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。
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