高鐵接觸網遠動隔離開關誤動原因分析及對策

周少喻, 陳紅英

(1 中國鐵路總公司 安全監督管理局， 北京 100844；2 中國鐵路北京局集團公司 供電處， 北京 100860)

目前在高速鐵路的供電分束、分段、分相等處均設置了電動隔離開關，并納入供電SCADA系統遠程控制，對供電設備分束停電、供電運行方式的改變、動車組停于分相無電區的救援、故障區段的隔離起到了快速、靈活、便利的作用。

1 接觸網電動隔離開關在遠動控制中存在的問題

隨著電氣化鐵道的快速發展，供電遠動技術逐步成熟、可靠性明顯提高，但接觸網隔離開關遠動控制系統依然不穩定，特別是運行中多次發生接觸網電動隔離開關的誤合閘、誤分閘、誤顯示問題，接觸網故障處理過程中出現電動隔離開關拒動問題，成為供電設備運行中的安全隱患，違背了隔離開關當初設計的初衷，隔離開關設置作用的發揮大打折扣。如某高鐵曾幾次出現在接觸網跳閘時，伴隨而來的是樞紐站場隔離開關、區間變電所上網點隔離開關、AT所分段隔離開關電源模塊的擊穿或空開跳閘甚至是整個機構的燒壞，造成隔離開關的拒動、誤動，嚴重影響了鐵路運輸的正常秩序。

1.1 接觸網隔離開關誤動作原因

經過多方分析，造成上述電動隔離開關的誤合閘、誤分閘、誤顯示、拒動現象的主要原因有以下幾個方面。

1.1.1操作機構電機電源連接線松動等接觸不良故障。

當調度臺發出命令后不能執行操作，但操作機構二次回路保持了這個操作命令，在隨后運行中，松動的連接線可能恢復，操作命令隨即作用導致開關動作。如圖1所示：

1.1.2RTU遠動終端與操作機構信號控制電纜連線受到干擾，導致開關誤動作。

圖1 接觸網隔離開關控制系統圖

(1) 京滬高鐵德州、徐州牽引變電所外接觸網隔離開關操作機構箱內空氣開關，在接觸網故障時經常發生跳閘，從而印證確實有感應電壓(電流)存在，只不過是干擾了不同的回路。

(2) 操作機構箱內加熱回路經常報非正常工作，同樣證實干擾的存在。值得注意的是，還存在另一隱患，如果220 V電源火零線接反，RTU出口繼電器可能斷的是零線，隱患更大，在惡劣天氣下，如果連線絕緣降低或瞬間接地，將直接導致誤動。如圖2所示。

1.1.3RTU的裝置碼地址錯誤造成開關誤動。

此現象多發生于新更換RTU后，將裝置地址碼搞錯所致。

1.1.4RTU軟件缺陷造成開關誤動。

某線調試隔離開關時出現拒合，幾天后出現自動合閘。經查為內部存儲器程序問題，控制命令沒有及時清除，導致誤發命令，同樣屬于軟件欠缺故障導向安全的功能不完善。

1.2 隔離開關電動機構拒動

1.2.1隔離開關電動機構箱內空氣開關跳閘造成的拒動。

圖2 RTU與操作機構控制示意圖

如圖3所示A1是RTU工作電源斷路器、A2是操作機構供電斷路器、B1是操作機構電機電源斷路器、B2是操作機構二次控制回路電源斷路器，4個斷路器中任一斷路器跳閘，都會導致接觸網隔離開關拒動。運行中跳閘最多的是B1開關。此現象多發生于接觸網故障區段，控制箱受到干擾所致。

1.2.2電子元器件損壞造成隔離開關電動機構拒動。

圖3 隔離開關機構箱內控制原理圖

由于RTU和操作機構箱工作在惡劣的室外，長期受到嚴寒、酷暑、灰塵、潮氣、強電磁干擾、浪涌沖擊的環境下，內部電子元器件損壞、失效導致拒動的機率大大提高。

1.2.3傳輸通道中斷造成隔離開關電動機構拒動。

由于光纖故障或者通信設備故障，造成傳輸通道中斷，RTU接收不到控制指令而導致的拒動。

1.2.4集成控制板故障造成拒動。

在高鐵上網電動隔離開關電動機構中，有的生產廠家在控制回路中采用了集成式電路板，由于電路板生產質量不過關，電動機構經常發生電路板燒損故障，造成了電動機構的拒動，影響了牽引供電的可靠性。

1.3 接觸網隔離開關位置信號誤顯示

1.3.1變電所綜自系統遠動管理機主備切換管理出現問題，在主備電源切換時，同步出現問題，造成誤顯示見圖4所示。

圖4 隔離開關遠動控制網絡示意圖

1.3.2RTU或操作機構線路板受干擾或振動導致誤顯示或多次顯示“分”“合”變位。

1.3.3RTU裝置控制電路元器件損壞或者故障造成誤顯示。

如某高鐵運行中接觸網分相處隔離開關顯示合閘，調度人員馬上進行隔離開關分閘操作，但顯示操作超時不能分閘，6 min后，隔離開關又自動分閘，致使調度人員無法判斷是隔離開關真的動作還是誤顯示，未將某一環節的故障導向安全。

綜上所述，造成上網電動隔離開關的誤合、誤分、錯誤顯示現象，在接觸網故障處理過程出現電動隔離開關拒動現象，大部分是設備受到外界各種干擾所造成。例如，據中國鐵路鄭州局集團公司洛陽供電段統計鄭西高鐵洛陽供電段管內自2010年開通至2013年，184臺納入遠動系統的電動隔離開關共發生誤合、誤分、拒動、錯誤顯示的故障58件，嚴重影響了高速鐵路運行安全。

2 解決方案

2.1 減小環境對電動機構的干擾

按照中國鐵路總公司文件《接觸網電動隔離開關遠動控制優化技術方案》(運供設備函〔2015〕37號)、《接觸網電動隔離開關遠動控制優化技術方案補充規定》(運供設備函〔2017〕240號)，將原電動機構內的控制部分、RTU移到戶內接觸網電動隔離開關控制屏上，電動隔離開關的電動機構內只保留電動機、減速機、電源轉換開關、輔助開關基本結構。這一要求就是為避免沿線地電位、電磁環境對含有微電子裝置的RTU箱的干擾所采取的措施。如圖5所示。

圖5 新型接觸網隔離開關控制系統圖

2.2 將隔離開關操作機構電源開關納入遠動系統

電源開關加設電動操作機構，可以實現遠動操作功能。當供電調度員完成遠動分合閘操作后，將電機電源開關斷開，防止各種原因引起的誤動。

2.3 將隔離開關機構自保持回路增加延時自動解除功能

當分、合閘控制回路接通一段時間后自動斷開自保持回路。避免在操作時拒動，不操作時誤動。在控制回路中串接時間繼電器節點實現回路的自動切除。

2.4 正確安裝調試隔離開關本體和操作機構，保證開關動作的可靠性

運行中的隔離開關包括隔離開關本體、電動操作機構和支架安裝，以及操作桿和連接配件組合安裝 。正確、穩固安裝精準調試是隔離開關正常運行的基礎，任何部分和環節出現偏差隔離開關操作就會出現障礙，使電機負載增大，嚴重情況會出現電機過載、過熱甚至燒損。通過隔離開關運行狀態監測，監測電機負載變化，電機負載變化反映了隔離開關設備運行狀態逐漸惡化的信息，利用這些信息指導設備檢修，及早干預消除隱患，避免隔離開關拒動、動作不到位等故障發生。

2.5 利用視頻監控技術將隔離開關實時圖像提供后臺，為供電調度和供電段提供運行服務

2.5.1供電調度員在實施操作命令的同時，及時看到現場被操作設備真實動作狀態，即隔離開關開、合是否正確，動作是否到位。

2.5.2為供電調度對主站收到的隔離開關異常開、合信息的甄別提供技術支持。

2.5.3遇地震、自然災害冰害惡劣天氣、及接觸網斷線等異常情況，供電調度員可以對隔離開關設備侵害程度進行準確把握。

2.5.4將避雷器動作指示器安裝位置稍作調整，即可得到同桿安裝的避雷器動作信息，為供電調度饋線跳閘分析、處置決斷提供幫助。

2.6 通過安裝熱傳感器實現隔離開關導電回路接續部位過熱監測

將熱傳感器直接安裝在接續部位，并將捕捉到的溫度信息轉換成無線信號傳送到就近無線接收裝置(通常設在牽引變電所、亭、開關站等)，登錄鐵路專網或4G網傳送至供電調度或供電段。熱傳感器電源采取感應取電方式，運行可靠，方便管理、節約成本。

2.7 網隔屏、RTU程序進一步優化，避免出現命令殘存誤出口現象

比如優化遙控信息采點設置，防止抖動；網接觸隔離開關屏通信獨立于綜合自動化系統，保證通信的可靠性，從而保證接觸網隔離開關操作、顯示的正確性；加裝浪涌保護、防強電侵入元器件等，同樣能克服接觸網隔離開關誤動、拒動、誤顯示問題的發生。

3 結束語

根據運行統計和事故處理經驗，對高鐵接觸網電動隔離開關出現的的誤合閘、誤分閘、錯誤顯示、拒動等原因進行了分析，介紹了改進措施及進一步改進設想，以期引起制造、運行部門的重視。