郜 鵬

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070)

城市軌道交通設(shè)備在日常的運(yùn)營(yíng)維保過程中，為保護(hù)作業(yè)區(qū)域內(nèi)的人員安全，需要以加掛地線的方式對(duì)作業(yè)區(qū)域內(nèi)的接觸網(wǎng)進(jìn)行接地.此種方式在場(chǎng)段的檢修庫內(nèi)比較常見，通過將作業(yè)區(qū)域兩端的接觸網(wǎng)分別與鋼軌進(jìn)行電氣連接，完成掛地線操作.傳統(tǒng)的掛接地線操作通過人工完成，場(chǎng)段檢修庫內(nèi)接觸網(wǎng)高度較高，存在操作難度大，掛接地線效率低等問題[1-4]；電調(diào)人員一般位于遠(yuǎn)離作業(yè)區(qū)域的控制室內(nèi)，無法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行核查，如現(xiàn)場(chǎng)不能嚴(yán)格按照操作流程進(jìn)行檢修維護(hù)作業(yè)，可能發(fā)生誤掛地線和忘記拆除地線等問題，將會(huì)對(duì)正常的運(yùn)營(yíng)維護(hù)造成極大的安全隱患.

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，可視化接地系統(tǒng)利用綜合自動(dòng)化、通信、網(wǎng)絡(luò)、軟件、視頻等先進(jìn)技術(shù)，使掛接地線操作更智能、更可靠、更安全，有效解決了傳統(tǒng)人工掛接地線操作時(shí)操作難度大、作業(yè)效率低、存在安全隱患等問題.基于此，在分析可視化接地系統(tǒng)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合停電檢修作業(yè)流程，闡述并對(duì)比分析現(xiàn)行可視化接地系統(tǒng)的設(shè)置方式，論述檢修作業(yè)中需要重點(diǎn)防范與避免的危險(xiǎn)操作，最后提出可視化接地系統(tǒng)合理的設(shè)置方式，以解決現(xiàn)行作業(yè)過程中的可能隱患，提升檢修作業(yè)效率與安全性.

1 可視化接地系統(tǒng)

可視化接地系統(tǒng)采用分層、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu).系統(tǒng)主要由中央級(jí)管理層、站級(jí)管理層、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備層組成[3-6]，通過網(wǎng)絡(luò)通信完成層層控制、集中管理、分散布置[7].在場(chǎng)段內(nèi)，可視化接地系統(tǒng)多采用兩層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由設(shè)置于控制室內(nèi)的中央級(jí)管理層和設(shè)置于股道旁的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備層組成.現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備由安裝于軌旁的可視化接地裝置組成，每臺(tái)裝置主要由接地開關(guān)、驗(yàn)電裝置、控制模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并上傳接觸網(wǎng)電壓和接地開關(guān)狀態(tài)，通過固化程序完成判斷，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)驗(yàn)電及掛接地線.中央級(jí)管理層由安裝于場(chǎng)段控制室內(nèi)的可視化接地監(jiān)控工作站和交換機(jī)組成，通過網(wǎng)絡(luò)通信線路將現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的工作狀態(tài)上傳至服務(wù)器，再由安裝于服務(wù)器的中心監(jiān)控軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)段可視化接地系統(tǒng)的集中管理[8].

設(shè)置可視化接地系統(tǒng)后，傳統(tǒng)接地方式中諸如驗(yàn)電、掛接地線以及完成作業(yè)后的地線拆除等人工作業(yè)都可以由可視化接地裝置替代完成.通過可視化接地裝置內(nèi)置的多個(gè)模塊，無需與接觸網(wǎng)直接接觸即可實(shí)現(xiàn)驗(yàn)電接地操作，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控工作站.在保證人員安全的同時(shí)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了進(jìn)行其他作業(yè)的時(shí)間[9]，還具備實(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史記錄回看功能，極大地提升了運(yùn)維管理的效率.

2 場(chǎng)段可視化接地系統(tǒng)設(shè)置原則及應(yīng)用情況

場(chǎng)段內(nèi)的檢修作業(yè)主要集中在檢修主廠房和運(yùn)用庫內(nèi).以某城市軌道交通車輛基地雙列位運(yùn)用庫為例，接觸網(wǎng)電分段設(shè)置在入庫端及A、B兩個(gè)列位連接處.其中A列位為主要檢修作業(yè)區(qū)域，進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，需要在可能來電的方向掛接地線進(jìn)行掛接地線操作.

現(xiàn)參照原掛接地線的位置，以可視化接地裝置替代原有掛接地線操作，接地連接位置與傳統(tǒng)接地方式相同，作業(yè)區(qū)域防護(hù)范圍不變.同時(shí)在地鐵車輛段控制中心(DCC)內(nèi)設(shè)置有可視化接地工作站，通過信號(hào)傳輸線纜，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)可視化接地裝置的集中監(jiān)控和管理.典型場(chǎng)段可視化接地系統(tǒng)設(shè)置如圖1所示.

圖1 可視化接地系統(tǒng)圖Fig.1 Visual earthing system

至此，場(chǎng)段內(nèi)每個(gè)股道進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，接地操作方式已由傳統(tǒng)人工掛接地線改為自動(dòng)掛接地線，驗(yàn)電、掛接地線、完成作業(yè)等一系列流程都由可視化接地裝置自動(dòng)完成.

在滿足最基本接地功能的基礎(chǔ)上，可視化接地系統(tǒng)還增加了網(wǎng)壓顯示、自動(dòng)放電、驗(yàn)電閉鎖等功能，使整個(gè)作業(yè)流程更簡(jiǎn)單、更智能、更安全、更可靠.

3 可視化接地系統(tǒng)與隔離開關(guān)的閉鎖關(guān)系

3.1 接觸網(wǎng)停電檢修作業(yè)流程介紹

場(chǎng)段庫內(nèi)進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，接觸網(wǎng)需停電以保障人員安全.接觸網(wǎng)停電檢修作業(yè)需要嚴(yán)格按照工作票制度進(jìn)行，對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行驗(yàn)電、接地后方可進(jìn)行檢修作業(yè).

停電檢修作業(yè)前需要請(qǐng)點(diǎn)、請(qǐng)令，對(duì)驗(yàn)電、接地位置進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)，不得漏掛錯(cuò)掛；停電檢修作業(yè)過程中，嚴(yán)格按照先驗(yàn)電后接地的流程進(jìn)行，延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間須按照規(guī)章制度進(jìn)行延點(diǎn)、延令；停電檢修作業(yè)結(jié)束前必須確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備具備送電及行車條件，之后方可銷令、銷點(diǎn)[10-12].

根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[13]要求，場(chǎng)段內(nèi)每條庫線都設(shè)置有對(duì)應(yīng)的隔離開關(guān)，以便不同股道的獨(dú)立停、送電作業(yè).在滿足了設(shè)備本身安全可靠接地的前提下，現(xiàn)行場(chǎng)段庫內(nèi)的掛接地線方式與對(duì)應(yīng)隔離開關(guān)形式主要存在以下幾種對(duì)應(yīng)關(guān)系：

1) 人工掛接地線，對(duì)應(yīng)股道隔離開關(guān)采用手動(dòng)形式.此種形式下，驗(yàn)電、接地及隔離開關(guān)分合閘作業(yè)全部由人工操作完成.

2) 采用可視化接地裝置，將掛接地線操作由人工改為自動(dòng)，對(duì)應(yīng)股道隔離開關(guān)仍采用手動(dòng)形式.此種形式下，驗(yàn)電、接地操作由可視化接地裝置自動(dòng)完成，隔離開關(guān)分合閘操作由人工操作完成.

3) 采用可視化接地裝置，將掛接地線操作由人工改為自動(dòng)，對(duì)應(yīng)股道隔離開關(guān)采用電動(dòng)形式.此種形式下，驗(yàn)電、接地操作由可視化接地裝置自動(dòng)完成，隔離開關(guān)分合閘操作由人工搬動(dòng)刀閘改為電機(jī)驅(qū)動(dòng)完成.

現(xiàn)有場(chǎng)段中，較多的采用1)、2)的設(shè)計(jì)方案.在方案1)中，全部操作由人工完成，工作強(qiáng)度大，占用維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，人力成本高，甚至有可能在發(fā)生誤操作時(shí)，難以保障作業(yè)人員的人身安全.在方案2)中，引入可視化接地裝置，替代人工完成了驗(yàn)電、接地操作，大幅提高了作業(yè)效率，保障了專業(yè)設(shè)備充裕的維護(hù)時(shí)間.

3.2 可視化接地系統(tǒng)與隔離開關(guān)閉鎖關(guān)系的討論

在接觸網(wǎng)停電檢修作業(yè)過程中，嚴(yán)禁出現(xiàn)帶電掛接地線以及掛接地線拆除前送電的情況，否則會(huì)對(duì)正常的運(yùn)營(yíng)維護(hù)安全產(chǎn)生重大的影響.接觸網(wǎng)是否帶電以對(duì)應(yīng)股道隔離開關(guān)是否處于合閘狀態(tài)為主要判斷依據(jù)，是否完成掛接地線以可視化接地裝置是否處于合閘狀態(tài)為主要判斷依據(jù).通過對(duì)可視化接地裝置與隔離開關(guān)采取機(jī)械或電氣閉鎖措施，最大限度的杜絕這一安全隱患.機(jī)械閉鎖主要通過機(jī)械結(jié)構(gòu)限制手動(dòng)隔離開關(guān)控制手柄的位移，從而達(dá)到限制開關(guān)分合閘的目的；電氣閉鎖主要通過不同設(shè)備繼電器觸點(diǎn)之間的相互關(guān)聯(lián)，保證設(shè)備同一時(shí)間只能工作于同一種模式下[14-15].

鑒于上文對(duì)應(yīng)關(guān)系1)中設(shè)備及操作狀態(tài)全部由人工判斷，無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備與掛接地線之間的閉鎖，因此本文重點(diǎn)針對(duì)關(guān)系2)、3)，對(duì)不同工作要求下的可視化接地系統(tǒng)與隔離開關(guān)的閉鎖關(guān)系進(jìn)行討論分析.

3.2.1 防止接觸網(wǎng)帶電時(shí)掛接地線

防止此種狀況的發(fā)生，需要以隔離開關(guān)的狀態(tài)作為前置條件.接觸網(wǎng)帶電時(shí)，隔離開關(guān)處于合閘狀態(tài)，可視化接地裝置不可進(jìn)行自動(dòng)掛接地線操作.可視化接地裝置采集隔離開關(guān)的狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)隔離開關(guān)處于合閘狀態(tài)時(shí)，可視化接地裝置強(qiáng)制將接地開關(guān)的分合閘回路斷開，使之不可進(jìn)行操作，以此實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)狀態(tài)對(duì)可視化接地裝置的閉鎖，對(duì)應(yīng)關(guān)系2)、3)均可以滿足該要求.

3.2.2 防止地線拆除前接觸網(wǎng)送電

防止此種狀況的發(fā)生，需要以可視化接地裝置的狀態(tài)作為前置條件.地線拆除前，可視化接地裝置處于合閘狀態(tài)，隔離開關(guān)不可進(jìn)行合閘操作.隔離開關(guān)采集可視化接地裝置的狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)可視化接地裝置處于合閘狀態(tài)時(shí)，隔離開關(guān)強(qiáng)制斷開電機(jī)控制回路，使之不可進(jìn)行操作，以此實(shí)現(xiàn)可視化接地裝置狀態(tài)對(duì)隔離開關(guān)的閉鎖.對(duì)應(yīng)關(guān)系3)可以滿足該要求；對(duì)應(yīng)關(guān)系2)中，隔離開關(guān)采用手動(dòng)隔離開關(guān)，電氣閉鎖無法實(shí)現(xiàn)，機(jī)械閉鎖實(shí)現(xiàn)形式繁瑣，效率低下，不能很好地滿足該要求.

3.2.3 防止就地和遠(yuǎn)方并行操作

防止此種狀況的發(fā)生，需要對(duì)控制模式進(jìn)行選擇.場(chǎng)段內(nèi)進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，庫內(nèi)不同股道的作業(yè)條件和內(nèi)容往往并不相同，需要多個(gè)股道同時(shí)停電，因滿足停電檢修作業(yè)要求的情況較少，因此一般不用對(duì)軌旁可視化接地裝置進(jìn)行集中管理和控制.為保證檢修作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)情況直觀可控，可視化接地裝置及隔離開關(guān)都應(yīng)設(shè)置有就地、遠(yuǎn)方操作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，且兩種操作模式互相閉鎖，不可同時(shí)并行操作設(shè)備，即設(shè)備選擇為就地位時(shí)，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程操作.同時(shí)為避免出現(xiàn)3.2.1與3.2.2中的兩種情況，可視化接地系統(tǒng)與對(duì)應(yīng)隔離開關(guān)的就地(或遠(yuǎn)方)操作模式應(yīng)保持一致.

可視化接地裝置與隔離開關(guān)的閉鎖關(guān)系見表1，表1中“√”表示可以實(shí)現(xiàn)閉鎖，“×”表示不可實(shí)現(xiàn)閉鎖.

表1 可視化接地裝置與隔離開關(guān)的閉鎖關(guān)系

3.3 可視化接地系統(tǒng)與隔離開關(guān)閉鎖關(guān)系的實(shí)現(xiàn)

可視化接地系統(tǒng)本身具有智能、高效、可視化程度高等特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)與對(duì)應(yīng)隔離開關(guān)雙向閉鎖的關(guān)系后，可以進(jìn)一步提升接觸網(wǎng)停電檢修作業(yè)的自動(dòng)化程度，同時(shí)進(jìn)一步降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)過程中誤掛誤拆的風(fēng)險(xiǎn)，該系統(tǒng)能夠更好地為供電系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)和檢修維護(hù)人員的人身安全提供有利保障，符合采用技術(shù)手段開展智慧運(yùn)維的趨勢(shì).

現(xiàn)行場(chǎng)段存在多種不同的設(shè)備設(shè)置形式，下文從閉鎖關(guān)系入手，結(jié)合幾種不同的隔離開關(guān)形式，提出可視化接地裝置與隔離開關(guān)相配合的設(shè)置方式，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)既有場(chǎng)段的升級(jí)改造，形成新建場(chǎng)段的設(shè)置方案.

3.3.1 手動(dòng)隔離開關(guān)與可視化接地裝置的設(shè)置優(yōu)化

已經(jīng)建成的停車場(chǎng)或者車輛段，對(duì)應(yīng)股道一般都已設(shè)置有手動(dòng)隔離開關(guān)，增設(shè)可視化接地裝置時(shí)，如果不改變隔離開關(guān)的形式，隔離開關(guān)與可視化接地裝置之間的閉鎖關(guān)系將會(huì)是運(yùn)營(yíng)維護(hù)過程中實(shí)現(xiàn)智能化的重中之重，因此需要對(duì)既有的手動(dòng)隔離開關(guān)進(jìn)行優(yōu)化.對(duì)于設(shè)置手動(dòng)隔離開關(guān)的場(chǎng)段，可以采用以下幾種優(yōu)化設(shè)置方式：

1) 可視化接地裝置對(duì)應(yīng)進(jìn)線總開關(guān)設(shè)置.通過改變可視化接地裝置的設(shè)置位置來實(shí)現(xiàn).庫內(nèi)不設(shè)置可視化接地裝置，手動(dòng)隔離開關(guān)不作調(diào)整，可視化接地裝置設(shè)置于庫外，對(duì)應(yīng)進(jìn)線總開關(guān)設(shè)置.進(jìn)線總開關(guān)為電動(dòng)隔離開關(guān)，因此可視化接地裝置可以較容易地實(shí)現(xiàn)與電動(dòng)隔離開關(guān)的雙向閉鎖.

這樣的設(shè)置形式提升了兩種設(shè)備在閉鎖方面的可靠性和安全性.但是由于可視化接地裝置設(shè)置的位置發(fā)生了變化，自動(dòng)化驗(yàn)電接地的范圍也發(fā)生了變化，即只有在庫內(nèi)多股道的接觸網(wǎng)同時(shí)進(jìn)行停電檢修作業(yè)時(shí)，才能利用可視化接地系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和控制，其中某一股道獨(dú)立進(jìn)行停電檢修作業(yè)時(shí)，仍然需要采用人工方式進(jìn)行驗(yàn)電和掛接地線.場(chǎng)段庫內(nèi)單一股道獨(dú)立進(jìn)行停電檢修作業(yè)的頻率更高，因此采用這種設(shè)置形式還是存在一定的不便利性.

2) 對(duì)庫內(nèi)手動(dòng)隔離開關(guān)增加附加裝置.通過對(duì)庫內(nèi)手動(dòng)隔離開關(guān)增加一些如電磁鎖等具有鎖閉功能的附加裝置來實(shí)現(xiàn).通過對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的接線實(shí)現(xiàn)可視化接地裝置對(duì)電磁鎖的鎖閉，再由電磁鎖實(shí)現(xiàn)手動(dòng)隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)行程的鎖閉，即實(shí)現(xiàn)了可視化接地裝置與手動(dòng)隔離開關(guān)的雙向閉鎖.

這樣的設(shè)置形式是在手動(dòng)隔離開關(guān)上增加了附加裝置，由于每個(gè)股道的可視化接地裝置和手動(dòng)隔離開關(guān)之間互不影響，可以滿足各個(gè)股道獨(dú)立進(jìn)行停電檢修作業(yè)的要求，但是由于手動(dòng)隔離開關(guān)的動(dòng)作頻率較高，對(duì)電磁鎖的可靠性和穩(wěn)定性要求較高.

3) 將手動(dòng)隔離開關(guān)納入綜合管理控制系統(tǒng).通過將可視化接地裝置與庫內(nèi)手動(dòng)隔離開關(guān)納入場(chǎng)段五防或其他綜合管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn).利用管理系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定的操作步驟，在流程控制層面實(shí)現(xiàn)可視化接地裝置與手動(dòng)隔離開關(guān)的雙向閉鎖.

這樣的設(shè)置形式是將隔離開關(guān)和可視化接地裝置都納入了綜合管理系統(tǒng)中，操作流程由整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)控制和管理，更符合集中化管理的要求，但是這就需要在場(chǎng)段增加對(duì)應(yīng)的綜合管理系統(tǒng)，同時(shí)也需要在隔離開關(guān)對(duì)應(yīng)增加符合綜合管理要求的設(shè)備，一定程度上增加了整個(gè)運(yùn)營(yíng)檢修維護(hù)的復(fù)雜程度.

3.3.2 電動(dòng)隔離開關(guān)與可視化接地裝置的設(shè)置優(yōu)化

根據(jù)前文的分析可以知道，采用電動(dòng)隔離開關(guān)可以滿足可視化接地裝置與隔離開關(guān)的雙向閉鎖要求.既有場(chǎng)段在引入可視化接地系統(tǒng)時(shí)，可以將對(duì)應(yīng)股道的手動(dòng)隔離開關(guān)更換為電動(dòng)隔離開關(guān)，新建場(chǎng)段亦可以在設(shè)計(jì)時(shí)直接采用此種方式.

在使用電動(dòng)隔離開關(guān)之后，還需要根據(jù)檢修作業(yè)的要求對(duì)庫內(nèi)電動(dòng)隔離開關(guān)的控制進(jìn)行優(yōu)化.電動(dòng)隔離開關(guān)一般都需要納入電力監(jiān)控系統(tǒng)中，由于庫內(nèi)檢修作業(yè)相對(duì)靈活，隔離開關(guān)只需要滿足對(duì)應(yīng)股道接觸網(wǎng)無電即可，電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)視開關(guān)狀態(tài)即可.因此提出如下的優(yōu)化設(shè)置方式：對(duì)應(yīng)股道設(shè)置電動(dòng)隔離開關(guān)，與可視化接地裝置實(shí)現(xiàn)雙向閉鎖；考慮庫內(nèi)檢修作業(yè)的靈活性，將電動(dòng)隔離開關(guān)設(shè)置為就地操作模式，僅保留電動(dòng)隔離開關(guān)的信息上傳功能，使得電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“只遙視，不遙控”的隔離開關(guān)控制模式.

這樣的優(yōu)化設(shè)置形式將庫內(nèi)的隔離開關(guān)納入了電力監(jiān)控系統(tǒng)中，同時(shí)還保留了原手動(dòng)隔離開關(guān)設(shè)置模式下檢修作業(yè)人員就地操作的靈活性，在實(shí)現(xiàn)可視化接地裝置與隔離開關(guān)雙向閉鎖的同時(shí)，增加了可視化接地系統(tǒng)的可靠性.但是，庫內(nèi)采用電動(dòng)隔離開關(guān)相較于采用手動(dòng)隔離開關(guān)在費(fèi)用方面會(huì)有一定的增加.

以上幾種方式都可以實(shí)現(xiàn)可視化接地裝置與隔離開關(guān)的雙向閉鎖，提高了拆掛地線的可靠性，保障了作業(yè)人員的安全.可視化接地裝置的設(shè)置方案與檢修作業(yè)范圍和作業(yè)人員管理模式是密不可分的，需要根據(jù)場(chǎng)段檢修特點(diǎn)和管理模式的不同，選擇相應(yīng)的設(shè)置方案及閉鎖條件，以此來提高供電系統(tǒng)安全運(yùn)維的自動(dòng)化和智能化程度.

4 結(jié)論

場(chǎng)段掛接地線是日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)的必備操作，引入可視化接地系統(tǒng)能夠提升自動(dòng)化程度、降低作業(yè)強(qiáng)度、提高作業(yè)效率和安全保障.通過分析可視化接地系統(tǒng)的功能及要求，重點(diǎn)對(duì)場(chǎng)段內(nèi)該系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，同時(shí)從閉鎖關(guān)系的角度對(duì)與可視化接地裝置存在相互關(guān)系的隔離開關(guān)進(jìn)行了探討，闡明了該系統(tǒng)對(duì)于場(chǎng)段內(nèi)檢修維護(hù)作業(yè)的必要性.提出了幾種在場(chǎng)段中可以實(shí)現(xiàn)可視化接地裝置與其對(duì)應(yīng)隔離開關(guān)雙向閉鎖的設(shè)置形式，可以作為對(duì)于既有場(chǎng)段改造和新建場(chǎng)段前期設(shè)計(jì)方案的參考.