关于接触网电动隔离开关控制方案优化的探究

　　随着电气化铁路的发展，电动隔离开关(简称隔离开关)被广泛应用于接触网。20世纪90年代，隔离开关普遍采用电缆控制，由于易受到接触网的电气干扰，控制及信号的可靠性不高，因此，2000年以后，提出光纤控制方案，并在包括高速铁路在内的电气化铁路上广泛使用。虽然采用光纤控制方案后控制和信号的可靠性提高，但误动、拒动及信号误显示的问题依然时有发生，有必要对接触网隔离开关的控制方案做进一步研究。
　　1 传统电缆控制方案
　　1.1 控制原理
　　传统电缆控制方案与牵引变电所内隔离开关的控制方式相同，在铁路沿线设置接触网开关控制站，电源一般采用交流220 V。由控制站向隔离开关敷设3条电缆，分别为电源电缆、控制电缆和信号电缆，为保证隔离开关的正常分合，电源电缆长期需带电，当控制站发出合闸命令时，控制电缆带电，使隔离开关机构箱内的合闸接触器带电并保持，合闸接触器接点接通电动操作机构箱内的电机回路，使电机正常合闸。信号回路采集操作机构的辅助接点，发出位置信号。
　　1.2 存在的问题
　　由于控制电缆和信号电缆沿铁路线敷设，且距离较长，受27.5 kV接触网的影响，控制电缆存在感应电压，如果感应电压过大则操作机构的分(合)闸接触器将动作，从而接通电机回路使操作机构误动。另外，信号回路受到干扰后，则产生误显示。
　　2 光纤控制方案
　　2.1 控制原理
　　为解决传统电缆控制方案存在的电气干扰问题，研究采用光纤控制方案。该方案在铁路沿线隔离开关附近设置接触网开关控制站，在接触网隔离开关处设置监控单元。控制站与隔离开关间设置1条电源电缆和1条光纤。当控制站发送合闸命令后，由控制站将命令通过光电转换，并由光纤介质传输至隔离开关的监控单元，监控单元接收到命令后再进行光电转换，控制隔离开关的操作机构。信号回路采集操作机构的辅助接点，通过光纤传输回控制站，发出位置信号。
　　2.2 存在的问题
　　光纤控制方案解决了铁路沿线电缆的电气干扰问题，比传统电缆控制方案的可靠性提高了很多。但是控制的误动和拒动及信号的误显示仍时有发生。主要原因如下：
　　(1)采用光纤控制方案后，隔离开关的操作机构电机电源回路仍需长期带电，当发生干扰时，操作机构箱内的合闸接触器带电，仍会带动电机回路进行误合闸。
　　(2)为了实现光纤控制，接触网隔离开关附近设置监控单元，为了分回路供电及区分故障，设置若干空气开关，另外为了保护开关控制的弱电设备，需设置若干浪涌保护器。当监控单元或机构箱受到电气干扰时，任一浪涌保护器动作，则相应的空气开关将跳闸而使监控单元或开关操作机构箱失电，就导致隔离开关的拒动及误显示。另外由于监控单元内部为电子元器件，对环境也较为敏感。
　　3 控制方案优化
　　由于接触网隔离开关的控制原理及运行环境与道岔转辙机较为类似，且道岔转辙机的控制较为可靠，因此，优化方案分析并借鉴了道岔转辙机的控制回路。
　　3.1 道岔转辙机控制方案
　　道岔转辙机常用四线控制方式，控制室与道岔转辙机之间采用4根芯线的电缆进行控制，道岔转辙机内仅设置电机和辅助接点，控制部分均设置在控制室内。当控制室发送合闸命令后，直接将电压作用在机构箱内的电机上，合闸完毕后，电源失压，机构箱内失电。
　　3.2 隔离开关控制方案的改进
　　比较传统隔离开关控制回路和道岔转辙机控制回路可以发现，在转辙机机构箱内除电机和辅助接点外，没有再设置合、分闸接触器，其所有控制需要的继电器及接触器均设置于控制室内，另外当控制合、分闸后，电机电源电缆上将不再带电，这样可以消除因为感应而产生的误动问题，同时转辙机内没有设置空气开关及浪涌保护器等设施，其接线非常简单。基于这种思路，提出一种新型的隔离开关控制方案。
　　3.2.1 改进原则
　　(1)采用电缆直接控制，避免在隔离开关现场的操作机构箱附近监控单元的电子元器件在恶劣电磁环境中工作;
　　(2)只在操作隔离开关时电动机给电，不操作时切断电源，杜绝隔离开关误动的可能;
　　(3)隔离开关机构箱内不保留继电器，减少故障出现的环节;
　　(4)信号回路采用直流电源，提高抗干扰能力。
　　3.2.2 控制方案
　　改进后的隔离开关操作机构和控制回路。
　　(1)改进的隔离开关操作机构。将目前隔离开关操作机构的电气部分进行简化，去掉空气开关、整流器、接触器等电器元件，仅保留电动机回路、限位开关及辅助接点，为保证可靠性，电机选用直流电机。该操作机构可满足：①通过改变直流电动机两侧电源的正负极实现电机正反转;②分、合闸完毕后能够在机构箱内切断电机电源;③通过隔离开关的辅助接点返回分合位置信号。
　　(2)改进的控制回路。根据改进的隔离开关操作机构接线形式，重新设计了控制回路，控制回路中设置操作方式转换开关，可以选择接触网开关远方操作、直接操作和禁止操作方式。控制回路中设分合闸接触器，实现隔离开关的分合闸动作，分合闸回路通过接触器自保持，隔离开关分合闸到位后由机构箱内开关直接断开电机电源，控制器内接触器经过延时后断开自保持回路。
　　(3)控制电缆。为进一步提高抗干扰能力，连接隔离开关控制站监控系统和接触网隔离开关机构箱的电缆选用双屏蔽控制电缆，传输分合闸操作和返回信号，截面大小视距离远近而定。
　　4 高速铁路接触网隔离开关集中设置方案
　　高速铁路接触网在绝缘锚段关节处、长(或电缆)供电线上网点、电分相处均需设置电动隔离开关[4]，而这些隔离开关一般靠近牵引变电所、分区所、AT所或车站。
　　高速铁路接触网设置隔离开关的目的是为了改变运行方式和进行检修维护。改变运行方式主要为满足AT改直供方式、实现一路馈线带上下行、切除故障段落、机车掉入分相牵出及越区或融冰等需要。考虑到高速铁路检修采用垂直天窗，天窗时间全线停电，检修用隔开可以不设或手动。而高速铁路供电方案一般供电臂较短，在车站附近一般都设有变电所、AT所或分区所，因此车站两端的隔离开关可以不设。通过以上分析，可对高速铁路接触网隔离开关设置位置进行优化，将其纳入变电所、分区所或AT所内。优点如下：
　　(1)避免了接触网隔离开关安装在接触网支柱顶部，长距离操作使开关动作不到位等故障。
　　(2)避免了接触网隔离开关安装在铁路沿线所处的恶劣环境，如污秽、雨、雪、雾、风等气象环境影响，或受鸟类活动影响，发生绝缘闪络或击穿影响供电。
　　(3)解决了控制、信号不可靠等问题。
　　5 结束语
　　随着电气化铁路的发展，接触网隔离开关的控制问题给运行带来极大的困扰，严重干扰了行车。借鉴道岔转辙机控制技术，提出一种较为可靠的接触网隔离开关控制方案。另外，由于高速铁路设计的特殊性，提出将高速铁路隔离开关从接触网沿线布置改为由所内控制，以方便运营维护并保证控制的可靠性。