地鐵供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的五防閉鎖優(yōu)化方案探討

鄭淳淳 陳文師 賴沛鑫 廖權(quán)保

摘 ?要：本文通過總結(jié)地鐵接觸網(wǎng)隔離開關(guān)現(xiàn)有五防閉鎖功能的實(shí)現(xiàn)方式，分析該閉鎖方式存在的問題。利用網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)信息共享、所間差動光纖通信、間隔層五防等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)隔離開關(guān)數(shù)字化五防閉鎖方案的研究，解決電纜硬接線配合閉鎖繼電器這種傳統(tǒng)閉鎖方式存在的系統(tǒng)可靠性不高、所間施工困難、設(shè)計(jì)煩瑣、閉鎖邏輯簡單等問題。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng);隔離開關(guān);五防閉鎖;間隔層五防

中圖分類號：TM581.6 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）13-0035-03

Discussion on Mis-operation Prevention Optimum Scheme of

Catenary Isolation Switch in Metro Power Supply System

ZHENG Chunchun1，CHEN Wenshi1，LAI Peixin2，LIAO Quanbao2

（1.Guangzhou Metro Group Co.，Ltd.，Guangzhou ?510335，China;

Guangzhou Baiyun Electric Equipment Co.，Ltd.，Guangzhou ?510540，China）

Abstract：By summing up the existing mis-operation prevention function of catenary disconnector in metro，the existing problems of the locking mode are analyzed. By using the technology of network protection information sharing，inter-station differental fiber-optic communication and bay level mis-operation prevention，the digital mis-operation prevention scheme of catenary isolation switch is studied，and the problems of low system reliability，difficulty in inter-office construction，cumbersome design and simple locking logic existing in the traditional locking mode of cable hard connection cooperating with locking relay are solved.

Keywords：catenary;isolation switch;mis-operation prevention;bay level mis-operation prevention

0 ?引 ?言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化建設(shè)進(jìn)程加快，人口密度增加，地鐵以其運(yùn)輸能力強(qiáng)、快速、安全、高效、低污染等優(yōu)點(diǎn)，成為解決城市交通擁堵的首選方案。地鐵采用的直流牽引系統(tǒng)從城市電網(wǎng)或其他主變電所獲取電能，通過整流變將交流電源變成直流電源，經(jīng)隔離開關(guān)饋送到接觸網(wǎng)。電動機(jī)車在運(yùn)行過程中，通過受電弓從接觸網(wǎng)取電，接觸網(wǎng)作為正極，而鋼軌則作為負(fù)回流線。

接觸網(wǎng)隔離開關(guān)作為地鐵直流牽引供電的重要組成設(shè)備，是一種沒有熄弧裝置的開關(guān)電器，在分閘狀態(tài)有明顯可見斷口，在合閘狀態(tài)下能可靠地通過正常工作電流和短路故障電流。它的作用是連通或切斷接觸網(wǎng)供電分段間的電路，實(shí)現(xiàn)與正線接觸網(wǎng)線路的可靠隔離，以保證作業(yè)及檢修人員的安全和運(yùn)行部分的正常工作。同時，通過對上網(wǎng)隔離開關(guān)和縱向聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)的控制，可以增加供電的靈活性，實(shí)現(xiàn)多種直流供電方式，提高直流牽引系統(tǒng)的可靠性。

1 ?接觸網(wǎng)隔離開關(guān)五防閉鎖現(xiàn)狀介紹

接觸網(wǎng)隔離開關(guān)分為上網(wǎng)隔離開關(guān)與縱向聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)（實(shí)現(xiàn)跨區(qū)供電，簡稱縱聯(lián)隔離開關(guān)），為保證安全與設(shè)備正常供電，它們的分合需要受到其他電氣設(shè)備的狀態(tài)閉鎖。其中，上網(wǎng)隔離開關(guān)的分合閘和相應(yīng)的直流饋線斷路器的位置存在閉鎖關(guān)系;縱聯(lián)隔離開關(guān)的分合閘，除了和本站的上網(wǎng)隔離開關(guān)的位置存在閉鎖關(guān)系之外，還和相鄰兩個站的上網(wǎng)隔離開關(guān)位置以及供電區(qū)段內(nèi)其他縱聯(lián)隔離開關(guān)位置存在閉鎖和聯(lián)鎖關(guān)系。

目前，國內(nèi)地鐵直流牽引接觸網(wǎng)中的上網(wǎng)隔離開關(guān)以及縱聯(lián)隔離開關(guān)，基本上是通過變電所PSCADA的專用測控單元完成狀態(tài)監(jiān)視及遠(yuǎn)方控制等功能。同時，也會在操作盤屏柜上配置面板操作把手，用于站內(nèi)就地手動操作。傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)隔離開關(guān)聯(lián)鎖，大多是通過硬接線把需要的開關(guān)位置引到隔離開關(guān)控制柜，采取在柜內(nèi)安裝閉鎖繼電器的方式，實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)隔離開關(guān)和縱聯(lián)隔離開關(guān)的聯(lián)鎖。

對于上網(wǎng)隔離開關(guān)來說，在本站通過硬接線與繼電器配合就能實(shí)現(xiàn)控制回路閉鎖，閉鎖的條件只與本站的其他設(shè)備有關(guān)，不涉及相鄰站的設(shè)備，二次回路相對簡單。但對于縱聯(lián)隔離開關(guān)來說，由于其閉鎖條件涉及相鄰站的4個開關(guān)，一個牽引所的2個縱聯(lián)隔離開關(guān)就涉及相鄰站8個開關(guān)，如圖1所示，相關(guān)聯(lián)的上網(wǎng)隔離開關(guān)或其他縱聯(lián)隔離開關(guān)的位置接點(diǎn)就必須通過敷設(shè)區(qū)間控制電纜進(jìn)行連接，閉鎖條件復(fù)雜。采用常規(guī)的硬接線方式實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)隔離開關(guān)的閉鎖功能需要大量使用區(qū)間控制電纜和繼電器，從工程設(shè)計(jì)開始到現(xiàn)場施工，經(jīng)歷的過程比較煩瑣，這不利于我們前期簡化新線建設(shè)工程的實(shí)施流程和后期提高設(shè)備運(yùn)維的效率。

2 ?利用間隔層五防功能實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化閉鎖功能

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是光纖通信技術(shù)與IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，使地鐵通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實(shí)時性達(dá)到了一個全新的高度。十多年來，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)智能化變電站的大面積鋪開，以及對地鐵供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)、光纖直流雙邊聯(lián)跳、光纖差動保護(hù)等技術(shù)的探索與應(yīng)用，為使用間隔層五防功能實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的數(shù)字化閉鎖功能提供了技術(shù)上的充分保障。

實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的五防閉鎖功能的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)本站及相鄰站設(shè)備的開關(guān)位置信號傳輸。而通過現(xiàn)有的通信技術(shù)，完全可以實(shí)現(xiàn)不同站的設(shè)備開關(guān)位置數(shù)字化共享。

目前，對于站級的地鐵監(jiān)控（PSCADA）系統(tǒng)來說，通過操作盤柜配置的測控裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對上網(wǎng)隔離開關(guān)與縱聯(lián)隔離開關(guān)的位置監(jiān)視與遙控。若站內(nèi)交、直流繼電保護(hù)裝置與測控裝置都采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，則裝置通過硬接線采集接觸網(wǎng)隔離開關(guān)位置的電信號后可轉(zhuǎn)換成goose報(bào)文，并將報(bào)文發(fā)送到光口交換機(jī)中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備開關(guān)位置的站內(nèi)共享，再通過區(qū)間光纜將本站設(shè)備的開關(guān)位置信息送至相鄰站的交換機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)站間設(shè)備開關(guān)位置信息的交互，如圖2所示。同時，利用間隔層五防的概念，在測控裝置中進(jìn)行閉鎖邏輯編輯，控制閉鎖節(jié)點(diǎn)的分合，將閉鎖節(jié)點(diǎn)串聯(lián)在控制回路中，就可以實(shí)現(xiàn)對上網(wǎng)隔離開關(guān)與縱聯(lián)隔離開關(guān)的閉鎖與聯(lián)鎖。

A所直流饋線繼電保護(hù)裝置通過電纜硬接線采集到本間隔的設(shè)備位置（211、213、212、214、2113、2124）后，將其轉(zhuǎn)換成goose報(bào)文通過裝置背板光纖接口發(fā)送到本所網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)交換機(jī)中，再通過區(qū)間光纜發(fā)送至B所網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)交換機(jī)中。B所中負(fù)責(zé)縱聯(lián)隔離開關(guān)2113、上網(wǎng)隔離開關(guān)2111、2131遙控的測控裝置1N，從交換機(jī)中接收本所211、213開關(guān)位置，A所213、2113設(shè)備位置，C所211、2113設(shè)備位置（C所設(shè)備位置也是通過交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)共享）。在測控裝置1N上，分別編輯縱聯(lián)隔離開關(guān)2113、上網(wǎng)隔離開關(guān)2111、2131分合閉鎖邏輯，實(shí)現(xiàn)裝置背板對應(yīng)閉鎖輸出干接點(diǎn)（BS01、BS02，BS03、BS04、BS05、BS06）的分合控制。最后，將對應(yīng)接點(diǎn)分別串聯(lián)在2111、2113、2131就地控制與遠(yuǎn)方控制的回路中。當(dāng)閉鎖條件滿足時，輸出接點(diǎn)閉合，控制回路導(dǎo)通，隔離開關(guān)可以正常操作。當(dāng)閉鎖條件不滿足時，輸出接點(diǎn)斷開，控制回路斷開，隔離開關(guān)將不能正常操作。

一般情況下，接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的閉鎖信號傳輸時延在秒級范圍。上述方案采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的goose通信機(jī)制，單臺裝置的信號處理時間為2ms，交換機(jī)的數(shù)據(jù)處理時間與光信號的傳輸時間分別為微秒級與納秒級，可以忽略不計(jì)。因此，信號從本所裝置發(fā)出，經(jīng)本所與鄰所差動轉(zhuǎn)發(fā)，再到相鄰所裝置接收到，整個傳輸過程時延4ms，完全可以滿足接觸網(wǎng)隔離開關(guān)閉鎖功能的實(shí)時性要求。

為了方便查找隔離開關(guān)控制失敗的原因，需要對閉鎖節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，要求測控裝置上送閉鎖接點(diǎn)的實(shí)時狀態(tài)。同時，將隔離開關(guān)閉鎖邏輯在PSCADA系統(tǒng)中進(jìn)行動態(tài)顯示，直觀地呈現(xiàn)導(dǎo)致控制失敗的原因。

為保證在各種故障和復(fù)雜情況下控制與操作的正確性，設(shè)備位置信號按雙位置信息格式傳輸、測控閉鎖接點(diǎn)使用常開接點(diǎn)。這樣可以保證在設(shè)備開關(guān)位置異常、光纖通信終端以及測控單元失電重啟等情況下的安全性。也應(yīng)充分考慮數(shù)據(jù)的安全性，當(dāng)檢測到的所需數(shù)據(jù)失效后（如鄰站通信故障或間隔層設(shè)備通信退出等），應(yīng)斷開閉鎖接點(diǎn)，使隔離開關(guān)控制回路處于斷開狀態(tài)，并發(fā)生成相應(yīng)的閉鎖節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息。此外，還需在閉鎖節(jié)點(diǎn)回路處并聯(lián)一個解除閉鎖專用壓板。當(dāng)閉鎖回路出現(xiàn)故障、現(xiàn)場檢修或需要對縱聯(lián)隔離開關(guān)進(jìn)行應(yīng)急操作時，可以通過將壓板閉合來屏蔽閉鎖回路故障。

3 ?結(jié) ?論

采用光纖交換機(jī)實(shí)現(xiàn)相鄰所的設(shè)備開關(guān)位置的共享，在省略了所間大量電纜的同時，也提高了整個接觸網(wǎng)隔離開關(guān)閉鎖功能的可靠性。另外，由于搭建了通信通道，位置信號采用數(shù)字化傳輸，后續(xù)增加其他閉鎖信號（如接觸網(wǎng)可視化接地刀閘位置信號）也容易拓展。通過IEC61850標(biāo)準(zhǔn)測控裝置閉鎖節(jié)點(diǎn)來閉鎖控制回路，與常規(guī)電纜配合閉鎖繼電器的傳統(tǒng)閉鎖方式相比，不僅可以同時閉鎖就地與遙控回路，而且便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜閉鎖邏輯的編寫。此外，利用智能化變電站間隔層五防功能實(shí)現(xiàn)開關(guān)、隔離刀閘、地刀的閉鎖，在電網(wǎng)中已經(jīng)有了成熟的使用方案，結(jié)合地鐵牽引站點(diǎn)相距較短的特征，利用所間光纜實(shí)現(xiàn)相鄰所的位置共享，最終實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的數(shù)字化閉鎖功能，在經(jīng)濟(jì)性、可靠性、實(shí)時性上都超越了傳統(tǒng)閉鎖方式。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳國慶.解決牽引變電所開關(guān)設(shè)備誤動的措施 [J].電氣化鐵道，1998（4）：15.

[2] 李焱.高速鐵路接觸網(wǎng)隔離開關(guān)遠(yuǎn)動控制技術(shù)的研究 [J].電氣化鐵道，2015（2）：1-3.

[3] 黃德勝.地鐵牽引供電系統(tǒng)保護(hù) [J].都市快軌交通，2005（6）：65-67.

[4] 魏曉東.城市軌道交通自動化系統(tǒng)與技術(shù) [M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

作者簡介：鄭淳淳（1991-），女，漢族，廣東潮州人，助理工程師，本科，研究方向：軌道交通牽引供電;陳文師（1990-），男，漢族，廣東云浮人，工程師，本科，研究方向：城市軌道交通供電管理技術(shù);賴沛鑫（1988-），男，漢族，廣東揭陽人，工程師，本科，研究方向：軌道交通智能變電站運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)用;廖權(quán)保（1990-），男，漢族，廣東梅州人，工程師，本科，研究方向：軌道交通智能變電站數(shù)字化電流保護(hù)應(yīng)用。