高速鐵路牽引供電系統接觸網地震預警斷電接口裝置研究

邱勇

摘要：利用電磁波波速遠大于地震波波速的原理，高速列車在接收到地震報警信號后的緊急處置方案一般有兩種形式，一種是在接收到地震報警信息后，通過向列車控制系統發送控制信號實現列車減速或停車;另一種是在接到地震報警信息后，通過向牽引供電系統發送控電信號實現牽引供電接觸網斷電，從而達到緊急處置和避免次生災害的效果。本文考慮了安全性和可靠性兩個方面，結合我國高速鐵路狀況，研究了一種具備自動接觸網斷電功能的裝置。

Abstract： Based on the principle that the speed of electromagnetic wave is much higher than that of seismic wave， the emergency treatment plan for high-speed trains after receiving earthquake alarm signals generally has two forms. One is that after receiving earthquake alarm information， the train can decelerate or stop by sending control signals to the Train Control System. The other is after receiving the earthquake alarm information， through the Traction Power Supply system to send control electrical signals to achieve traction power supply catenary power off， so as to achieve emergency treatment and avoid secondary disasters. Considering the safety and reliability of high speed railway in China， this paper studies a device with automatic catenary power off function.

關鍵詞：高速鐵路;地震預警;緊急聯動;牽引供電系統;信號

Key words： high-speed railway;earthquake early warning;emergency linkage;Traction Power Supply system;signal

中圖分類號：TP242 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）24-0170-02

0 ?引言

我國位于世界兩大地震帶——環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，是一個震災嚴重的國家[1]。歷史地震震害記錄表明，地震對我國鐵路運行安全性的影響不容忽視。隨著國家高速鐵路的發展與規劃與列車速度日益提升，高速鐵路地震聯動緊急處置技術能夠使高速行駛的列車在接收到地震報警信號后立即進行應急聯動措施，具備巨大的防震減災效益。利用高速鐵路地震預警監測系統牽引變電接口設備，在保證安全性和可靠性同時實現自動接觸網斷電功能，能夠極大提高高速列車應急聯動的時效性。

1 ?技術原理

高速鐵路地震預警監測系統牽引變電接口由處置信號接收模塊、繼電器組模塊、隔離模塊和電源模塊4部分組成[2]，如圖1所示。

圖2所示為牽引變電接口驅動狀態回采示意圖，處置信號接收模塊通過串口協議與2臺監控主機進行通信，將監控主機發送的串口數據轉化成電平信號輸出至繼電器組模塊，從而控制繼電器組模塊中的地震預警繼電器和故障保護繼電器動作。處置信號接收模塊采用了光電隔離設計，可以保護與其相連的設備，避免過大電壓造成設備故障[3]。

處置信號接收模塊實現了處置信號邏輯或功能，當有一臺監控主機發出處置信號時，控制繼電器模塊中的所有繼電器動作，并通過繼電器狀態采集接點回采每個繼電器的狀態，監控主機可以定期通過處置信號接收模塊獲取繼電器狀態。

繼電器組包括2個地震預警繼電器和2個保護繼電器，地震預警繼電器常態吸起，保護繼電器常態落下。2個地震預警繼電器用于向牽引供電系統輸出接觸網斷電信號，2個地震預警繼電器分別對應牽引變電所的主備高壓供電線路。2個故障保護繼電器用于在地震預警繼電器組出現故障、失去供電的等異常情況下，防止地震預警繼電器組向牽引供電系統發送錯誤的斷電信號。

整個牽引變電接口輸出的信號狀態是地震預警繼電器和故障繼電器組合后的接點信號狀態。牽引變電接口輸出常開點接點組合電路如圖3所示。在正常工作狀態時，地震預警繼電器吸起，常開節點保持斷開狀態，故障保護繼電器落下，常開節點保持斷開狀態，整個輸出接點狀態為斷開狀態;當收到緊急處置信號后，地震預警繼電器落下，常開節點閉合，故障保護繼電器吸起，常開接點閉合，整個輸出接點狀態為閉合狀態。

牽引變電接口輸出常閉接點組合電路如圖4所示。在正常工作狀態時，地震預警繼電器吸起，常閉節點保持閉合狀態，故障保護繼電器落下，常閉節點保持閉合狀態，整個輸出接點狀態為閉合狀態;當收到緊急處置信號后，地震預警繼電器落下，常閉節點斷開，故障保護繼電器吸起，常閉接點斷開，整個輸出接點狀態為斷開狀態。

通過圖3、圖4可知只需1個故障保護繼電器配合地震預警繼電器動作就可以輸出正確的信號，設置兩個故障保護繼電器是為了提高故障保護功能的可靠性。如果兩個故障保護繼電器都沒有動作，那么地震預警繼電器的動作不會影響牽引變電接口最終輸出的信號狀態。

2 ?具體應用

牽引變電接口裝置可以安裝在牽引變電所內的高速鐵路地震預警監測系統現場監測設備監控單元防災機房。當監控單元中的監控主機判斷目前該監測點的地震緊急處置級別[4]達到斷電處置閾值時驅動牽引變電接口，并通過牽引變電接口向牽引變電所內的綜合自動化系統發送斷電信號，從而實現了高速鐵路地震預警監測系統與牽引供電系統的對接，達到了高速鐵路地震預警監測系統自動斷電緊急處置的目的。

一種牽引變電接口實現方式如圖5所示，牽引變電接口設置兩個地震預警繼電器（DZYJJ1、DZYJJ2）常態吸起、兩個保護繼電器（BHJ1、BHJ2）常態落下（繼電器型號為JWXC-1700）和1個檢修隔離開關（SA）。牽引變電接口繼電器通過監控單元UPS進行供電。SA開關可以使得在檢修調試時繼電器不會產生任何動作。

表1顯示在各種異常情況下，繼電器均不會由于異常情況而觸發斷電，只有地震時才會進行處置動作，且由于每個繼電器均為冗余配置，具備故障狀態回采點，任意繼電器在發生故障時能夠及時更換且不影響功能。

3 ?結語

通過設計一種高可靠性和安全性的高速鐵路牽引供電系統接觸網地震預警斷電接口裝置，能夠使列車在破壞性地震波到達前采取應急響應措施，最大程度降低地震對列車造成的損害，同時通過在設計時考慮了如何避免誤觸發斷電帶來的損失，有效提升高速鐵路地震預警應急聯動的安全性和可靠性，能夠進一步完善高速鐵路地震預警應急聯動機制，符合實際的工程應用。

參考文獻：

[1]王竹華，王大鵬，孫祝友，杜國云.中國陸域近10年地震時空分布統計特征[J].煙臺師范學院學報（自然科學版），2005（04）.

[2]劉志明.高速鐵路地震預警系統結構與優化[J].鐵道通信信號，2019.

[3]林福，羅炳蓮，吳玲虹.繼電器控制與電機[M].機械工業出版社，2015.

[4]楊長衛，童心豪，連靜，何華武，高芒芒.高速鐵路地震預警系統三級警報閾值及其處置策略研究[J].鐵道學報，2019.