试论接触网隔离开关监控系统工程应用及发展趋势

引言

接触网隔离开关是电力牵引供电的重要设备之一，具有改变供电运行方式、分段作业、故障隔离等功能。目前国外电气化铁路发达的国家如日本、法国、德国等均已实现了接触网隔离开关的远动集中监控。而国内仅部分开关具有远动监控功能，其余仍采用手动方式，影响故障处理时间及正常运营。国内相关部门对其设置、监控和远动等功能发布了指导性意见和通知，如《铁道部拟对大型车站枢纽的供电系统做相应调整》(铁运电[2009]83号)、《关于高铁接触网隔离开关全面纳入供电远动的通知》(铁运电[2010]2791 号)。因此，接触网隔离开关纳入远动监控系统是实现电气化铁路高效运营、安全可靠、智能化、自动化集成的重要保障手段之一，也是电气化铁路发展的必然趋势。

1 接触网隔离开关监控方案

接触网隔离开关监控系统主要由接触网隔离开关监控主站，接触网隔离开关监控子站及其通信网络构成。

监控主站设置于操作人员便于到达的场所，如牵引变电所、分区所、开闭所或车站通信机械室旁，可设置单独的接触网隔离开关监控盘(以下简称监控盘)或利用综合自动化系统(以下简称综自系统)

作为主站，实现远距离控制、监视等功能。子站设置于隔离开关附近，采用落地方式或柱上安装方式，每个子站对应一个或多个隔离开关，完成数据采集、处理、发送、接收以及输出执行等功能。

通信网络是监控主站与监控子站之间的数据传输通道，按照通信网络的传输通道不同，可分为无线通信和有线通信2 种方式，有线通信可采用电缆或光缆。

1.1 主站设置方案

1.1.1 主站位置

根据隔离开关距所亭(牵引变电所、分区所、开闭所)及车站通信机械室的距离远近，监控主站设置在各所亭控制室内或车站通信机械室旁。如新建玉林至铁山港铁路项目的接触网监控主站设计采用了2 种方案，其中所亭附近的接触网电分相处的监控主站设置于所亭控制室内，始、末电分相及车站绝缘关节处等距所亭较远的接触网隔离开关主站设置于车站通信机械室旁。

1.1.2 主站设备

监控主站可以采用单独的监控盘通过综合自动化系统接入远动，或直接通过独立的通信接口纳入远动系统，或利用综自系统直接纳入远动系统.

3 种方案在工程应用中均有采用，由于方案一接口分界明确，设计施工较为容易，故应用较多，如京沪高速铁路、新建玉林至铁山港铁路项目等。

1.2 子站设置方案

1.2.1 子站安装方式

根据接触网隔离开关当地监控箱的安装方式，可采用落地式安装及柱上安装2 种方案。这2 种方案在工程应用中均有采用，落地式安装方式较少，如京九线;柱上安装方式采用较多，如京沪高速铁路、胶(州)新(沂)铁路电气化工程、萧甬线电气化改造工程等。

1.2.2 子站控制开关数量

子站可以控制一个或多个隔离开关，在线路级别较高，安全性要求较高的项目中，采用一对一控制方式较多。

1.3 通信网络

主站及子站之间的通信网络分为有线和无线 2种方式.

1.3.1 无线通信方式

无线通信方式指接触网监控主站与接触网监控子站间的通信方式采用无线数据传输。

该方式具有施工难度小、周期短、投资省的特点，同时可避免影响既有铁路的正常运营。尤其在铁路枢纽站场内隔离开关设置比较分散，且施工难度大，采用无线通信方式可大大减少工程难度及投资。以京沪上海枢纽电气化改造为例，仅京沪线相关枢纽站场共设计接触网隔离开关7 台，均需远动控制，分布在南翔编组场、南翔机务段、黄翔联络线10 km 的范围内。如采用传统的有线远动控制方式，控制电缆需在10 km 的范围内穿越编组场众多的股道，且枢纽地下管线复杂，极不利于电缆沟开挖和电缆铺设。因此该枢纽地区接触网隔离开关采用无线控制技术，实现开关的远方操作。另外，在一些改造工程中，为了保证不影响既有线的运营，也采用了该方案，如改建铁路北同蒲段韩家岭至朔州段应急扩能改造工程。

但是，无线通信方式需要向当地铁路局无线科提出无线信道的频道申请，并向当地政府无线电管理委员会备案，才能获得专有频率。而且，由于电气化铁路的运行环境恶劣，电磁干扰，设备拒动等问题时有发生，故该方案目前具有一定的局限性。

1.3.2 有线通信方式

无线通信方式指接触网监控主站与接触网监控子站间的通信方式采用有线数据传输。

(1)通信介质。鉴于接触网监控主站及被控站之间的距离、可靠性、安全性等因素，通信介质可采用控制电缆或光缆2 种方式。这2 种方案在工程中均有广泛应用。

(2)通信网络结构。接触网监控主站与子站之间的通信网络可采用点对点及环形2 种方案，它们在工程中均被广泛采用。

2 接触网隔离开关监控终端的发展趋势

随着国家十二五规划的要求，智能化电网、智能化变电站均被提上日程，对设备的智能化也提出了更高的要求。智能高压开关设备打破了传统高压开关的概念，将一次主设备和二次智能组件集成到一起，具有信息采集、测量、控制、保护、计量和在线状态监测及诊断等功能，有利于实现产品的自动控制及故障预测诊断，提高产品的运行可靠性。电气化铁路的设计、运营理念也在飞速发展，下面就远动技术、视频监控技术、太阳能供电技术、操作机构防盗等方面做一简单的展望。

2.1 隔离开关的远动操控

为保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平，缩短接触网故障停运时间，降低运营人员的劳动强度，接触网隔离开关全面远动操控是提高牵引供电系统的自动化水平和工作效率的必不可少的环节。因此，采用先进的有线、无线网络通讯技术(无线跳频技术、Wi-Fi 技术、3G 网络技术)，电动操作机构箱内具有接触网隔离开关监控子站的功能是解决隔离开关全线远动操作最有效的方式，使接触网线路中各处的隔离开关均可实现遥控、遥信、遥测的功能。

2.2 配置无线、有线视频监控装置

由于电气化铁路接触网隔离开关均设置于野外，无人监视，因此设备不但要具有遥控、遥信、遥测的功能，还应具有遥视的功能，这样可使远方的调度指挥人员准确了解现场的实际情况，一目了然，避免指挥失误而造成行车安全事故。为此，给接触网隔离开关加装一种远程视频监控系统，使接触网线路中各处的隔离开关均可遥视，进而从整体上提高系统安全性和效率。

2.3 配置太阳能供电装置

在一些比较偏远的地区，铺设电缆困难，造价较高，太阳光照又比较充足的条件下，可以采用性价比高的太阳能光伏发电系统，满足开关的用电需求，达到最好的经济效益及环保要求。

2.4 配置操作机构防盗系统

由于铁路接触网沿线隔离开关电动操作机构及监控箱发生盗窃和破坏的案件不断发生，给各铁路局等单位造成巨大经济损失，对行车安全造成很大的危害。为了有效的预防和防止电动操作机构及监控箱设备偷盗和破坏案件的发生，提高产品智能化，可以给铁路沿线隔离开关加装电动操作机构防盗保护器系统，提高技术管理水平和防范措施的落实，对保证电力系统安全生产具有重要意义。

3 结论

随着国内电气化铁路事业的飞速发展，为满足运营急需，保证站场安全可靠，要求牵引供电系统更加快捷、可靠、灵活地供电，将接触网隔离开关纳入远动监控系统是实现这一目标的重要保障手段之一。依据工程具体情况，合理、有效地采用接触网隔离开关监控方案对电气化铁路自动化有着至关重要的作用。同时，应积极谨慎的推广、应用接触网隔离开关监控新型技术。