接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息共享技術應用及展望

楊瀚棟， 袁曉亮， 周偉英

(杭州市地鐵集團有限責任公司運營分公司， 杭州 310021)

接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息共享技術應用及展望

楊瀚棟， 袁曉亮， 周偉英

(杭州市地鐵集團有限責任公司運營分公司， 杭州 310021)

介紹地鐵接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息的形成機理及共享應用的意義，闡述接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息間接和直接檢測的兩種實現(xiàn)技術方案，并比照兩種方案在硬件配置、系統(tǒng)復雜度、功能驗證、可靠性、故障排查、運營維護等方面中的優(yōu)缺點。以杭州地鐵為例，論述地鐵接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息共享技術應用中存在的接口功能設計、功能驗證及運營接管維護方面等問題，提出通過頂層設計、接口設計解決問題，并根據(jù)未來地鐵各機電系統(tǒng)間集成化信息共享的發(fā)展趨勢，對地鐵接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息在綜合監(jiān)控集成系統(tǒng)和列車自動駕駛系統(tǒng)的應用及提升系統(tǒng)智能化水平的應用前景進行展望。

城市軌道交通； 接觸網(wǎng)； 供電分段； 自動駕駛； 信號； 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)

1 接觸網(wǎng)供電分段形成機理

為了保證地鐵接觸網(wǎng)系統(tǒng)供電質(zhì)量符合標準，滿足常態(tài)和故障時供電的靈活性，同時達到牽引變電所投資建設的經(jīng)濟性，地鐵正線接觸網(wǎng)一般間隔3～3.5 km設置一個牽引變電所向接觸網(wǎng)饋電，形 成獨立的接觸網(wǎng)供電分段。一個供電分段常態(tài)時由相鄰的兩個牽引變電所各饋入一路電源供電，實現(xiàn)雙邊供電。

車輛段(場)的接觸網(wǎng)根據(jù)各功能庫線對接觸網(wǎng)的需求形成不同的供電分束，每一供電分束即為獨立的接觸網(wǎng)供電分段，各供電分段由車輛段(場)的牽引變電所饋入一路電源供電。

上述形成的接觸網(wǎng)供電分段，通過對相應牽引變電所饋入電源進行停送電操作，使接觸網(wǎng)供電分段日常運行在停電或帶電狀態(tài)。

2 共享應用的意義

接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息直接關系到車輛的正常運行、緊急情況下軌行區(qū)內(nèi)乘客的疏散及運維人員施工安全的關鍵信息,因此要求接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息采集要簡單可靠、信息處理高效、信息反饋迅速可靠、信息呈現(xiàn)直觀易懂。調(diào)度、乘務、站務、供電運維、施工管理等專業(yè)均需及時獲取接觸網(wǎng)供電分段實時狀態(tài)信息，以便實現(xiàn)在接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)正常及異常運行狀態(tài)下各專業(yè)間的協(xié)調(diào)聯(lián)動。

3 狀態(tài)信息采集技術實現(xiàn)方案

目前在接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息采集中有兩種實現(xiàn)方案，且均被采用，方案實現(xiàn)簡述如下。

方案1是出現(xiàn)最早且沿用至今的間接檢測方式，即通過電力監(jiān)控系統(tǒng)采集接觸網(wǎng)供電分段各饋入電源的母線電壓信號，包括斷路器和隔離開關分合信號，經(jīng)過復雜邏輯運算后輸出接觸網(wǎng)供電分段停電或帶電狀態(tài)。

方案2是伴隨新興的直流電壓檢測傳感器件及自動檢測系統(tǒng)集成技術而出現(xiàn)的直接檢測方式，即在接觸網(wǎng)供電分段內(nèi)直接安裝接觸網(wǎng)帶電檢測顯示裝置，將接觸網(wǎng)供電分段的實時狀態(tài)采集輸入中央級電力監(jiān)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)對同一接觸網(wǎng)供電分段內(nèi)所有輸入的狀態(tài)信號進行簡單邏輯運算后，將接觸網(wǎng)供電分段停電或帶電的實時狀態(tài)輸出給電力監(jiān)控后臺和就地各顯示終端。

以上兩種實現(xiàn)方案均可實時反映接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息，但在應用中各有優(yōu)劣，具體對比見表1。

表1 接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息間接、直接檢測方案對照

續(xù)表

4 應用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息采用間接檢測后，狀態(tài)信息經(jīng)電力監(jiān)控系統(tǒng)分別顯示在中央級電力調(diào)度工作站和變電所監(jiān)控后臺，供調(diào)度和供電運維人員監(jiān)視接觸網(wǎng)供電狀態(tài)。但乘務、站務、施工管理無獲取接觸網(wǎng)供電分段實時狀態(tài)信息的媒介，在發(fā)生接觸網(wǎng)失電故障時，涉及客運組織調(diào)整的行車調(diào)度、乘務、站務三個專業(yè)人員無法共享故障區(qū)域接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息，相互間無法對接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息進行互控確認，存在進軌行區(qū)人員觸電和電客車誤入接觸網(wǎng)停電區(qū)的風險。

為防范上述接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息不能共享而引發(fā)的安全風險，杭州地鐵1、2、4號線供電專業(yè)在設計之初就考慮引入接觸網(wǎng)供電分段帶電檢測顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作原理是由設置在軌行區(qū)的接觸網(wǎng)電壓檢測單元實時檢測接觸網(wǎng)電壓并轉(zhuǎn)換為有電或無電狀態(tài)信息，通過硬節(jié)點信號輸入變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)，同時驅(qū)動車站軌行區(qū)端門位置的LED顯示燈顯示接觸網(wǎng)有電、無電狀態(tài)。通過將接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)外化顯示的方式，供乘務和站務人員(非供電專業(yè)人員)及時對接觸網(wǎng)運行狀態(tài)進行確認。尤其是在接觸網(wǎng)故障失電情況下，控制中心電力調(diào)度員通過電力監(jiān)控系統(tǒng)、站務員通過車站端門處接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)LED顯示燈，同時對供電分段完成遠方和現(xiàn)場的雙方互控確認，提高對接觸網(wǎng)供電狀態(tài)確認的可靠性，減少供電故障造成的影響。

目前杭州地鐵2、4號線均已將接觸網(wǎng)供電分段實時狀態(tài)信息，通過綜合監(jiān)控平臺共享至信號ATS(列車自動監(jiān)控系統(tǒng))中，作為進路自動開放的判斷條件之一，若進路前方接觸網(wǎng)因故斷電，信號系統(tǒng)自動進路開放功能則中斷，ATS大屏上及時顯示對應接觸網(wǎng)失電區(qū)段的黃色告警色帶，行車調(diào)度及電力調(diào)度及時發(fā)現(xiàn)并介入組織運營調(diào)整。運行實踐證明，發(fā)生接觸網(wǎng)失電故障時，行車調(diào)度能及時發(fā)現(xiàn)并中斷信號進路自動排列功能，降級信號系統(tǒng)運行模式，從而保證了運營安全。

5 存在問題

在杭州地鐵接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息共享應用的過程中也存在著一些問題，制約了功能應用的推廣和完善，主要表現(xiàn)在以下3個方面。

1) 目前地鐵綜合監(jiān)控、電力監(jiān)控、信號等各專業(yè)設計對接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息共享功能的需求定位不明確，導致設計任務無明確的專業(yè)歸屬方，給建設期的功能設計、功能驗證及運營接管維護帶來困擾。

2) 對接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息采集采用直接檢測、間接檢測還是二者綜合使用存在爭議，未形成統(tǒng)一的設計標準，使得各線路隨機采用，給后續(xù)運營維護帶來困難。

3) 對于將接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息引入相關系統(tǒng)應用缺乏系統(tǒng)性研究，導致其他系統(tǒng)需要共享接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息時，既有系統(tǒng)接口無法與其很好地匹配實現(xiàn)。

6 對策與建議

1) 在進行接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息共享應用設計時，應明確電力監(jiān)控為信息輸出源，綜合監(jiān)控為信息轉(zhuǎn)存媒介，信號等其他需求子系統(tǒng)為信息輸入應用源的功能設計定位。電力監(jiān)控專業(yè)應負責檢測方式、運算邏輯及結(jié)果輸出方式的深化設計，使常態(tài)及故障供電方式下接觸網(wǎng)的供電分段狀態(tài)信息實時輸出；綜合監(jiān)控專業(yè)負責信息存儲及與需求子系統(tǒng)信息交互機制，主導系統(tǒng)接口的設計；信號及其他需求子系統(tǒng)負責引入后信息功能使用的設計。這樣可以保證接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息共享應用設計突破單一專業(yè)設計的局限性，達到各專業(yè)設計環(huán)節(jié)的銜接一致。

2) 間接檢測方式沿用至今比較成熟可靠，建設及運營成本相對較低，應作為接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息實現(xiàn)的基本設計方法，滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)本身對接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)的功能需求。但后續(xù)將接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息實時共享至其他子系統(tǒng)應用時，為了保證狀態(tài)信息的可靠和準確，需要加入直接檢測方式，對兩種檢測結(jié)果綜合運算后輸出。因此建議新線設計時應考慮兩套檢測方式綜合采用。

3) 對于接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息的需求，應在設計之初由各專業(yè)系統(tǒng)提出功能需求，采用頂層設計的原則，預留信息共享接口，滿足后續(xù)系統(tǒng)共享接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息的需求。

7 應用前景展望

隨著地鐵綜合監(jiān)控深度集成技術的發(fā)展成熟，以綜合監(jiān)控為信息交互平臺，使接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息共享至其他系統(tǒng)應用成為可能。例如在目前地鐵車輛段(場)電化股道登高平臺的出入口隔離門和接觸網(wǎng)人工地線存放箱內(nèi)，均安裝電氣“五防”鎖控系統(tǒng)，而打開隔離門和摘取人工接地線的前提是對應的接觸網(wǎng)供電分段已停電，若為帶電狀態(tài)則隔離門和人工接地線電磁鎖處于閉鎖狀態(tài)，防止人員誤入帶電接觸網(wǎng)區(qū)域，發(fā)生人身觸電事故。但目前“五防”鎖控系統(tǒng)輸入的接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息依靠操作票規(guī)范操作程序，間接輸入接觸網(wǎng)供電分段的停電信息至“五防”系統(tǒng)來解鎖，類似前述的間接檢測方式，此方式雖然可以防止誤操作發(fā)生，但對接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息是間接獲取并滯后的，易出現(xiàn)信息交互不同步而誤操作觸電風險，此時若將接觸網(wǎng)供電分段實時狀態(tài)信息共享至“五防”系統(tǒng)中就顯得尤為必要。

若將生產(chǎn)管理系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)后，可以共享專業(yè)設備的實時運行狀態(tài)信息，以達到輔助生產(chǎn)管理的目的。例如將接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息共享至施工調(diào)度管理系統(tǒng)，可以輔助施工計劃審批管理。原則上進入軌行區(qū)臨近接觸網(wǎng)的登高施工作業(yè)，要求對應的接觸網(wǎng)供電分段處于停電狀態(tài)以防止人員觸電，而目前施工計劃中對應接觸網(wǎng)供電分段是否已停電需要電力調(diào)度人為核實判斷，不僅給電力調(diào)度增加了工作量，而且難免出現(xiàn)人為判斷失誤。若將接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息引入施工調(diào)度管理系統(tǒng)，施工計劃審核時，系統(tǒng)可以實時對施工區(qū)域的接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)與施工計劃需求的一致性進行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果批復施工，避免人為判斷疏漏，提高施工計劃批復的安全性。

今后對于地鐵列車自動駕駛系統(tǒng)的應用來說，電客車出庫的自動喚醒及進路自動開放等功能觸發(fā)的必要條件之一是需對接觸網(wǎng)供電分段實時狀態(tài)信息進行判斷，將接觸網(wǎng)供電分段實時狀態(tài)信息共享至信號系統(tǒng)不可或缺，因此如何將接觸網(wǎng)供電分段狀態(tài)信息與地鐵車輛自動信號駕駛系統(tǒng)共享是未來應用研究的方向之一。

[1] 地鐵設計規(guī)范：GB 50157—2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

Code for design of metro： GB 50157—2013[S].Beijing： China Architecture & Building Press， 2014.[2] 浙江浙大中控信息技術有限公司.杭州地鐵2號線一期工程綜合監(jiān)控集成工程項目接口規(guī)格書[A].杭州，2013.

[3] 杭州市地鐵集團有限責任公司.杭州地鐵4號線一期工程綜合監(jiān)控集成工程項目設備采購及服務技術冊[A].杭州，2012.

[4] 中鐵二院工程集團有限責任公司.杭州地鐵2號線一期東南段正線接觸網(wǎng)供電分區(qū)帶電判斷邏輯設計[A].杭州，2013.

[5] 中鐵二院工程集團有限責任公司.杭州地鐵4號線一期工程正線接觸網(wǎng)供電分區(qū)帶電判斷邏輯設計[A].杭州，2013.[6] 珠海南自電氣系統(tǒng)工程有限公司.杭州地鐵2號線正線接觸網(wǎng)帶電顯示裝置電壓檢測單元設計[A].珠海，2013.

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[8] 束洪春.電力系統(tǒng)以可靠性為中心的維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

SHU Hongchun.Power system reliability centered maintenance[M].Beijing： China Machine Press， 2009.

[9] 信息系統(tǒng)安全等級保護基本要求：GB/T 22239—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

Baseline for classified protection of information system： GB/T 22239—2008[S].Beijing： Standards Press of China， 2008.

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(編輯：王艷菊)

Application and Prospect of Information Sharing Technology for Piecewise Power Supply of the Catenary in Hangzhou Metro

YANG Handong, YUAN Xiaoliang, ZHOU Weiying

(Operation Branch, Hangzhou Metro Group Co., Ltd., Hangzhou 310021)

This paper introduced the formation mechanism of the information in the piecewise state of the metro catenary and the significance of the information sharing technology. It elaborated the indirect and direct detection of acquisition technologies for the information in the piecewise state of the catenary and compared the advantages and disadvantages of these two kinds of solutions in hardware configuration, system complexity, function verification, reliability, troubleshooting and operation maintenance. The problems such as interface function design, function verification, and operation takeover maintenance of the application about the information sharing technology in the piecewise state are discussed, and the top level as well as the interface design is proposed in terms of Hangzhou Metro. According to the development trend of the integrated information sharing between mechanical and electronic systems in the future subway system, the paper also analyzed the prospect of the information sharing technology for piecewise power supply of the catenary applied in the comprehensive monitoring system and the automatic train supervision system.Keywords: urban rail transit; catenary; piecewise power supply; automatic driving; signal; automatic train supervision (ATS)

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.03.022

2017-04-01

2017-04-06

楊瀚棟，男，本科，工程師，從事城市軌道交通運營管理理論與技術的研究，yanghandong@hzmetro.com

U231.8

A

1672-6073(2017)03-0112-03