深圳地鐵三號線可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)

俞錦濤，田 科，張 劍

0 引言

深圳地鐵三號線采用直流1 500 V 接觸軌方式為機(jī)車供電，停運后為保證區(qū)間工作安全，必須確保接觸軌停電并掛地線，早上運營前需拆掉地線并為接觸網(wǎng)送電。每個區(qū)間掛、拆地線必須由2 名相關(guān)專業(yè)操作人員進(jìn)行操作，1 名以上運營工作人員配合，而一次區(qū)間作業(yè)需經(jīng)申請作業(yè)、請示電調(diào)、停電確認(rèn)、入場、驗電、掛地線6 個步驟，至少需耗時0.5 h，而拆地線同樣也需要耗費大量人力及時間。本文分析了一種可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有可視化、遙控、遙測、遙信、閉鎖、報表等功能，在施工作業(yè)中可節(jié)省掛拆地線的時間和人力。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)主要由監(jiān)控主站、光纖環(huán)網(wǎng)、自動掛拆地線裝置等組成，見圖1。

1.1 監(jiān)控主站

監(jiān)控主站包含2 臺工控電腦、1 臺打印機(jī)及監(jiān)控軟件。

2 臺工控主機(jī)中的1 臺作為主監(jiān)控機(jī)，另1 臺作為熱備機(jī)，當(dāng)主監(jiān)控機(jī)出現(xiàn)系統(tǒng)故障時，可由熱備機(jī)完成所有系統(tǒng)功能。監(jiān)控主機(jī)與光纖環(huán)網(wǎng)以及OCC 控制中心均采用TCP/IP 協(xié)議通信。

監(jiān)控軟件采用WEB 瀏覽方式，軟件界面包含每臺掛拆地線裝置的隔離開關(guān)視頻、掛拆地線軟體控制按鈕、遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)匦盘?、閉鎖信號、位置信號等，以及操作歷史記錄、報表。打印機(jī)可打印報表。

監(jiān)控主機(jī)可通過監(jiān)控軟件與OCC 通信，把掛拆地線裝置的相關(guān)位置信號、視頻等上傳給OCC，當(dāng)閉鎖條件滿足時，操作人員可在OCC 直接操作掛拆地線裝置實現(xiàn)遠(yuǎn)程掛拆任意站及車輛段、停車場的地線。

圖1 可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)構(gòu)成圖

1.2 自動掛拆地線裝置

自動掛拆地線裝置主要由電動隔離開關(guān)、網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)、RTU 控制器、光纖以太網(wǎng)交換機(jī)、上網(wǎng)端子、接地端子等組成。

光纖以太網(wǎng)交換機(jī)可將監(jiān)控主站與自動掛拆地線裝置內(nèi)RTU 控制器之間的各種信號進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。RTU 控制器主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，信號上傳、接收、發(fā)送，當(dāng)接收到監(jiān)控主站或者控制中心下發(fā)的掛（拆）地線命令時，RTU 控制器通過本地相關(guān)信號進(jìn)行判斷，從而對相應(yīng)的電動隔離開關(guān)進(jìn)行操作，同時把本地相應(yīng)信號、測量數(shù)據(jù)、視頻上傳給監(jiān)控主站與控制中心。上網(wǎng)端子與接地端子接至隔離開關(guān)兩端，由RTU 控制器從監(jiān)控主站、控制中心及本地I/O 接收到的信號判斷，當(dāng)接觸軌停電、閉鎖、報警等信號滿足掛地線操作條件時，電動隔離開關(guān)合閘，實現(xiàn)掛地線操作，當(dāng)信號滿足拆地線操作條件時，電動隔離開關(guān)分閘，實現(xiàn)拆地線操作。

自動掛拆地線裝置分為就地和遠(yuǎn)方2 種操作方式。

當(dāng)操作方式為就地操作時，操作人員可在裝置面板上通過分合閘按鈕進(jìn)行掛拆地線的操作，該方式下，監(jiān)控主站與控制中心無法進(jìn)行操作，但可監(jiān)視相應(yīng)的動作信號、視頻及電壓值。當(dāng)操作方式為遠(yuǎn)方時，就地?zé)o法操作，而監(jiān)控主站與控制中心可在允許條件下通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)方掛拆地線的操作。

2 系統(tǒng)原理

圖2 操作原理圖

可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)操作原理如圖2所示。

該系統(tǒng)分為3 種操作方式：就地操作、監(jiān)控主站操作、控制中心OCC 操作。

2.1 就地操作

自動掛拆地線裝置面板設(shè)置就地/遠(yuǎn)方轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至就地時，確認(rèn)掛拆地線是否滿足操作條件，確認(rèn)后，按下裝置面板上掛拆地線按鈕，通過電動操作機(jī)構(gòu)即可實現(xiàn)掛拆地線的操作。裝置面板設(shè)置觀察窗口、數(shù)字式電壓儀及指示燈，操作完成后指示燈顯示相應(yīng)顏色，且數(shù)字式電壓儀顯示當(dāng)前接觸軌電壓值。操作人員也可通過從觀察窗口觀察到的隔離開關(guān)開合狀態(tài)判斷操作是否完成。該操作方式主要作為調(diào)試及檢修時使用。

2.2 監(jiān)控主站操作

將自動掛拆地線裝置面板上轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至遠(yuǎn)方，操作人員可在監(jiān)控主站下發(fā)掛拆地線的控制命令，當(dāng)接收到控制中心發(fā)來的閉鎖條件滿足時，掛拆地線控制命令即可生效。在監(jiān)控主機(jī)人機(jī)界面操作某區(qū)間的掛拆地線時，監(jiān)控軟件將命令下發(fā)至相應(yīng)的自動掛拆地線裝置，經(jīng)過RTU 信號處理、判斷后驅(qū)動控制機(jī)構(gòu)實現(xiàn)掛（拆）地線的遠(yuǎn)程操作。操作同時，網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)將隔離開關(guān)的動作過程通過光纖以太網(wǎng)發(fā)送至監(jiān)控主機(jī)，RTU 信號處理控制器將相應(yīng)的信號（隔離開關(guān)分合信號、接觸軌電壓值等）通過光纖以太網(wǎng)發(fā)送至監(jiān)控主機(jī)。操作人員可通過該信號直觀地確認(rèn)掛拆地線的操作是否成功。

2.3 控制中心OCC 操作

將自動掛拆地線裝置面板上轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至遠(yuǎn)方，操作人員可在控制中心下發(fā)掛拆地線的控制命令，經(jīng)由監(jiān)控主機(jī)處理及轉(zhuǎn)發(fā)，其余原理同監(jiān)控主機(jī)操作，控制中心OCC 操作權(quán)限將設(shè)置為最高，且可批量操作，即當(dāng)操作條件滿足時可同時操作多個甚至所有自動掛拆地線裝置，并返回操作成功/失敗信息。該方式為系統(tǒng)常用的操作方式，操作簡單、可靠。

3 經(jīng)濟(jì)效益

現(xiàn)今城市軌道交通運營追求的是運行安全、可靠，因此掛拆地線的安全措施必不可少。人工方式掛拆地線耗費時間和人力巨大，且容易出現(xiàn)運營人員傷亡。以深圳地鐵三號線為例，該線從雙龍—益田共30 個車站，14 個牽引降壓混合變電所，每個牽引降壓混合變電所有4 個供電臂，需4 個掛接地線點，一次掛拆地線需2 名接觸軌專業(yè)人員及1 名車站工作人員配合作業(yè)約1 h。如當(dāng)晚全線均有作業(yè)，則總共需耗費14×3 = 42 人·小時（該時間未包含作業(yè)人員從辦公室至每個站的交通耗時），而通過可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)，運營人員只需在控制中心OCC 發(fā)送操作命令，包括調(diào)度、確認(rèn)、操作等時間總計不超過20 min 即可完成全線掛拆地線作業(yè)，并為現(xiàn)場施工人員節(jié)省下至少每個站40 min 的作業(yè)時間。可見常年累月積累的時間、人力所轉(zhuǎn)化的經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)驚人的。

4 結(jié)束語

可視化集控式掛拆地線系統(tǒng)是由城市軌道交通實際運營碰到困難的情況下應(yīng)運而生的一個設(shè)計項目，通過樣機(jī)測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)操作方便，可靠性高，并能為城市軌道交通節(jié)省大量人力、時間，可以在國內(nèi)地鐵運營中推廣使用。

[1] 于松偉，楊興山，韓連詳，等.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計原理與應(yīng)用[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.

[2] 周京陽，于爾鏗，吳津.能量管理系統(tǒng)（EMS）第3 講-數(shù)據(jù)收集與監(jiān)視（SCADA）[J].電力系統(tǒng)自動化，1997，（3）.