高速铁路接触网隔离开关远动控制技术的研究

高速铁路接触网隔离开关远动控制技术的研究

摘要：本文对高速铁路接触网隔离开关远动采用的控制方式及实际运行中开关误动、拒动、无显示的原因进行了深入分析，针对接触网隔离开关远动控制的薄弱环节，提出了远动控制的改进措施，提高了可靠性。

关键词：高速铁路、接触网、电动、隔离开关、远动、控制

Abstract: This paper conducted a fully analysis about the control mode of the remote control system of the OCS electric isolating switch in the high speed railway, further more, the author investigated the rooting cause of incorrect tripping and misoperation of the electric isolating in practice. In line with the weakness of electric isolating, some improvement measurement were proposed. It was proved that those measurement can enhance the reliability of the remote control system.

Key words:high speed railway; overhead contact system(OCS); electric; isolating switch; remote control

一、概述

随着高速铁路的快速发展，供电远动技术逐步成熟，可靠性明显提高，但接触网隔离开关远动依然不稳定，特别是供电运行中曾经出现误动（误分、误合）现象，在接触网故障处理过程出现开关拒动现象，成为供电设备运行的安全隐患，是供电远动系统中最为薄弱的环节。

二、接触网隔离开关远动现状

目前接触网隔离开关远动控制主要有两种型式，一种是通过控制操作机构电源直接控制隔离开关（简称直接控制），一种是通过光缆传输控制信号操作隔离开关（简称光纤控制）。两种控制原理如下：

直接控制型式的优点是：

1.结构简单，控制简单，无户外电子设备。

2.遥控控制抗干扰能力强，运行中从没有出现过误动现象。

缺点是：

1.穿越户内户外的进出控制电缆较多，对变电所厅运行安全不利。

2.遥信信号可能受到干扰。

光纤控制型式：（附图2）

光纤控制型式在高铁使用较为普遍。

光纤控制型式研制的初衷是为了克服直接控制型式存在的不足并借鉴数字化变电所理念发展而来，主要的特点是：

1.减少了穿越户内户外控制电缆的数量，从而降低了外部原因如雷电、电磁等对所内设备的危害。

2.控制信号采用了光缆传输，减少了干扰。

光纤控制型式也存在不足，主要体现在：

1.RTU等电子元件置于户外控制箱内，运行环境差。

2. 控制逻辑、二次回路复杂。

3.RTU、操作机构控制板等工作电源与操作电源同路，在电源电压不稳定时，造成各个环节不稳定因素增多。

三、光纤控制型式故障现象及原因分析

（一）接触网隔离开关误动

接触网开关误动虽然次数不多，但风险较大，经过现场调查与技术分析，原因有以下几种：

1.操作机构出口控制继电器故障（如接点粘连）。当调度台发出命令后不能执行操作，但操作机构内部保持了这个操作命令，在随后运行中，出口继电器可能自行恢复，当初的操作命令随即作用导致开关动作。如附图3：

2.RTU与操作机构信号连线受到干扰，导致开关误动作。见附图4

RTU与操作机构控制线存在干扰电压，可能导致继电器动作从而导致隔离开

关误动。干扰电压可以从以下三个方面得到印证：

一是海南东环，发生接触网隔离开关误动后，接触网工区会同相关人员在现场进行测量，停掉外部220V电源后，依然在此连接线处测量到40—90V干扰电压。

二是接触网隔离开关操作机构箱内空气开关，在接触网故障时经常发生跳闸，从而印证确实有感应电压（电流）存在，只不过是干扰了不同的回路。参见附图7

三是操作机构箱内加热回路经常报非正常工作，同样证实干扰源的存在。

值得主要的是，还存在另一隐患，如果220V电源火地线接反，RTU出口继电器可能断的是零线，隐患更大，在恶劣天气下，如果连线绝缘降低或瞬间接地，将直接导致发出操作命令。

3.RTU的IP地址错误。见附图5

此现象多发生于新更换RTU后，更换人员不精心所致。

4.接触网隔离开关控制屏操作按钮、PLC误发命令。如附图6：

此类故障共发生过3次，经过延时处理已得到解决。

（二）接触网隔离开关拒动

1.隔离开关操作机构箱内空气开关跳闸

如附图7：A1、A2、B1、B2四个开关中任一开关跳闸，都会导致接触网隔离开关拒动。运行中跳闸最多的是B1开关。此现象多发生于接触网故障时段，受到干扰所致。

2.电子元器件损坏。见附图8

低压空气开关

控制回路连线示意附图7

3.传输通道中断。见附图9

附图9

（三）接触网隔离开关位置信号误显示

1.变电所综自交换机在主备通道切换时误显示,。见附图10

2.RTU或操作机构线路板受干扰误显示。见附图11

3.控制电路元器件损坏。见附图12

误显示会造成调度人员不知所措，如：某高铁运行中，处于合闸位的接触网分相处隔离开关显示合闸，调度人员马上进行分闸操作，结果显示操作超时不能分闸，6分钟后，开关又显示自动分闸，至今不知是开关真的动作还是误显示。

四、解决措施

解决光纤控制型式接触网隔离开关误动、拒动、误显示问题的基本指导思想一是消除干扰，二是强化控制，即使干扰存在也不会误动。消除干扰除标准施工及认真做好接地外，目前尚无其他好办法，因此，应主要侧重于强化控制。

（一）防止接触网隔离开关误动

在现有高铁接触网隔离开关的控制方式下，防止误动的措施主要有三个，一是借鉴德国控制模式的优点，不操作的情况下断开操作电源，实现电机控制回路的双重控制；二是控制命令双端口输出；三是操作电机回路自保持功能的延时释放。

1.操作机构箱控制电机回路空气开关增加远程操作机构，并实现调度的远程操作，不操作时断开此开关。见附图13

由于该开关与控制命令出口接触器串联，起到了电机回路的双重控制作用，大大降低了干扰信号导致误动的概率。

需要指出的是，此方式在接触网隔离开关远动时，需要电调两步操作，一是合上操作电源，二是发出操作命令，增加了调度员的工作量。

附图13

2.将操作机构箱内自保持继电器的自保持功能定时释放，避免在操作时不动，而没有操作时误动。见附图14

3.控制命令触发回路双断口。见附图15

（二）防止接触网隔离开关拒动措施

前述，A1、A2、B1、B2开关中任一开关跳闸均会导致接触网隔离开关拒动，运行中B1开关跳闸最多，一般是受到雷电或接触网故障干扰后浪涌保护器动作所致。见附图7。

在采取B1开关加操作机构后，B1开关正常处于分闸状态，不再会浪涌动保护器作引起跳闸。即使出现误跳闸，也可以远动操作恢复。

A2、B2开关可以取消。

A1开关浪涌保护在开关前级，一般也不会跳闸。

所有低压空气开关应配置辅助接点，位置信号传调度台。

RTU、操作机构箱内电机控制、工作回路应设置自检报警，当线路出现问题不能正常工作时，应向调度台报警。

见附图16。

1.接触网隔离开关监控屏与SCADA直接相连，不再经过综自交换机。见附图17。

2.RTU、操作机构控制模块自检报警，当模块不能正常工作时，向调度台报

警，此时，所有开关动作信息将被忽略。

3.实施电机回路开关远动并一般处于分闸状态时，操作电源不被接通时的接触网隔离开关动作一般可以判断为误信息而忽略。

五、结论

1.本文章只是对光纤控制型式下的接触网隔离开关存在的误动、拒动、无显示的原因进行了分析，提出了改进措施，供设计者借鉴。

2.接触网隔离开关远动存在的问题同时说明，两种形式各有利弊，应相互借鉴，取长补短，逐步完善。接触网隔离开关远动需要系统的设计，而不能完全依靠不同厂家的产品简单搭接。

3.对于今后高铁接触网隔离开关远动发展方向有待进一步研究。目前国内专家已结合接触网隔离开关布局调整和控制方式提出多种方法，尚有待深入研究。