地鐵車輛檢修庫接觸網(wǎng)新型接地開關(guān)柜設(shè)計(jì)方案

喻 奇

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢∥高級(jí)工程師)

1 地鐵車輛檢修庫停送電作業(yè)存在問題

目前,我國地鐵車輛檢修維護(hù)工作主要依靠人工操作。在安全防護(hù)方面，檢修庫內(nèi)接觸網(wǎng)的停電和驗(yàn)電,以及臨時(shí)接地線的掛接、接觸網(wǎng)送電等工作通常也是靠人工現(xiàn)場完成。在作業(yè)過程中，檢修人員可能會(huì)由于疏忽大意、精神疲倦、溝通不暢等因素而造成誤操作，導(dǎo)致發(fā)生安全事故[1]。車輛基地檢修庫停電、接地和送電作業(yè)存在的問題主要包括以下2方面。

1.1 安全風(fēng)險(xiǎn)問題

1) 檢修作業(yè)人員容易走錯(cuò)股道或列位，誤闖入帶電區(qū)域，發(fā)生在接觸網(wǎng)接地時(shí)送電或在接觸網(wǎng)帶電的情況下誤掛接地線等誤操作[2]。

2) 檢修高平臺(tái)通道門未與接觸網(wǎng)停送電狀態(tài)形成有效的聯(lián)鎖，容易出現(xiàn)檢修人員在接觸網(wǎng)未停電的情況下登上高平臺(tái)作業(yè)的情況。

3) 現(xiàn)場作業(yè)流程太依賴于人工管理，工作票要求內(nèi)容沒有與實(shí)際工作內(nèi)容形成有效的技術(shù)關(guān)聯(lián)。若現(xiàn)場作業(yè)人員不按照工作票規(guī)定順序操作，將會(huì)帶來重大安全隱患。

1.2 效率低下問題

1) 現(xiàn)場接地采用傳統(tǒng)人工作業(yè)，需人工領(lǐng)取接地棒，用完交還原位,流程循環(huán)往復(fù)、耗時(shí)費(fèi)力。

2) 檢修庫線接觸網(wǎng)停電接地和送電需分別開工作票，流程繁瑣。

3) 作業(yè)流程及過程控制管理缺乏可追溯性，不利于強(qiáng)化管理、規(guī)范操作[3]。

我國已開通的地鐵線路中，接觸網(wǎng)專業(yè)檢修時(shí)接觸網(wǎng)停電并掛接地線的作業(yè)(以下簡稱“停掛作業(yè)”)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(yè)。而各地對(duì)非接觸網(wǎng)專業(yè)進(jìn)行停電和接地作業(yè)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(yùn)營單位規(guī)定由接觸網(wǎng)專業(yè)人員配合完成接地線的掛拆作業(yè)；上海和重慶的城市軌道交通運(yùn)營單位則規(guī)定采用自掛自拆的組織方式，由各專業(yè)檢修人員自行組織接地線的掛拆作業(yè)[4]。

2 檢修庫接觸網(wǎng)停掛作業(yè)需求

地鐵檢修庫的車輛檢修和庫線接觸網(wǎng)檢修均有停掛作業(yè)需求。車輛檢修幾乎每天都需進(jìn)行，若車輛檢修作業(yè)時(shí)檢修人員與接觸網(wǎng)帶電設(shè)備間保持足夠的安全距離，對(duì)接觸網(wǎng)的帶電狀態(tài)不作要求，則無需進(jìn)行停掛作業(yè)[5]。在對(duì)地鐵車輛受電弓和車載空調(diào)等車體頂部設(shè)施進(jìn)行檢修維護(hù)時(shí)，車輛檢修人員通常需要在登高平臺(tái)上作業(yè)，因而需要實(shí)施停掛作業(yè)。此外，在進(jìn)行檢修庫架空接觸網(wǎng)及其庫前隔離開關(guān)檢修時(shí)，也需實(shí)施停掛作業(yè)。

需掛設(shè)接觸網(wǎng)的地鐵車輛檢修庫包括停車列檢庫、雙周/三月檢庫、靜調(diào)庫、定修庫、吹掃庫等。既需掛設(shè)接觸網(wǎng)又需設(shè)置高平臺(tái)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(shè)置高平臺(tái)，用于檢修受電弓。所有掛設(shè)接觸網(wǎng)的地鐵檢修庫均涉及停掛作業(yè)，尤其是設(shè)置高平臺(tái)的檢修庫，更應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)安全管控。

3 現(xiàn)行檢修庫接觸網(wǎng)的停掛作業(yè)流程

地鐵車輛基地通常設(shè)置微機(jī)防誤閉鎖裝置系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用對(duì)需要閉鎖的操作把手加裝鎖具的方式，對(duì)手動(dòng)操作作業(yè)實(shí)施強(qiáng)制閉鎖，用以強(qiáng)制操作人員遵照安全管理規(guī)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(yù)演、驗(yàn)票后,才能對(duì)接觸網(wǎng)供電設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作。

3.1 常規(guī)停掛作業(yè)流程

目前現(xiàn)場實(shí)施的常規(guī)停掛作業(yè)流程較為繁瑣。以設(shè)置高平臺(tái)檢修列位的停掛作業(yè)流程為例，檢修人員的具體作業(yè)流程如下：①去DCC(車輛基地控制中心)調(diào)度室申請(qǐng)開具工作票,經(jīng)微機(jī)防誤閉鎖裝置系統(tǒng)模擬驗(yàn)證后，領(lǐng)取微機(jī)防誤操作系統(tǒng)的五防電腦鑰匙;②打開檢修庫器具存放柜，取出驗(yàn)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(duì)應(yīng)列位的接觸網(wǎng)隔離開關(guān)分閘;④用驗(yàn)電器給對(duì)應(yīng)列位接觸網(wǎng)驗(yàn)電，確認(rèn)對(duì)應(yīng)列位接觸網(wǎng)處于無電狀態(tài);⑤合上對(duì)應(yīng)列位的接觸網(wǎng)驗(yàn)電鎖，取出對(duì)應(yīng)列位的接地棒;⑥將對(duì)應(yīng)列位接觸網(wǎng)和鋼軌可靠掛接到一起;⑦打開對(duì)應(yīng)列位的高平臺(tái)通道門;⑧將驗(yàn)電器、絕緣鞋和絕緣手套一并放回器具存放柜;⑨確認(rèn)操作完成，開始登臺(tái)檢修。

3.2 送電流程

在檢修人員登臺(tái)作業(yè)結(jié)束后，還需進(jìn)行同樣繁瑣的送電流程，具體的執(zhí)行流程如下：①再次去DCC調(diào)度室，交還停掛作業(yè)時(shí)領(lǐng)取的五防電腦鑰匙，并申請(qǐng)送電工作票。經(jīng)微機(jī)防誤閉鎖裝置系統(tǒng)模擬驗(yàn)證后，重新領(lǐng)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(duì)應(yīng)列位的高平臺(tái)通道門處檢查五防鎖，確認(rèn)高平臺(tái)及車頂?shù)娜恕⑽锞銮?④用五防鎖鎖好高平臺(tái)通道門;⑤拆除對(duì)應(yīng)列位的接地棒，并放回原處;⑥合上對(duì)應(yīng)列位的接觸網(wǎng)開關(guān);⑦將絕緣鞋和絕緣手套放回檢修庫器具存放柜;⑧確認(rèn)上述操作均已完成后，檢修人員第3次去DCC調(diào)度室，交還五防電腦鑰匙并銷點(diǎn)。

根據(jù)調(diào)研和走訪得知，每次開工作票取五防電腦鑰匙，耗時(shí)約為5 min，往返2次，共計(jì)10 min；整個(gè)掛拆接地棒相關(guān)流程耗時(shí)通常約為20 min，因而單次停掛作業(yè)的總耗時(shí)通常約為30 min。

4 接觸網(wǎng)安全接地聯(lián)鎖方案研究

4.1 接地開關(guān)柜成套裝置設(shè)計(jì)的必要性

隨著各城市軌道交通運(yùn)營單位對(duì)地鐵車輛登頂檢修作業(yè)安全管理的重視，引入電力系統(tǒng)廣泛采用的停送電防誤系統(tǒng)(又稱五防聯(lián)鎖系統(tǒng))，并與門禁系統(tǒng)相結(jié)合，可基本確保登頂作業(yè)人員的人身安全。但目前各地主要依靠隔離開關(guān)分/合位置來間接判斷接觸網(wǎng)的斷/送電狀態(tài)，缺乏直接對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的手段。如果該系統(tǒng)僅采用表征接觸網(wǎng)開關(guān)位置狀態(tài)的輔助觸點(diǎn)信息作為判斷依據(jù)，其可靠性存在缺陷，可能導(dǎo)致接觸網(wǎng)帶電狀態(tài)判別錯(cuò)誤，進(jìn)而引發(fā)安全事故[6]。

當(dāng)前車輛基地檢修庫接觸網(wǎng)停掛作業(yè)存在2個(gè)較為突出的問題：一是人工掛接地棒耗時(shí)長、作業(yè)流程繁瑣；二是檢修庫接觸網(wǎng)安全接地聯(lián)鎖方案沒有與對(duì)應(yīng)接觸網(wǎng)開關(guān)狀態(tài)和帶電情況形成直接關(guān)聯(lián)。因此，采用電動(dòng)接地裝置替代人工掛接地棒成為大勢所趨，接地開關(guān)柜成套裝置由此應(yīng)運(yùn)而生。

4.2 接地開關(guān)柜成套裝置的設(shè)計(jì)思路

4.2.1 優(yōu)化接觸網(wǎng)隔離開關(guān)和接地開關(guān)的操作邏輯

采用二次控制電纜將接地開關(guān)柜與對(duì)應(yīng)列位接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)箱相連，實(shí)現(xiàn)在接地開關(guān)柜柜面操作面板上控制接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的分/合閘。利用接觸網(wǎng)隔離開關(guān)分/合位輔助觸點(diǎn)和接地開關(guān)柜的分/合位輔助觸點(diǎn)作為2個(gè)開關(guān)的聯(lián)鎖條件，其聯(lián)鎖邏輯如圖1～2所示。同時(shí)，將接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的分/合位、外部電源失電、微型斷路器跳閘、機(jī)構(gòu)動(dòng)作超時(shí)、轉(zhuǎn)換開關(guān)遠(yuǎn)方位置、手動(dòng)位置等狀態(tài)信息傳送至接地開關(guān)柜，并在接地開關(guān)柜柜面予以顯示。

圖1 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)操作邏輯

圖2 接地開關(guān)操作邏輯

4.2.2 設(shè)置雙電壓傳感器

接地開關(guān)柜設(shè)置雙電壓傳感器，對(duì)接觸網(wǎng)電壓進(jìn)行測量。只有當(dāng)2個(gè)電壓傳感器測量值之間的差值在測量誤差允許范圍內(nèi)時(shí)，才認(rèn)為測量值準(zhǔn)確有效。其取平均值并與設(shè)定的驗(yàn)電門檻值進(jìn)行對(duì)比，以判別接觸網(wǎng)是否處于帶電狀態(tài)。若判別結(jié)果為接觸網(wǎng)無電，則高壓側(cè)帶電閉鎖解除；若判別結(jié)果為接觸網(wǎng)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(jī)械聯(lián)鎖裝置

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

4.2.4 設(shè)置雙面顯示屏

接地開關(guān)柜柜頂面和高平臺(tái)均設(shè)置雙面顯示屏，根據(jù)接地開關(guān)柜內(nèi)的邏輯判別可醒目顯示出接觸網(wǎng)有電、無電、接地及異常狀況等信息。

4.2.5 設(shè)置可編程邏輯控制器(PLC)

接地開關(guān)柜利用PLC采集對(duì)應(yīng)列位接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的狀態(tài)信息，同時(shí)采集本柜的各項(xiàng)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(yè)安全聯(lián)鎖管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交互。

根據(jù)各地的安全聯(lián)鎖管理系統(tǒng)管控要求確定是否將停掛作業(yè)后送電環(huán)節(jié)納入開關(guān)操作邏輯，如圖1和圖2內(nèi)虛框所示。

4.3 接地開關(guān)柜成套裝置的安全聯(lián)鎖方案

接地開關(guān)柜成套裝置包含接地開關(guān)柜、插入式機(jī)械聯(lián)鎖裝置和高平臺(tái)帶電狀態(tài)顯示屏等，其安全聯(lián)鎖方案構(gòu)架如圖3所示。

圖3 接地開關(guān)柜成套裝置的安全聯(lián)鎖方案構(gòu)架

5 優(yōu)化后的檢修庫接觸網(wǎng)停掛作業(yè)流程

采用上述新型接地開關(guān)柜成套裝置后，檢修庫接觸網(wǎng)停掛作業(yè)流程可減少以下環(huán)節(jié)：無需用驗(yàn)電器驗(yàn)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(diào)度室開送電工作票。

優(yōu)化后檢修人員停掛作業(yè)的操作流程如下：

1) 去DCC調(diào)度室申請(qǐng)開具工作票，領(lǐng)取對(duì)應(yīng)列位接地開關(guān)柜的五防電腦鑰匙。根據(jù)安全管控的需要，閉鎖對(duì)應(yīng)接觸網(wǎng)隔離開關(guān)合閘。操作約需用時(shí)2 min。

2) 攜帶領(lǐng)取的五防電腦鑰匙去對(duì)應(yīng)檢修列位軌旁，打開對(duì)應(yīng)接地開關(guān)柜的操作面板門。操作預(yù)計(jì)用時(shí)2 min。

3) 在接地開關(guān)柜的操作面板進(jìn)行如下操作：分接觸網(wǎng)隔離開關(guān)→放電(若驗(yàn)電不通過)→合接地開關(guān)→取下聯(lián)鎖鑰匙→用五防鎖鎖住操作面板門。操作預(yù)計(jì)用時(shí)2 min。

4) 攜帶聯(lián)鎖鑰匙至對(duì)應(yīng)高平臺(tái)通道門處，打開機(jī)械鎖，交換出安全鑰匙。操作預(yù)計(jì)用時(shí)1 min。

5) 檢修完成后，確認(rèn)高平臺(tái)和車頂?shù)娜恕⑽锞銮澹冒踩€匙交換出聯(lián)鎖鑰匙，同時(shí)將高平臺(tái)通道門鎖好。操作預(yù)計(jì)用時(shí)1 min。

6) 用五防電腦鑰匙再次打開對(duì)應(yīng)列位接地開關(guān)柜的操作面板門。檢修人員按下申請(qǐng)送電按鈕，經(jīng)調(diào)度員通過視頻再次確認(rèn)高平臺(tái)和車頂?shù)娜恕⑽镆殉銮搴螅诎踩?lián)鎖管控系統(tǒng)上解除接觸網(wǎng)隔離開關(guān)合閘閉鎖。操作預(yù)計(jì)用時(shí)3 min。

7) 將聯(lián)鎖鑰匙插回接地開關(guān)柜原位置，并在操作面板操作先分接地開關(guān)，再合接觸網(wǎng)隔離開關(guān)，確認(rèn)接觸網(wǎng)送電成功后，再用五防鎖鎖好接地開關(guān)柜操作面板門。操作預(yù)計(jì)用時(shí)2 min。

8) 將五防電腦鑰匙交還至調(diào)度室，并銷點(diǎn)。操作預(yù)計(jì)用時(shí)2 min。

采用優(yōu)化后的流程進(jìn)行停掛作業(yè)，綜合耗時(shí)約為15 min,相比現(xiàn)行的常規(guī)操檢修人員作流程，作業(yè)效率大為提升。

6 結(jié)語

本文所述的接地開關(guān)柜成套裝置，其電氣關(guān)聯(lián)閉鎖不依賴于安全管控系統(tǒng)，僅需在安全管控系統(tǒng)中正確設(shè)置五防鎖確保檢修列位與接地開關(guān)柜之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系[7]，從而可最大限度地避免由于工作配合失誤而導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，該新型裝置采用電動(dòng)接地裝置替代人工掛接地棒，大大提升了停掛作業(yè)的工作效率。

與依靠傳統(tǒng)五防鎖實(shí)現(xiàn)停掛作業(yè)的方案[8-9]相比，本方案的作業(yè)時(shí)間大為減少。此外，相比依靠DCC檢修調(diào)度員遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)停掛作業(yè)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(diào)度員保障。這既減輕了調(diào)度員的工作壓力和工作量，又不影響停掛作業(yè)的工作效率，更符合“以人為本”的設(shè)計(jì)理念。

針對(duì)不同的運(yùn)營管理需求，還可以在接地開關(guān)柜內(nèi)加裝監(jiān)視開關(guān)位置狀態(tài)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(tǒng)，對(duì)車輛基地安全管控系統(tǒng)開放相關(guān)庫內(nèi)接觸網(wǎng)開關(guān)和接地開關(guān)的控制權(quán)限，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)接地作業(yè)的可視化。若完全采用車輛基地安全管控系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)停掛作業(yè)，還需在檢修庫加設(shè)攝像頭，監(jiān)視對(duì)應(yīng)的列位車頂和檢修高平臺(tái)，并且將該視頻信息接入安全管控系統(tǒng)，用以確認(rèn)停電前接觸網(wǎng)降弓狀態(tài)，以及送電前車頂和檢修高平臺(tái)的人、物出清。