有提高检修效率、节省人员编制等特点，系统主要由调度工作站、站控主站、接地装置三部分组成，在OCC设置中央操作设备，在车站、车辆段、停车场配置相应站级操作终端，在正线相应接地位置设置可视化验电接地装置，通过可视化防误操作、工作票、操作票几大子系统实现接地过程可视化、遥控、遥测、遥信、遥视、闭锁和报表等功能，在保证安全可靠性的同时，减少接地作业时间，同时大大节省人力，实现保安全、高效率、低成本的运营目标。
关键词：接触网检修作业；可视化接地；遥控；视频联动；安全可靠
1 接触网传统人工接地弊端
城市轨道交通中，挂接地线是接触网检修施工中一项重要的电气安全技术措施。针对线路检修临时接地线的安全挂接拆卸问题，现有的接地线管理系统只能完成对检修作业现场接地状态的监测，不能反映作业线路的地理环境属性和接地线作业的挂接状态和现场图像信息，对现场电力检修挂接作业地线的接地状态空间分析和可视化管理等更高层次的功能方面存在局限，监控效率低下。传统接地方式完全依赖人工，存在以下几方面弊端。
（1）安全保障低。停电后的接触网可能残留高电压，或地线挂设过程中遇到变电所误送电的情况，维护人员不小心触碰到接触网造成人员触电情况。
（2）工作效率低。轨行区检修工作大部分专业都是需要挂拆地线操作，人工接地占总维护时间1/5以上。
（3）工作强度高。地线作业所需携带的工具多，重量大，地线挂设点相距较远，维护配合人员劳动强度非常大。
（4）人员成本高。地线作业人员为专业的供电人员，在配合其它专业作业时无法再参与本专业设备的维护检修作业，造成人员资源浪费。
（5）设备故障率高。专业设备检修时间被压缩，设备检修质量可靠性下降，导致故障率上升。
2 接触网可视化自动接地系统优点
接触网可视化自动接地系统，在OCC设置中央操作设备，在车站、车辆段、停车场配置相应站级操作终端，在接触网相应接地位置设置可视化验电接地装置，通过可视化防误操作、工作票、操作票几大子系统实现接地过程可视化、遥控、遥测、遥信、遥视、闭锁和报表等功能，具有以下几方面优点。
（1）安全。操作人员在后台进行操作，人员与接触网不直接接触，装置接地状态闭锁，保障作业期间接触网始终接地，人员安全绝对保障。
（2）可靠。装置具有远动控制、本地电动、手动接地工作模式，根据工况条件选择工作方式，确保运营正常秩序。接地开关分/合闸与接触网送/停电互锁，防止误操作。带电误合闸或带地线误送电概率低于0.2‰。
（3）快捷。一个天窗作业范围内，10min内可实现地线的挂设和拆除，保障专业设备检修时间占天窗时间的95%以上。
（4）简单。操作简单，不用负重远距离作业。经过基本的操作知识培训后，所有专业人员即可上岗实现独立操作。
（5）智能。接地过程可视化，装置工作状态自诊断，历史操作过程及状态信息还原。
3 接触网可视化自动接地系统整体方案
接触网可视化自动接地系统采用集中管理、分散布置的模式，分层、分布式系统结构。如图1所示，系统由中央管理层、站级管理层、间隔设备层、网络通信层组成，中央管理层为控制中心的可视化远程监控主站，站级管理层为每个牵引变电所、停车场、车辆段的可视化站级监控主机，间隔设备层为每个牵引变电所的轨行区、停车场、车辆段内的可视化接地装置。各层之间通信网络采用光纤以太网，站级设备和现场设备之间的通信网络采用以太网、现场总线或工业级无线网。
.png)
图1 接触网可视化自动接地系统总体架构
接地开关（接地装置）控制采用三级控制方式，即OCC电调中心远程控制、车站控制室的监控主机上集中控制、接地装置本体控制，三种控制方式相互闭锁，以达到安全控制的目的。详细描述如下:
（1）接地装置
远方/当地功能：当转换开关拨至远方时，本地电动无法操作，须由可视化监控主机或远程监控主站来操作，转换开关拨至当地时，本地电动可操作，可视化监控主机及远程监控主站均无法操作。
（2）可视化监控主机
盘控/触控功能：当转换开关拨至触控时，可由触摸屏操作本站所有接地装置的分合；当转换开关拨至盘控时，可通过主机上按钮来操作本站所有接地装置的分合。本地电动及远程监控主站无法操作。
（3）远程监控工作站
远控功能：当接地装置转换开关拨至远方时且可视化监控主机转换开关拨至远控时，可由远程监控工作站来操作所有接地装置的分合。接地装置本地电动和可视化监控主机盘控/触控功能均无法操作接地开关。
三种控制方式相互闭锁，以保证安全控制。
在每个配有牵引变电所的车站、车辆段和停车场设置可视化站级监控主机，每个牵引变电所的轨行区、车辆段和停车场内的可视化接地装置通过光纤网络接至站级监控主机，站级监控主机通过通信系统提供的10/100M以太网口与控制中心通信，实现数据通信和远程控制。
系统组网如图2所示。
.png)
图2 接触网可视化自动接地系统组网示意图
3.1 中央管理层
在OCC控制中心设置中央管理层，控制中心调度工作站主要由系统服务器、系统工作站、数据服务器、刷卡器、硬盘录像机以及网络通信设备等组成，服务器机柜及网络设备安装在综合监控设备房，工作站安装在电调办公席。系统服务器采用双机主备冗余设计，一个服务器故障不影响另一个服务正常工作，充分考虑系统安全、稳定性。实现对全线可视化接地装置的监控管理功能，提供程控票的开票、审批、预演、执行，对全线的停送电操作全过程进行安全管理。中央管理层即可实现遥信、遥控、遥视远程自动化功能。
(1) 全线接地状态监视。系统可以实现全线正线及车辆段/停车场咽喉区接触网供电设备状态监视功能，工作站上显示接触网供电分布图（图3所示），包括可视化直流验电接地装置、上网隔离开关等状态量，接触网电压等模拟量。
.png)
图3 接触网可视化自动接地供电分布图
（2）远程可视化接地操作。可以实现全线正线及车辆段/停车场咽喉区接触网远程遥控接地操作（图4、图5所示），操作过程中具备防误操作功能。系统支持对多台接地装置进行并行操作，具有条件严谨、直观可见的操作前后逻辑条件判断。全线接地装置同时并行合闸接地或分闸的动作时间不超过1分钟。系统可实现接触网接地操作前的强制验电功能，验电结果上送至OCC工作站。
.png)
图4接地开关远程操作画面
.png)
图5 可视化接地远程监控系统界面
（3）供电网络的整体接地安全管控。系统可以实现全线接触网设备操作安全联锁功能，实现全线接触网接地装置和上网隔离开关之间的接地闭锁和送电闭锁（图6所示）。
.png)
图6 接触网可视化自动接地闭锁关系图
（4）信息同步。各地点可视化直流验电接地装置工作状态及操作信息能够实时上送至OCC，确保系统信息与现场保持一致。
（5）作业流程管理。系统提前编辑停送电作业流程工作票，参与停送电作业流程，当需要停送电作业时，只需要选择相应的工作票，工作票模拟通过后方可下发执行，保证操作设备与任务计划中待操作设备的一致性。
（6）OCC电调调令安全管理。系统可实现OCC工作票电子化审核、调令和工作票的技术关联，并具备调令智能分解及模拟仿真功能，保证调令的正确性。
（7）电气设备操作安全管控。系统可以实现全线变电所、车辆段、停车场、接触网电气设备操作的仿真模拟预演、实时防误逻辑判断、远程传票等功能，操作过程中无论远方操作还是现场就地操作都具备安全联锁管理功能。
（8）视频联动监视功能。实现现场设备实时状态监视，操作及告警时的视频联动监视及智能分析识别功能，并具有视频流多客户端转发管理功能。视频图像具有时间标识。工作站能够同时调用并实时显示不少于2个站点的视频图像。
（9）统计报表功能。远程监控系统配置实时数据库和历史数据库，能实现监控数据的归档和统计报表功能（图7所示）。能对整个系统的运行情况实现数据归档和统计报表。分门别类保存操作信息、警报信息的历史记录。
.png)
图7 可视化集控接地系统报文界面
3.2站级管理层
车站控制室、变电所控制室配置可视化接地操作终端，以便在站级对接地系统进行监控和操作。在变电所400V开关柜室设站级通信柜，包含环网交换机、站级交换机、视频服务器、通信处理机、网络通信设备等。
（1）通过控制室的站级可视化接地操作终端发令，经可视化直流验电接地装置可完成相应区间接触网远动接地功能（图8所示）。遥控操作经过系统逻辑判断，经授权并验明无电才能操作，操作过程中视频联动监视设备变位情况。
.png)
图8 可视化自动接地远程操控指令界面
（2）可视化接地操作终端上不仅可以显示本区域内的上网、越区隔离开关和接地装置的工作状态，也可以显示相邻车站上网、越区隔离开关的工作状态，并实现本区域接地装置与相邻上网、越区隔离开关的安全联锁。
（3）可实现现场设备和OCC控制中心之间的数据交互，向上发送采集的数据，接收并处理调度的控制命令。
（4）当OCC控制中心系统退出运行或通讯故障时，站级操作终端能够获取本供电分区及相邻供电分区接地刀闸及上网、越区刀闸的状态及视频数据，保证在主站或通讯出现异常时，站级管理层依然能够正常安全的进行接地操作。
（5）可视化接地柜的站级遥控逻辑闭锁关系可设置多组，如行车模式、维护模式、解除闭锁模式等，并可通过OCC直接远方修改站级逻辑关系。
（6）可实现站级管理层设备与主干网之间的网络隔离，防止个别站点设备或网络故障时影响到其它站点设备，或影响到整个系统网络运行。
（7）可实现站级管理层的视频监视功能，监视接地刀闸和上网隔离刀闸实时画面。
（8）多点并行操作。本站操作终端应支持本站所有接地装置并行操作。本站所有接地装置同时并行合闸接地的动作时间不超过10秒，并具有条件严谨、直观可见的操作前后逻辑条件判断。
（9）全线接地状态监视。站级操作终端可实现全线正线及车辆段/停车场咽喉区、出入段线接触网供电设备状态（含视频）监视功能。
3.3 现场设备层
接触网设备区上网隔离开关附近设置可视化直流验电接地装置，实现接触网的远方及就地验电接地功能。可视化直流验电接地装置与隔开开关实现送电闭锁和接地闭锁。在实施范围内的接触网隔离开关附近，配置网络高清红外摄像机，用于监视现场隔离开关工作状态。摄像机视频数据接入就近可视化直流验电接地装置后统一上传。在接触网指定位置设置可视化直流验电接地装置，实现中央级（OCC控制中心）、站级（车站控制室）、当地三级接地操作控制功能。
(1)可视化接地装置本体控制
远方/当地功能：当转换开关拨至远方时，本地电动无法操作，由可视化监控主机或远程监控主站来操作，转换开关拨至当地时，本地电动可操作，可视化监控主机及远程监控主站均无法操作。
可视化接地装置配置LED状态显示屏，可显示“有电”、“无电”、“故障”状态，如图9所示：
.png)
图9 可视化接地装置及带电显示屏
（2）可视化站级监控主机控制
当转换开关拨至触控时，可由触摸屏操作本站所有接地装置的分合；装置本体电动及远程监控主站无法操作（图10所示）。
.png)
图10 可视化接地装置本体、操作面及视频监视图
（3）可视化远程监控工作站控制
远控功能：当接地装置转换开关拨至远方时且可视化站级监控主机转换开关拨至远控时，可由远程监控工作站来操作所有接地装置的分合。接地装置本地电动和可视化站级控制均无法操作接地开关。图11所示。
.png)
图11 可视化站级监控主机示意图
3.4 接触网可视化自动接地装置的两项重要安全措施
（1）接触网残压放电技术措施：
接触网停电后，网上可能还存在残压，如果直接接地，可能会发生放电情况，严重可烧毁设备。可视化自动接地装置为解决残压放电问题，在接地装置的接地刀闸上并联了放电单元，如图12所示。放电单元主要由FD放电元件与K2放电开关组成，其中FD放电元件采用高压元件，确保正常运行时装置不存在绝缘隐患，以及在K2发生误操作时装置仍不损坏。
.png)
图12 可视化接地装置放电主接线原理图
在操作可视化接地装置合闸挂接地线时，首先执行验电功能，当验电残压值大于设定限值600V、且小于系统运行最低电压1000V时，首先执行放电开关K2合闸，投入放电单元对接触网（轨）残压进行放电，此时接触网（轨）残压值将低于设定限值，然后执行接地刀闸K1挂接地线，在接地开关合闸挂接地线完成后，将会自动断开K2，保证接地装置在验电、放电、合闸挂接地线完成后及时退出放电单元。
（2）与上网隔离刀闸安全联锁措施
可视化直流验电接地装置与上网刀闸之间应实现防止带电合接地刀闸、带接地状态送电误操作的安全联锁功能。
防止带电合接地刀闸：1）可视化接地柜采用硬线直接采集隔离开关的状态触点，通过站间通信网络实现各牵引所隔离开关状态数据交互及采集，并通过本系统防误逻辑对接地柜遥控指令进行闭锁，防止带电合接地刀闸；2）通过可视化接地柜内的冗余验电装置进行接地的强制验电闭锁；3）通过可视化接地柜内的遥控闭锁功能（无遥控或就地操作指令，电动操作回路闭锁），防止接地柜本体误动作接地。如图13可视化接地装置防止带电合接地刀闸逻辑图所示。
.png)
图13 可视化接地装置防止带电合接地刀闸逻辑图
防止带接地状态送电：1）可视化接地柜输出硬接点信号至隔离开关操作回路闭锁隔离开关操作，通过站间通信网络实现各牵引所接地开关状态数据交互，并通过本系统防误逻辑判断后输出闭锁信号；2）通过1500V直流开关柜断路器线路测试功能防止防止带接地状态送电。如图14可视化接地装置防止带接地状态送电逻辑图所示。
.png)
图14 可视化接地装置防止带接地状态送电逻辑图
系统应通过模拟操作、唯一操作权管理、操作权限闭锁、装置控制回路硬节点闭锁等技术手段，防止误接地操作，实现接触网接地装置和上网隔离开关之间的接地闭锁和送电闭锁。
4结语
轨道交通可视化接地监控系统，配以微机防误、设备远方控制、视频监控、视频分析，实现接地线的远方遥控操作、设备之间的安全闭锁。通过微机系统与可视化接地装置的联合管理，代替传统的人工手动挂地线为自动挂地线，能实时监测接触网带电状态及接地开关状态，从技术上管控检修人员的日常检修行为，防止接触网带电挂接地线，实现接地线远方遥控操作和就地操作，并配以视频联动，操作过程视频跟踪，从而保障了轨道车辆检修过程中的人身安全以及设备安全，提高检修人员的工作效率。
参考文献：
[1] 徐劲松.城市轨道交通接触网可视化验电接地操作管理系统研究[J].轨道交通，2016（06）：96-98.
[2]张绍静.接触额昂可视化接地系统在轨道交通中实用性探讨[J].江西建材 交通工程，2015.6（19）：110-115.
[3]何霖，庞开阳.城市轨道佳通供电运行安全生产管理系统[J].都市快轨交通，2014,27（4）：101-104.
[4]肖世雄.城市轨道交通供电系统自动接地装置的研制[J].城市轨道交通网，2015（8）：132-135.