地铁接触轨带电安全防护装置设计及应用探究

发表时间:2021/5/19   来源:《科学与技术》2021年第4期   作者:李秀峰
[导读] 在城市地铁的日常维护和检修作业中

        李秀峰
        昆明地铁运营有限公司  云南昆明   650000

        摘要:在城市地铁的日常维护和检修作业中,大多选择围蔽带电区域的方式,使接触轨处于停电且可靠接地的状态,为工作人员提供安全的作业环境。由于检修工作具有较强的流动性,在检修人员进入危险区域前进行安全警示十分必要。基于此,设计了一种非接触式的地铁接触轨带电安全防护装置。本文首先从非接触带电检测模块、显示控制模块和入侵检测模块等方面,对该装置的系统组成进行了简要介绍,随后结合实际情况,分析了该装置在设牵引变电所车站、设降压所车站等不同情况下的具体应用,为地铁接触轨检修作业的安全开展提供了技术支持。
        关键词:地铁接触轨;牵引变电所;安全防护装置;监控箱

        做好日常检修维护工作是保障城市地铁安全、可靠运行的关键。由于地铁电气系统复杂,检修维护作业存在一定的危险性,如何保障作业安全就成为必须要考虑的问题。地铁接触轨带电安全防护装置的应用,使得接触轨在不断电的情况下,自动运行该装置,让那些误入带电区的工作人员或乘客,能够得到安全提醒,以便于尽快撤离,防止触电事故。同时,监控装置还能够将现场信息传输到控制室,供电站管理员或者是调度员及时采取措施,避免安全事故。
1.接触轨带电安全防护装置的设计
1.1非接触带电检测单元的设计
        在隔离开关靠近接触轨的一侧,安装一台非接触主机箱。接触轨在带电运行时会产生静电,主机箱内安装有高灵敏性的传感器,利用静电感应原理可以实现对接触轨电压变化的实时监控。传感器捕捉电压信号之后,使此电压信号依次经过前置放大器、信号放大器,将电压信号放大后经过相敏传感器,在输出端得到直流信号。终端计算机识别该信号之后,将其与报警阈值对比。如果该输出信号未达到报警阈值,则维持原状态;如果该输出信号达到报警阈值,则启动安全防护程序。计算机按照程序指令发出控制信号,警示灯亮起,同时提醒管理员做进一步处理。
        在硬件方面,整个检测装置采用模块化结构,外部用防水、防尘的密封壳体罩住,保证该装置能够在恶劣环境中稳定运行。传感器采用旋叶式静电计探头,保证感知信号的灵敏度,对防止信号强度衰减有积极帮助。隔离送变器可支持的最大电压隔离强度为DC2400V,保证在系统出现较大电压波动使仍然能够正常运行。报警阈值利用拨码开关设定,人为调整阈值范围。
1.2显示控制单元的设计
        该单元主要由2个模块组成。其一是显示控制模块,核心装置有监测主机、显示控制器等。其二是显示模块,主要设备是一块LED显示屏。监测主机根据前端反馈的信号,判断接触轨电压是否达到报警阈值。若超过报警阈值,则监测主机发送控制信号,在显示屏上亮起红色的“有电危险”字样;当接触轨电压重新回到报警阈值以内,监测主机发送另一控制信号,在显示屏上亮起绿色的“无电安全”字样。除了上述两种常规状态外,显示控制器还会逆向采集监测主机的状态信息。若发现监测主机运行状态异常,会在显示屏上亮起黄色的“设备故障”字样,从而提醒管理员及时进行监测主机的检修。


        1.3监测主机、监控箱及人员侵入检测模组的设计
    该模块的核心设备有嵌入式工控机、红外摄像头等。为保证监测主机运行稳定,提供独立的监控箱,具有防潮、防尘作用。从监控箱的下端引出一条线缆,连接到非接触式带电监测单元。该单元中放置一台功率为50W的音频功率放大器,当监测主机判断现场有危险信息时,发送警示音源。该音频信号通过音频功率放大器,连接到危险区域的高音喇叭,通过播放警示音提醒现场人员。为了保证入侵检测信号的精确性,在检测设备上选择了高分辨率的红外摄像头,保证了视频影像清晰。同时,监测主机的硬盘容量为64G,确保能够存储海量的视频资料。所有资料默认存储时间为30天,超过期限由系统自动删除,腾出存储空间。在人员入侵检测模块中,创新性的使用了GA安全光幕传感器,即便是在烟、雾、雨等环节下,也保证检测功能的正常发挥。
2.接触轨带电安全防护装置在地铁中的应用
2.1在设牵引变电所车站中的应用
    对于设有牵引变电所的地铁车站,通常会在站台的某一侧设置“电分段”,其主要作用是提升接触网供电的安全性,保证在发生电气事故时可以尽快切断电力,防止事故范围的扩大化。在应用接触轨带电安全防护装置时,需要在“电分段”的入口和出口,分别接入一套安全防护装置。按照同样的标准,在接触轨的另一侧对称安装安全防护装置,因此一个站台至少需要4套接触轨带电安全防护装置,结构布局如图1所示。除此之外,在实际应用中要想使检修人员能够随时掌握接触轨带电状态,还需要在正线车站混合所站台一侧安装几块LED显示屏,进一步保障作业人员的安全。

图1   设牵引变电所车站的接触轨带电安全防护装置布局图
2.2在设降压所车站中的应用
    在城市地铁的车站中,设置有降压所的站台,两侧没有上文所述的“电分段”,因此在接触轨带电安全防护装置的结构布局上会有明显差异。在安装时,站台一侧只需要布置一套安全防护装置即可,这样整个站台共计两套即可满足要求。同样的,为了保证开展检修作业的工作人员能够随时了解接触轨的带电状态,也需要在正线车站混合所站台一侧安装LED显示屏,但是在数量上可以比设牵引变电所车站适当减少。
2.3在车辆段中的应用
    根据车辆段规模的大小不同,现场需要配置的接触轨带电安全防护装置有2套或4套两种方案可供选择。每套防护装置提供2块显示屏和1个红外摄像头。在实际应用中,当地铁接触轨从带电/停电状态,切换至停电/带电状态时,非接触式带电检测单元通过感知状态信号的变化,控制入侵检测模块采集监测区域内的信息。在红外摄像头的辅助作用下,如果监测到该区域内有人员活动,则在显示屏上显示警示信息,以提醒现场人员防止发生触电事故。每隔一定的时间重新采集一次现场信息,直到确认监测范围内无人员后,停止报警。另外,如果接触轨处于停电状态,此时调度中心的工作人员可以手动停止报警,以便于检修人员在安全环境下完成地铁车辆的检修作业。
        结语:为了保障检修人员安全完成地铁车辆的日常维护工作,设计了一种接触轨带电安全防护装置。该装置的硬件组成包括监控主机、红外摄像头、显示控制器、液晶显示屏等。分别安装于接触轨两侧,并且根据车站布局不同,该安全防护装置的结构组成和使用数量也可以进行灵活调整。在监测主机的控制下,利用红外摄像头对特定范围内有无人员活动进行实时监测,并根据监测信号显示相应的状态,从而达到提示危险信息、保障作业安全的功能。从试点情况来看,该装置达到了理想预期,具有推广价值。

参考文献:
[1]谈灏、许可、谢鹏程、米继光.接触轨全自动巡检装置设计及应用[J].现代城市轨道交通,2020(11):46-51.
[2]李怀志.地铁接触网短路状态下钢轨电位和限压保护装置研究[J].城市轨道交通研究,2020(05):27-30.
[3]顾伟、李兴建、于哲.地铁直流保护测试装置及测试系统设计方案[J].电工技术,2020(20):146-147.
投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: