接触轨自动接挂地线装置的研究

闫 冲

接触轨自动接挂地线装置的研究

闫 冲

阐述了DC 1 500 V接触轨自动接挂地线装置的研究过程。根据接触轨自动接挂地线装置的设计依据，确定设备应达到的功能要求，并描述了自动接挂地线装置现阶段的研究应用情况及未来的发展前景。

自动接挂地线装置；研究；功能；发展前景

0 引言

深圳市地铁龙岗线正线全长41.659 km（双线），其中地下线17.323 km，高架线21.854 km，地面线1.572 km，过渡段0.910 km，全线设横岗车辆段1座，中心公园停车场1座。全线采用接触轨供电模式，其最大的优势是系统本身安全可靠，维护工作量小，但由于安装位置离地面较近，轨行区各类设备巡视和检修施工作业时必须停电并接挂地线，全线作业地线挂设点多，线长，传统的人工挂拆地线模式人力资源浪费的弊端尤其突出。因此，急需研发可远程自动接挂地线装置，以取代人工挂地线的方式，提高生产效率，减少人力资源的浪费。

1 自动接挂地线装置技术指标

接触轨自动接挂地线装置作为地铁工程使用的核心设备，不仅对其整体结构性能有较高的要求，也对其自身的安全性能有许多特殊要求。

该装置的研究是基于深圳市地铁龙岗线DC 1 500 V接触轨系统，因此，其技术指标应完全满足深圳市地铁龙岗线的供电技术要求。接触轨自动接挂地线装置已达到表1中技术性能参数。

2 自动接挂地线装置结构及保护功能

自动接挂地线装置由金属箱体、接地开关、远程可视自动化装置及连锁4部分组成。

2.1 金属箱体

为了便于现场安装，满足高架段及地下段的安装环境要求，自动接挂地线装置箱体的外形尺寸控制在500 mm×600 mm×800 mm以内，安装方式设计为挂墙式和落地式2种。

金属箱体内设置了接地开关室和综合自动化室。接地开关室设于箱体下部，用于安装绝缘接地开关。综合自动化室设于箱体上部，用于安装综合自动化系统及操作系统。

在接地开关室前门和左侧面板上设置了巡视窗，从巡视窗可清楚地观察到接地开关的位置，检修人员在下轨行区作业时，可通过巡视窗查看接地装置的接地情况，保证自身人身安全。开关室内装有照明设备，在夜间作业时，检修人员也可清楚地观察到装置的接地情况。

在接地开关室底部设置了正极电缆和负极电缆的安装端子，安装端子进行绝缘处理，用以安装正、负极电缆。开关室后壁下方设置电缆套管，用以引入正、负极电缆。

2.2 接地开关

接地开关由操作机构和接地刀闸2部分组成。

操作机构包括电动操作和手动操作，可实现远程电动、就地电动以及就地手动的操作功能。

接地刀闸由刀闸式动触头和鸭嘴式静触头组成，动触头接负极电缆，静触头接正极电缆。

表1 接触轨自动接挂地线装置技术性能参数表

2.3 远程可视自动化装置

为了使自动接挂地线装置的控制、保护、检测、通讯等功能实现远程的遥感、遥控、遥测、遥信，该装置设置远程可视自动化装置。该装置与控制中心采用以太网连接，与视频设备、远程控制设备共享统一网络。这样，自动接挂地线装置运行状态的检测、操作等都可实现远程可视化功能，无需检修人员到现场挂接地线，彻底革新了传统人工挂、拆地线操作模式，降低了工人劳动强度，提高了安全可靠度。

2.4 连锁保护

为了保证自动接挂地线装置的可靠性、安全性及稳定性，装置设计了多重连锁保护功能。

2.4.1 防止接触轨带电时操作设备功能

为防止接触轨带电时操作自动接挂地线装置，该装置设置了双重连锁功能。即可防止接触轨在带电时远程电动操作设备，也可锁闭手动操作面板。

当接触轨带电时，传感器的强制性辅助触头将接地开关的分合闸回路断开，使之不能进行电动操作；同时，传感器还将接触轨带电状态传输给显示装置，给以警示功能。此时，传感器的强制性辅助触头还将接地开关室门的电磁锁闭锁，以防止人为打开室门手动操作设备。

2.4.2 防止设备在接地位时接触轨送电功能

为防止自动接挂地线装置在接地位时接触轨误送电，该装置设置了远程图像、视频传输功能，使相关人员均可远程观察到装置的状态。

当自动接挂地线装置在接地位时，传感器一方面将接地状态信息传递给终端显示设备，给以警示。另一方面，自动接挂地线装置的接地状态图像、视频及状态信息也将通过远程控制装置传递给总控制室，以防止接触轨此时送电。

2.4.3 防止现场检修人员误入带电间隔功能

由于线路设备繁多，各专业检修时对接触轨供电的要求不一，线路常常会进行分段停电检修。为了防止现场检修人员误入带电间隔，自动接挂地线装置设置了外部警示灯，采用不同颜色的灯光代表装置的接地状态，黄色灯光表示接触轨未挂接地线，应远离接触轨系统，蓝色灯光表示接触轨已挂完接地线，可以开始作业。检修人员可远距离清楚的观察到灯光颜色，由此可了解到该段区域自动接挂地线装置的接地状态，保证检修人员的安全。

2.4.4 防止手动和电动并行操作功能

为防止手动与电动并行操作，在接地开关操作面板上设置模式手柄。模式设置有手动、电动和锁定3种控制模式。当需进行当地电动或远程电动操作时，将模式手柄打到电动位，此时，模式手柄将电动操作回路接通，同时，还将手动操作输出轴闭锁，使该装置不能进行手动操作；当手柄打到手动位，在转换齿轮与从动齿轮脱开的同时，从动齿轮又将分合闸回路断开，从而使该装置只能进行就地手动操作，自动操作与远程操作都无法进行。

2.4.5 防止锁定位置操作功能

当需要禁止装置使用时，可将模式手柄打到“锁定”位置，此时，电动操作回路被切断，同时，模式手柄的锁紧机构将转换齿轮与从动齿轮强制锁死，手动操作被连锁挡板关闭，使之不能进行手动操作。此时，自动接挂地线装置将不能操作。

2.4.6 设备运行中突然停电后的操作保护功能

为了防止设备在运行过程中控制回路突然失电，导致设备处于接地或半接地状态，致使接触轨不能正常供电的隐患出现。自动接挂地线装置设置有自动分闸联锁，即当设备在运行过程中控制回路突然失电，自动接挂地线装置处于接地或半接地状态，当控制回路恢复供电时，该装置将会自动恢复到分闸状态，即不接地状态。该功能消除了在故障恢复后，接触轨不能正常供电的隐患。

3 自动接挂地线装置的研究应用情况

接触轨自动接挂地线装置从2011年开始研制，经过多次的方案讨论、样机试制、型式试验和挂网试运行，于2012年5月通过设备型式试验并挂网试运行，2012年10月通过专家鉴定，2013年3月获得国家实用新型专利和计算机软件著作权证书。

接触轨自动接挂地线装置自2012年5月在深圳地铁龙岗线六约站安装试运行，至今，设备运行稳定，各项功能运行正常，设备整体表现良好。

2013年6月，深圳地铁三号线已完成该装置的招标工作，第一阶段总计投资600万元，实现地线接挂车站级控制操作，2014年6月，深圳地铁三号线完成该装置的安装调试工作，正式投入使用。目前，设备整体运行良好，安全性高，设备运行稳定，并有效地缩短了挂接地线的时间，提高了工作效率。

4 未来发展前景

4.1 经济效益分析

自动接挂地线装置投入使用后，其经济效益极为可观。笔者将以深圳地铁龙岗线为基础进行分析，从设备检修效率及人员成本进行深入分析。

4.1.1 提高轨行区设备检修效率和事故抢修效率

深圳地铁龙岗线完成传统的人工挂拆地线工作（接触轨停电、验电、接挂地线及后续的拆卸地线）正线一般需45 min以上；车辆段内供电分区复杂，地线挂设点多，一般需60～80 min。传统的人工挂、拆地线方式过多的占用轨行区内的有限检修天窗时间，严重制约地铁设备的作业工时利用率，每天晚上有效检修施工作业时间不到3 h。为保证有限时间内完成设备检修，恢复设备的运营状态，只能通过投入更多的人力资源的方式实现。

接触轨自动接地装置由远程遥控操作来实现，只需一人在3～5 min完成地线挂拆的所有工序，在相同的检修天窗时间内将有效作业时间增加40～60 min，提高各专业系统轨行区夜班作业工时有效利用率25%以上，大幅度提高了检修作业效率和检修质量。

特别在运营时间，如果发生紧急抢修，该装置的投用可快速确保抢修区域的作业安全，大大缩短抢修时间，保证运营快速恢复，其意义尤其重大。

4.1.2 实现减员增效，降低运营人力资源成本

深圳地铁龙岗线全线采用接触轨供电模式，其最大的优势是系统本身安全可靠，维护工作量小，但由于安装位置离地面较近，轨行区各类设备巡视和检修施工作业时必须停电并接挂地线，全线作业地线挂设点多，线长，传统的人工挂拆地线模式人力资源浪费的弊端尤其突出。若按照常规的每个牵引变电所挂设地线的模式，全线（含车辆段和停车场）最少需配置地线挂设人员68人。深圳地铁龙岗线全线14个牵引变电所，采用跨越式供电分区挂设地线方式（即正线每2个牵引所挂设一组地线，牵引所之间采用联络开关联通），最大限度减少地线挂设数量，但配合施工挂拆地线工作所耗费人力仍然达40人（正线28人，车辆段和停车场12人）。

接触轨自动接地装置安装投用后，采用车站值班人员等兼职操作，供电专业用于配合挂拆地线人员可大幅度减少。如果考虑由于轨行区作业效率提高而产生的其他相关专业人力资源的节约成本，其经济效益更为可观。根据龙岗线2012年轨道、信号、常规机电设备维修作业班次测算，采用自动接挂地线装置后，可减少轨行区作业人员配置10%左右，将有效节约人力成本。

4.2 轨道交通行业中的发展

接触轨自动接挂地线装置的使用，可有效的延长晚间的作业时间，特别是在采用接触轨系统供电方式的线路中，可彻底解决人工接挂地线作业的弊端，提高作业效率，节约人力成本，保证作业人员及系统的安全。

自动接挂地线装置具有鲜明的技术特点，从安全、效率和效益角度对运营具有极大的现场应用价值，尤其是对接触轨供电制式的地铁维修系统意义重大，可以说是对接触轨供电模式的完善和补充，填补了国内空白，并体现了技术创新和管理创新的有效结合。

5 结语

笔者结合深圳地铁龙岗线的现状，对自动接挂地线装置的技术要求、结构、保护功能、研制应用情况及未来的发展做了详细的描述及分析，说明该装置的研制对于轨道交通系统的必要性。希望与全国其他地铁同行进行交流和探讨，抛砖引玉，取长补短，为促进我国城市轨道交通的发展奉献微薄的力量。

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The paper illustrates the process of study on the device for automatic hanging of earthing wire for DC 1 500 V conductor rail, the defined functional requirements for the equipment that shall be met according to the design basis for device for automatic hanging of earthing device for conductor rail, and describes the researches and application of the device for automatic hanging of earthing wire at present and future development.

Device for automatic hanging of earthing wire; research; function; future development

U231.6

：B

：1007-936X(2015)05-0040-04

2014-12-04

闫 冲.深圳市地铁集团有限公司运营总部，工程师，电话：13418589023。