地鐵供電系統接觸網隔離開關的五防閉鎖優化方案探討

鄭淳淳 陳文師 賴沛鑫 廖權保

摘 ?要：本文通過總結地鐵接觸網隔離開關現有五防閉鎖功能的實現方式，分析該閉鎖方式存在的問題。利用網絡化保護信息共享、所間差動光纖通信、間隔層五防等技術，實現接觸網隔離開關數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閉鎖方式存在的系統可靠性不高、所間施工困難、設計煩瑣、閉鎖邏輯簡單等問題。

關鍵詞：接觸網;隔離開關;五防閉鎖;間隔層五防

中圖分類號：TM581.6 ? ? ?文獻標識碼：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

隨著我國經濟的快速發展，城市化建設進程加快，人口密度增加，地鐵以其運輸能力強、快速、安全、高效、低污染等優點，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從城市電網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，經隔離開關饋送到接觸網。電動機車在運行過程中，通過受電弓從接觸網取電，接觸網作為正極，而鋼軌則作為負回流線。

接觸網隔離開關作為地鐵直流牽引供電的重要組成設備，是一種沒有熄弧裝置的開關電器，在分閘狀態有明顯可見斷口，在合閘狀態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供電分段間的電路，實現與正線接觸網線路的可靠隔離，以保證作業及檢修人員的安全和運行部分的正常工作。同時，通過對上網隔離開關和縱向聯絡隔離開關的控制，可以增加供電的靈活性，實現多種直流供電方式，提高直流牽引系統的可靠性。

1 ?接觸網隔離開關五防閉鎖現狀介紹

接觸網隔離開關分為上網隔離開關與縱向聯絡隔離開關（實現跨區供電，簡稱縱聯隔離開關），為保證安全與設備正常供電，它們的分合需要受到其他電氣設備的狀態閉鎖。其中，上網隔離開關的分合閘和相應的直流饋線斷路器的位置存在閉鎖關系;縱聯隔離開關的分合閘，除了和本站的上網隔離開關的位置存在閉鎖關系之外，還和相鄰兩個站的上網隔離開關位置以及供電區段內其他縱聯隔離開關位置存在閉鎖和聯鎖關系。

目前，國內地鐵直流牽引接觸網中的上網隔離開關以及縱聯隔離開關，基本上是通過變電所PSCADA的專用測控單元完成狀態監視及遠方控制等功能。同時，也會在操作盤屏柜上配置面板操作把手，用于站內就地手動操作。傳統的接觸網隔離開關聯鎖，大多是通過硬接線把需要的開關位置引到隔離開關控制柜，采取在柜內安裝閉鎖繼電器的方式，實現上網隔離開關和縱聯隔離開關的聯鎖。

對于上網隔離開關來說，在本站通過硬接線與繼電器配合就能實現控制回路閉鎖，閉鎖的條件只與本站的其他設備有關，不涉及相鄰站的設備，二次回路相對簡單。但對于縱聯隔離開關來說，由于其閉鎖條件涉及相鄰站的4個開關，一個牽引所的2個縱聯隔離開關就涉及相鄰站8個開關，如圖1所示，相關聯的上網隔離開關或其他縱聯隔離開關的位置接點就必須通過敷設區間控制電纜進行連接，閉鎖條件復雜。采用常規的硬接線方式實現縱聯隔離開關的閉鎖功能需要大量使用區間控制電纜和繼電器，從工程設計開始到現場施工，經歷的過程比較煩瑣，這不利于我們前期簡化新線建設工程的實施流程和后期提高設備運維的效率。

2 ?利用間隔層五防功能實現的數字化閉鎖功能

隨著計算機技術和網絡通信技術的不斷發展，特別是光纖通信技術與IEC61850標準的發展，使地鐵通信系統的穩定性、實時性達到了一個全新的高度。十多年來，基于IEC61850標準的電網智能化變電站的大面積鋪開，以及對地鐵供電系統的網絡化保護、光纖直流雙邊聯跳、光纖差動保護等技術的探索與應用，為使用間隔層五防功能實現接觸網隔離開關的數字化閉鎖功能提供了技術上的充分保障。

實現接觸網隔離開關的五防閉鎖功能的本質是實現本站及相鄰站設備的開關位置信號傳輸。而通過現有的通信技術，完全可以實現不同站的設備開關位置數字化共享。

目前，對于站級的地鐵監控（PSCADA）系統來說，通過操作盤柜配置的測控裝置已經實現了對上網隔離開關與縱聯隔離開關的位置監視與遙控。若站內交、直流繼電保護裝置與測控裝置都采用IEC61850標準通信協議，則裝置通過硬接線采集接觸網隔離開關位置的電信號后可轉換成goose報文，并將報文發送到光口交換機中，實現設備開關位置的站內共享，再通過區間光纜將本站設備的開關位置信息送至相鄰站的交換機，最終實現站間設備開關位置信息的交互，如圖2所示。同時，利用間隔層五防的概念，在測控裝置中進行閉鎖邏輯編輯，控制閉鎖節點的分合，將閉鎖節點串聯在控制回路中，就可以實現對上網隔離開關與縱聯隔離開關的閉鎖與聯鎖。

A所直流饋線繼電保護裝置通過電纜硬接線采集到本間隔的設備位置（211、213、212、214、2113、2124）后，將其轉換成goose報文通過裝置背板光纖接口發送到本所網絡化保護交換機中，再通過區間光纜發送至B所網絡化保護交換機中。B所中負責縱聯隔離開關2113、上網隔離開關2111、2131遙控的測控裝置1N，從交換機中接收本所211、213開關位置，A所213、2113設備位置，C所211、2113設備位置（C所設備位置也是通過交換機轉發共享）。在測控裝置1N上，分別編輯縱聯隔離開關2113、上網隔離開關2111、2131分合閉鎖邏輯，實現裝置背板對應閉鎖輸出干接點（BS01、BS02，BS03、BS04、BS05、BS06）的分合控制。最后，將對應接點分別串聯在2111、2113、2131就地控制與遠方控制的回路中。當閉鎖條件滿足時，輸出接點閉合，控制回路導通，隔離開關可以正常操作。當閉鎖條件不滿足時，輸出接點斷開，控制回路斷開，隔離開關將不能正常操作。

一般情況下，接觸網隔離開關的閉鎖信號傳輸時延在秒級范圍。上述方案采用IEC61850標準的goose通信機制，單臺裝置的信號處理時間為2ms，交換機的數據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。因此，信號從本所裝置發出，經本所與鄰所差動轉發，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隔離開關閉鎖功能的實時性要求。

為了方便查找隔離開關控制失敗的原因，需要對閉鎖節點的狀態進行監視，要求測控裝置上送閉鎖接點的實時狀態。同時，將隔離開關閉鎖邏輯在PSCADA系統中進行動態顯示，直觀地呈現導致控制失敗的原因。

為保證在各種故障和復雜情況下控制與操作的正確性，設備位置信號按雙位置信息格式傳輸、測控閉鎖接點使用常開接點。這樣可以保證在設備開關位置異常、光纖通信終端以及測控單元失電重啟等情況下的安全性。也應充分考慮數據的安全性，當檢測到的所需數據失效后（如鄰站通信故障或間隔層設備通信退出等），應斷開閉鎖接點，使隔離開關控制回路處于斷開狀態，并發生成相應的閉鎖節點狀態信息。此外，還需在閉鎖節點回路處并聯一個解除閉鎖專用壓板。當閉鎖回路出現故障、現場檢修或需要對縱聯隔離開關進行應急操作時，可以通過將壓板閉合來屏蔽閉鎖回路故障。

3 ?結 ?論

采用光纖交換機實現相鄰所的設備開關位置的共享，在省略了所間大量電纜的同時，也提高了整個接觸網隔離開關閉鎖功能的可靠性。另外，由于搭建了通信通道，位置信號采用數字化傳輸，后續增加其他閉鎖信號（如接觸網可視化接地刀閘位置信號）也容易拓展。通過IEC61850標準測控裝置閉鎖節點來閉鎖控制回路，與常規電纜配合閉鎖繼電器的傳統閉鎖方式相比，不僅可以同時閉鎖就地與遙控回路，而且便于實現復雜閉鎖邏輯的編寫。此外，利用智能化變電站間隔層五防功能實現開關、隔離刀閘、地刀的閉鎖，在電網中已經有了成熟的使用方案，結合地鐵牽引站點相距較短的特征，利用所間光纜實現相鄰所的位置共享，最終實現接觸網隔離開關的數字化閉鎖功能，在經濟性、可靠性、實時性上都超越了傳統閉鎖方式。

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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;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維系統應用;廖權保（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字化電流保護應用。