地鐵車輛檢修庫接觸網新型接地開關柜設計方案

喻 奇

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢∥高級工程師)

1 地鐵車輛檢修庫停送電作業存在問題

目前,我國地鐵車輛檢修維護工作主要依靠人工操作。在安全防護方面，檢修庫內接觸網的停電和驗電,以及臨時接地線的掛接、接觸網送電等工作通常也是靠人工現場完成。在作業過程中，檢修人員可能會由于疏忽大意、精神疲倦、溝通不暢等因素而造成誤操作，導致發生安全事故[1]。車輛基地檢修庫停電、接地和送電作業存在的問題主要包括以下2方面。

1.1 安全風險問題

1) 檢修作業人員容易走錯股道或列位，誤闖入帶電區域，發生在接觸網接地時送電或在接觸網帶電的情況下誤掛接地線等誤操作[2]。

2) 檢修高平臺通道門未與接觸網停送電狀態形成有效的聯鎖，容易出現檢修人員在接觸網未停電的情況下登上高平臺作業的情況。

3) 現場作業流程太依賴于人工管理，工作票要求內容沒有與實際工作內容形成有效的技術關聯。若現場作業人員不按照工作票規定順序操作，將會帶來重大安全隱患。

1.2 效率低下問題

1) 現場接地采用傳統人工作業，需人工領取接地棒，用完交還原位,流程循環往復、耗時費力。

2) 檢修庫線接觸網停電接地和送電需分別開工作票，流程繁瑣。

3) 作業流程及過程控制管理缺乏可追溯性，不利于強化管理、規范操作[3]。

我國已開通的地鐵線路中，接觸網專業檢修時接觸網停電并掛接地線的作業(以下簡稱“停掛作業”)均采用自掛自拆的組織方式，即由檢修人員自行完成接地線的掛拆作業。而各地對非接觸網專業進行停電和接地作業的組織方式存在較大的差異：廣州和深圳的城市軌道交通運營單位規定由接觸網專業人員配合完成接地線的掛拆作業；上海和重慶的城市軌道交通運營單位則規定采用自掛自拆的組織方式，由各專業檢修人員自行組織接地線的掛拆作業[4]。

2 檢修庫接觸網停掛作業需求

地鐵檢修庫的車輛檢修和庫線接觸網檢修均有停掛作業需求。車輛檢修幾乎每天都需進行，若車輛檢修作業時檢修人員與接觸網帶電設備間保持足夠的安全距離，對接觸網的帶電狀態不作要求，則無需進行停掛作業[5]。在對地鐵車輛受電弓和車載空調等車體頂部設施進行檢修維護時，車輛檢修人員通常需要在登高平臺上作業，因而需要實施停掛作業。此外，在進行檢修庫架空接觸網及其庫前隔離開關檢修時，也需實施停掛作業。

需掛設接觸網的地鐵車輛檢修庫包括停車列檢庫、雙周/三月檢庫、靜調庫、定修庫、吹掃庫等。既需掛設接觸網又需設置高平臺的地鐵車輛檢修庫主要為雙周/三月檢庫、定修庫、吹掃庫，部分停車列檢庫的少量列位可能需要局部設置高平臺，用于檢修受電弓。所有掛設接觸網的地鐵檢修庫均涉及停掛作業，尤其是設置高平臺的檢修庫，更應進行重點安全管控。

3 現行檢修庫接觸網的停掛作業流程

地鐵車輛基地通常設置微機防誤閉鎖裝置系統。該系統主要采用對需要閉鎖的操作把手加裝鎖具的方式，對手動操作作業實施強制閉鎖，用以強制操作人員遵照安全管理規定的要求操作。操作人員必須按既定的安全操作程序先模擬預演、驗票后,才能對接觸網供電設備進行手動操作。

3.1 常規停掛作業流程

目前現場實施的常規停掛作業流程較為繁瑣。以設置高平臺檢修列位的停掛作業流程為例，檢修人員的具體作業流程如下：①去DCC(車輛基地控制中心)調度室申請開具工作票,經微機防誤閉鎖裝置系統模擬驗證后，領取微機防誤操作系統的五防電腦鑰匙;②打開檢修庫器具存放柜，取出驗電器、絕緣鞋和絕緣手套，并穿好絕緣鞋,戴好絕緣手套;③操作對應列位的接觸網隔離開關分閘;④用驗電器給對應列位接觸網驗電，確認對應列位接觸網處于無電狀態;⑤合上對應列位的接觸網驗電鎖，取出對應列位的接地棒;⑥將對應列位接觸網和鋼軌可靠掛接到一起;⑦打開對應列位的高平臺通道門;⑧將驗電器、絕緣鞋和絕緣手套一并放回器具存放柜;⑨確認操作完成，開始登臺檢修。

3.2 送電流程

在檢修人員登臺作業結束后，還需進行同樣繁瑣的送電流程，具體的執行流程如下：①再次去DCC調度室，交還停掛作業時領取的五防電腦鑰匙，并申請送電工作票。經微機防誤閉鎖裝置系統模擬驗證后，重新領取五防電腦鑰匙;②打開檢修庫器具存放柜，取出絕緣鞋和絕緣手套并穿戴;③到對應列位的高平臺通道門處檢查五防鎖，確認高平臺及車頂的人、物均出清;④用五防鎖鎖好高平臺通道門;⑤拆除對應列位的接地棒，并放回原處;⑥合上對應列位的接觸網開關;⑦將絕緣鞋和絕緣手套放回檢修庫器具存放柜;⑧確認上述操作均已完成后，檢修人員第3次去DCC調度室，交還五防電腦鑰匙并銷點。

根據調研和走訪得知，每次開工作票取五防電腦鑰匙，耗時約為5 min，往返2次，共計10 min；整個掛拆接地棒相關流程耗時通常約為20 min，因而單次停掛作業的總耗時通常約為30 min。

4 接觸網安全接地聯鎖方案研究

4.1 接地開關柜成套裝置設計的必要性

隨著各城市軌道交通運營單位對地鐵車輛登頂檢修作業安全管理的重視，引入電力系統廣泛采用的停送電防誤系統(又稱五防聯鎖系統)，并與門禁系統相結合，可基本確保登頂作業人員的人身安全。但目前各地主要依靠隔離開關分/合位置來間接判斷接觸網的斷/送電狀態，缺乏直接對接觸網進行實時檢測的手段。如果該系統僅采用表征接觸網開關位置狀態的輔助觸點信息作為判斷依據，其可靠性存在缺陷，可能導致接觸網帶電狀態判別錯誤，進而引發安全事故[6]。

當前車輛基地檢修庫接觸網停掛作業存在2個較為突出的問題：一是人工掛接地棒耗時長、作業流程繁瑣；二是檢修庫接觸網安全接地聯鎖方案沒有與對應接觸網開關狀態和帶電情況形成直接關聯。因此，采用電動接地裝置替代人工掛接地棒成為大勢所趨，接地開關柜成套裝置由此應運而生。

4.2 接地開關柜成套裝置的設計思路

4.2.1 優化接觸網隔離開關和接地開關的操作邏輯

采用二次控制電纜將接地開關柜與對應列位接觸網隔離開關的電動操作機構箱相連，實現在接地開關柜柜面操作面板上控制接觸網隔離開關的分/合閘。利用接觸網隔離開關分/合位輔助觸點和接地開關柜的分/合位輔助觸點作為2個開關的聯鎖條件，其聯鎖邏輯如圖1～2所示。同時，將接觸網隔離開關的分/合位、外部電源失電、微型斷路器跳閘、機構動作超時、轉換開關遠方位置、手動位置等狀態信息傳送至接地開關柜，并在接地開關柜柜面予以顯示。

圖1 接觸網隔離開關操作邏輯

圖2 接地開關操作邏輯

4.2.2 設置雙電壓傳感器

接地開關柜設置雙電壓傳感器，對接觸網電壓進行測量。只有當2個電壓傳感器測量值之間的差值在測量誤差允許范圍內時，才認為測量值準確有效。其取平均值并與設定的驗電門檻值進行對比，以判別接觸網是否處于帶電狀態。若判別結果為接觸網無電，則高壓側帶電閉鎖解除；若判別結果為接觸網有電，則需投入放電回路，以泄放殘壓。

4.2.3 配置插入式的機械聯鎖裝置

配置插入式機械聯鎖裝置，接地開關柜安裝該聯鎖裝置的電磁鎖部分，高平臺通道門處安裝該聯鎖裝置的機械鎖部分。只有當接地開關處于合閘位置時，才能拔出接地開關柜柜面上的聯鎖鑰匙，然后才可用該鑰匙去開高平臺通道門，將該鑰匙插入通道門的機械鎖，以交換出安全鑰匙。安全鑰匙從機械鎖中取出后，聯鎖鑰匙被限定在機械鎖內，且機械鎖無法鎖上。檢修人員隨身攜帶安全鑰匙。聯鎖鑰匙和安全鑰匙互不通用。待登臺檢修完成后，只有當安全鑰匙插回對應通道門的機械鎖并鎖好后，才能取出聯鎖鑰匙。將聯鎖鑰匙插回接地開關柜，才能使接地開關分閘。

4.2.4 設置雙面顯示屏

接地開關柜柜頂面和高平臺均設置雙面顯示屏，根據接地開關柜內的邏輯判別可醒目顯示出接觸網有電、無電、接地及異常狀況等信息。

4.2.5 設置可編程邏輯控制器(PLC)

接地開關柜利用PLC采集對應列位接觸網隔離開關的狀態信息，同時采集本柜的各項信息。PLC配置有RS 485通信接口，可通過通信線纜與車輛基地檢修作業安全聯鎖管理系統進行信息交互。

根據各地的安全聯鎖管理系統管控要求確定是否將停掛作業后送電環節納入開關操作邏輯，如圖1和圖2內虛框所示。

4.3 接地開關柜成套裝置的安全聯鎖方案

接地開關柜成套裝置包含接地開關柜、插入式機械聯鎖裝置和高平臺帶電狀態顯示屏等，其安全聯鎖方案構架如圖3所示。

圖3 接地開關柜成套裝置的安全聯鎖方案構架

5 優化后的檢修庫接觸網停掛作業流程

采用上述新型接地開關柜成套裝置后，檢修庫接觸網停掛作業流程可減少以下環節：無需用驗電器驗電；無需穿戴絕緣鞋和絕緣手套；無需取還接地棒；無需往返調度室開送電工作票。

優化后檢修人員停掛作業的操作流程如下：

1) 去DCC調度室申請開具工作票，領取對應列位接地開關柜的五防電腦鑰匙。根據安全管控的需要，閉鎖對應接觸網隔離開關合閘。操作約需用時2 min。

2) 攜帶領取的五防電腦鑰匙去對應檢修列位軌旁，打開對應接地開關柜的操作面板門。操作預計用時2 min。

3) 在接地開關柜的操作面板進行如下操作：分接觸網隔離開關→放電(若驗電不通過)→合接地開關→取下聯鎖鑰匙→用五防鎖鎖住操作面板門。操作預計用時2 min。

4) 攜帶聯鎖鑰匙至對應高平臺通道門處，打開機械鎖，交換出安全鑰匙。操作預計用時1 min。

5) 檢修完成后，確認高平臺和車頂的人、物均出清，用安全鑰匙交換出聯鎖鑰匙，同時將高平臺通道門鎖好。操作預計用時1 min。

6) 用五防電腦鑰匙再次打開對應列位接地開關柜的操作面板門。檢修人員按下申請送電按鈕，經調度員通過視頻再次確認高平臺和車頂的人、物已出清后，在安全聯鎖管控系統上解除接觸網隔離開關合閘閉鎖。操作預計用時3 min。

7) 將聯鎖鑰匙插回接地開關柜原位置，并在操作面板操作先分接地開關，再合接觸網隔離開關，確認接觸網送電成功后，再用五防鎖鎖好接地開關柜操作面板門。操作預計用時2 min。

8) 將五防電腦鑰匙交還至調度室，并銷點。操作預計用時2 min。

采用優化后的流程進行停掛作業，綜合耗時約為15 min,相比現行的常規操檢修人員作流程，作業效率大為提升。

6 結語

本文所述的接地開關柜成套裝置，其電氣關聯閉鎖不依賴于安全管控系統，僅需在安全管控系統中正確設置五防鎖確保檢修列位與接地開關柜之間的對應關系[7]，從而可最大限度地避免由于工作配合失誤而導致的安全風險。同時，該新型裝置采用電動接地裝置替代人工掛接地棒，大大提升了停掛作業的工作效率。

與依靠傳統五防鎖實現停掛作業的方案[8-9]相比，本方案的作業時間大為減少。此外，相比依靠DCC檢修調度員遠程遙控實現停掛作業的方案[10]，本方案更為安全可靠，檢修人員的人身安全無需完全依賴調度員保障。這既減輕了調度員的工作壓力和工作量，又不影響停掛作業的工作效率，更符合“以人為本”的設計理念。

針對不同的運營管理需求，還可以在接地開關柜內加裝監視開關位置狀態的攝像頭，采用光纖通信方式將視頻信息傳輸給車輛基地安全管控系統，對車輛基地安全管控系統開放相關庫內接觸網開關和接地開關的控制權限，進而實現接地作業的可視化。若完全采用車輛基地安全管控系統遠程實現停掛作業，還需在檢修庫加設攝像頭，監視對應的列位車頂和檢修高平臺，并且將該視頻信息接入安全管控系統，用以確認停電前接觸網降弓狀態，以及送電前車頂和檢修高平臺的人、物出清。