接觸網隔離開關監控系統常見故障分析

劉占通

摘 要：在電氣化鐵路牽引供電系統中，隔離開關作為重要的電氣設備，其動作的可靠性直接關系到電氣化鐵路的運行安全。該文對電氣化鐵路接觸網隔離開關光纖控制方案的常見故障現象如誤動、拒動、誤報等進行了深入分析，并提出了相關改進措施。

關鍵詞：電氣化鐵路 接觸網 隔離開關 遠動控制

中圖分類號：U226 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（c）-0061-02

1 研究背景

在電氣化鐵路供電系統中，牽引供電電源需經過隔離開關饋送到接觸網。隔離開關作為重要的電氣設備，其動作的可靠性直接關系到電氣化鐵路的運行安全。當下，接觸網隔離開關已經基本實現了遠動控制，目前普遍采用光纖控制方案。但是，在實際運行中光纖控制方案并非盡如人意，在多條線路曾出現過隔離開關誤動、遙控拒動、遙信誤報等故障現象，給電氣化鐵路運行安全帶來不良影響。該文將就光纖控制方案的優劣勢以及該方案下故障現象的原因進行探究，并針對性地提出了相關改進措施。

2 光纖控制方案優劣勢

光纖控制方案的應用是基于數字化變電站的先進理念，利用了光纖的抗干擾能力強和傳輸距離遠、通信速度快的特性，在電氣化鐵路以及電力系統領域被廣泛應用。

2.1 光纖控制方案的優點

（1）接觸網隔離開關安裝位置分散，很多距離變電所距離較遠，而光纖的通信距離遠，能夠充分克服所級監控主站和遠方終端之間的通信障礙。

（2）光纖通信抗電磁干擾能力強，這是其天然優勢。

（3）光纖并非導電介質，能夠充分避免戶外雷電沖擊傳入變電所。

2.2 光纖控制方案的缺點

（1）系統構架較為復雜，電器設備繁多。復雜的系統構成即代表了較多的故障點，整個系統的運行穩定性將在一定程度上受到影響。

（2）各設備之間的配合并非十分默契，比如：所內監控主站和戶外就地監控單元的通信協議匹配、地址點表配對、就地監控單元之間的地址沖突或者錯誤等。

（3）戶外就地監控單元屬于智能電子設備，惡劣的戶外環境和氣候勢必對其運行性能和穩定性造成不良的影響。

（4）隔離開關操作機構內部電氣回路復雜，當然也就增加了故障點，也提高了檢修難度和工作量。

（5）光纖控制方案隔離開關戶外操作機構處于持續帶電狀態，將帶來較大的誤動風險。

3 隔離開關遠動系統常見故障分析

3.1 隔離開關誤動

接觸網隔離開關誤動將會給牽引供電帶來重大的安全事故，理想的遠動系統應該能夠杜絕誤動的發生。但是，在實際運行中，隔離開關誤動現象并不鮮見，給鐵路運維人員帶來很大困擾。下面我們將結合光纖控制的原理來分析誤動現象可能出現的誘因。

（1）戶外就地監控單元，或者所內監控主站自動誤發遙控命令。

當然，引起遠動系統控制設備自動誤發遙控命令的原因不盡相同，可能由于IP地址錯誤，可能由于設備自身缺陷。

（2）遙控命令輸出接點短路。

光纖控制方案下，隔離開關操作機構啟動動作的條件很簡單，就是戶外就地監控單元的遙控出口輸出一個短脈沖信號（RTU控制觸點短閉合）。假設，戶外就地監控單元的遙控線纜之間存在短路，哪怕是瞬間的短路，都將啟動控制回路，并自保持，啟動電機，直至分（合）閘到位。當然短路存在于戶外就地監控單元遙控出口至操作機構遙控命令入口之間的任意點，其效果是相同的。

（3）強電磁干擾，在遙控回路中感應出較高電動勢。

眾所周知，在牽引供電系統，接觸網沿線電磁干擾十分強烈。如果這一干擾足夠大，大到在遙控回路中的接觸器（KM1或者KM2）線圈感應出其動作臨界電動勢，使接觸器線圈吸合。一旦控制回路接觸器吸合，馬上會自保持，進而啟動電機，直至動作完成。所以，哪怕這個干擾十分短暫，仍有可能啟動電機，形成開關誤動。干擾的來源可能是牽引供電系統自身，也可能是戶外的雷電沖擊等。

（4）通信地址混淆。

當然，所內監控主站和戶外就地監控單元之間的通信地址有誤的話，也可能導致目標開關不動作，而其他開關誤動現象發生。

3.2 拒動

隔離開關拒動的原因可能更加多種多樣，筆者分析主要有以下幾個原因。

（1）所內監控主站和戶外就地監控單元通信通道故障。

這類故障可能表現在很多方面，比如：光纖斷線、光電轉換器故障，或者插頭接觸不良等，這些都將直接導致通信鏈路中斷，造成開關拒動。

（2）戶外就地監控單元故障。

由于戶外就地監控單元屬于智能電子設備，其直接安裝于戶外環境，受惡劣環境和氣候影響較大。

（3）隔離開關現場控制回路故障。

光纖方案現場控制回路較為復雜，該電路中任何電氣元件損壞，或者線纜斷路，都有可能造成控制回路失效，而導致隔離開關拒動。

（4）操作機構動力電源失電。

如果操作機構的動力電源饋電線纜斷路，或者操作機構內的動力電源空氣開關QF1跳閘，都將切斷電機的動力電源，而造成電機無法啟動，導致隔離開關拒動。

（5）操作機構機械故障。

實際運行中，也會存在一些由于機械故障而造成隔離開關無法正常完成分、合閘的案例，比如：操作機構連接桿松動、或者操作機構卡滯，或者設計缺陷導致力矩不足等。

3.3 誤報

隔離開關遙信誤報現象雖然沒有直接造成事故，但由于其給運維人員提供了錯誤信息，容易引發進一步的錯誤操作，給運行維護帶來很大不便。

該文分析遙信誤報的原因主要有以下兩個方面。

（1）強電磁干擾，在遙信回路感生較強電動勢。

接觸網沿線存在的強電磁干擾可能在遙信回路上感生較強的電動勢，從而抵消或者干擾就地監控單元的遙信電壓，造成遙信誤判。

（2）電氣回路故障。

顯而易見，遙信回路內的電纜短路、虛接，或者操作機構輔助觸點故障，也會造成遙信誤判。

4 改進措施

4.1 遙控回路接入聯閉鎖電路

隔離開關誤動極易燒毀隔離開關，造成嚴重后果，應嚴格給予杜絕。在斷路器合閘位置時，嚴禁進行隔離開關的操作，因此，在隔離開關控制回路接入聯閉鎖電路十分必要，即隔離開關遙控裝置實時采集斷路器位置信號，在斷路器合閘位置，斷開遙控回路，只有在斷路器處于分閘位置時，遙控回路才能導通，從而避免隔離開關誤動造成的嚴重后果。

4.2 提高智能控制設備抗電磁干擾能力

在電氣化鐵路強電磁干擾惡劣運行環境下，需要對FTU、RTU裝置提出更為嚴格的要求，這些設備應該具備更高的抗電磁干擾能力，對干擾引起的假信號應該采用防抖或者濾波等合理措施給予排除，保障設備工作的可靠性。

4.3 控制及信號連接采用屏蔽層電纜

為了防止戶外強電磁干擾，就地監控單元（FTU）與操作機構之間敷設的連接線纜應使用帶屏蔽電纜，并按施工規程可靠接地，最大限度地防止外部電磁干擾進入系統內部。

4.4 提高遙信采集電壓

目前在監控系統中，遙信電壓普遍采用直流24V，這在電磁環境較為惡劣的鐵路沿線，抵抗強電磁干擾的能力很差，易發生信號誤報。在接觸網隔離開關遠動監控系統中，應提高遙信電壓，采用直流110 V或者直流220 V作為遙信電壓，可大大提高抗干擾能力，保障遙信信號可靠性。

4.5 采用雙網通訊

在所內監控主站與就地監控單元之間，采用雙光纖通道，配置雙路光電轉換裝置，一主一備，防止個別光電轉換器損壞或者接觸不良造成遙控拒動和遙信丟失，提高系統可靠性。

參考文獻

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