东胜机务段电力机车整备作业场接触网高压防护系统设计

东胜机务段电力机车整备作业场接触网高压防护系统设计

高龙

神华包神铁路集团公司机务分公司内蒙古鄂尔多斯017000

摘要：随着重载铁路运输的高速发展，具备大功率、高效率、低污染的电力机车得到了广泛的应用，电力机车通过车顶受电弓与接触网滑动接触驱动列车运行，因此电力机车运行一段时间就需对车顶受电弓等设备进行整备作业，以确保良好状态，目前通过手动分合闸、撤挂接地线的整备作业模式不仅效率低下而且存在安全隐患。为确保安全、提高效率，设计改造计算机控制的电力机车整备作业高压防护系统很有必要。

关键词：电力机车；整备作业；高压防护系统；控制系统

1.概述

根据中国铁路总公司铁路运输有关规定及包神铁路集团所辖线路所处的地理位置、天气情况等实际，目前，我公司配属的电力机车每走形1200公里，需对电力机车进行整备作业，整备作业主要是对车顶受电弓等车顶设备进行维护保养，确保良好的状态，进而保证运输安全。

目前我公司电力机车整备作业主要步骤如下：

（1）电力机车进入整备作业等待区一度停车，鸣笛、联控机务值班员申请进入整备作业区；

（2）机务运转值班员根据整备作业区机车整备情况，确定能否开放进入整备作业场的信号，并与司机联控确认；

（3）电力机车进入整备作业区、对标停车、降弓，并到隔离开关监护室进行整备登记；

（4）机车司机穿戴绝缘鞋、绝缘手套等防护设备；

（5）监护员确认电力机车状态，包括停车位置、股道位置、受电弓状态等；

（6）机车司机在监护员及机车副司机的监督下，将隔离开关手柄置于断开位，并加锁。

（7）机车司机及副司机同时登上机车分别升起前、后受电弓验电，确认网压为0后降弓；

（8）机车司机在监护员、机车副司机的监督下，挂好接地杆，确保接地良好；

（9）监护员将车顶天窗锁钥匙交给机车司机；

（10）机车司机打开机车顶天窗锁，登上车顶进行整备作业，机车副司机检查的走形部件；

（11）整备作业完毕后，待登顶作业人员全部下车顶后，锁闭机车顶天窗，机车司机到监护室归还车顶天窗锁钥匙，并申请合闸，并登记；

（12）机车司机穿戴绝缘鞋、手套等防护设备；

（13）监护员确认全部登车顶整备作业人员已撤离车顶，且受电弓在降弓状态；

（14）机车司机在监护员及机车副司机的监督下撤除接地杆；

（15）机车司机在监护员及机车副司机监督下闭合隔离开关手柄，并锁闭；

（16）机车司机填写整备机车信息，包括机车号、股道号、操作人员、监护人等相关信息；监护员确认上述信息，整备作业完毕。

2.存在问题

目前这种传统的手动的电力机车整备作业方式存在的主要问题如下：一是隔离开关的分合闸操作与撤挂接地线无联锁控制，可能出现忘记分闸，而直接挂接地线，造成作业人员触电的事故；二是整备作业完毕后，忘记撤除接地线，直接合闸，造成人员触电事故；三是这种传统的整备作业方式效率较低，平均整备时间约2-4小时，严重影响机车的运用效率，造成机车运力的严重浪费；四是我公司电力机车整备作业是24小时全天候的，遇暴雨、大风等极端天气除外，每日整备作业次数多达数十次，而作业过程主要是由隔离开关监护员和机车副司机进行监控，如此频繁而且重复的作业程序非常容易产生视觉疲劳，麻痹大意，酿成事故。

因此，随着电力机车配属数量的不断增加，传统的靠人防护的整备作业模式已不能满足公司快速发展的需要，因此，研究安全、智能、高效的电力机车整备场接触网高压防护系统尤为重要。

3.接触网高压防护系统方案

3.1登车顶作业平台系统

为确保整备作业人员的人身安全，在电力机车整备场每个台位上设有专用的登车顶作业安全梯，整备作业人员必须通过此安全梯登顶作业，禁止通过车顶天窗登顶作业，安全梯系统如图1所示。

图1登车顶平台安全梯示意图

整备作业安全梯上的安全门为电控安全门，由计算机系统控制。登车顶时，只有系统检测到满足接触网分闸到位的条件时，且检查接地线挂好的情况下，通过刷授权IC卡，安全门才能成功打开，并向整备控制台系统发送安全门打开的信息。登顶作业人数的监测方式，本方案是在安全梯的两侧扶手上分别安装5个对射式的红外计数器，每个红外计数器相距200mm，确保检测可靠，作业人员登上安全梯时按照顺序1、2、3、4、5将五个计数器分别遮挡一次，计数器记录登上车顶人数为1，并在终端电脑显示器上显示登上车顶人数为1，当整备作业人员下安全梯时，按照5、4、3、2、1的顺序将五个计数器分别再遮挡过一次，此时，计数器记录下车顶人数为1。凡是未按上述顺序遮挡或遮挡不足五个红外计数器的，红外计数器不作计数处理，只有满足登上车顶人数和下车顶人数相等的条件时，安全门才能关闭到位，并向系统发送安全门关闭的信号，并将此信号写入安全门控制IC中，作业人员通过刷此授权IC卡，系统确认车顶无人，安全门关闭到位后，方可按动操作台上的“合闸”按钮，此时控制系统才能撤除接地杆，成功合闸。

3.2自动分合闸、接地系统

本方案设计随隔离开关联动的分合闸、接地机构，此机构由两部分组成，一部分是安装在隔离开关转轴上的活动接地刀，由接地刀、支撑架、行程弹簧、检测装置等组成，接地线通过接地刀与大地连通；另一部分是安装在接触网支柱上的定触头，由安装支架、绝缘瓷瓶、触头等组成。当隔离开关转到分闸位置时，动静触头闭合，实现自动挂接地线，并检测接地良好，并将此检测结果的信号发送至控制操作台，作为登车顶作业安全梯系统安全门开放的条件。当隔离开关转到合闸位置时，动静触头自动分开，从而实现自动撤除接地杆的目的。

3.3登车顶安全门门禁系统

本系统设在登车顶安全梯的安全门上，为确保登顶整备作业安全，作业人员必须通过此安全门登上车顶作业，严禁通过机车车顶天窗登上车顶。此安全门为计算控制的电控安全门，只有满足分闸到位，接地杆已挂好的条件下，系统显示可以登顶作业时，系统将授权信息写入IC卡，作业人员刷IC卡打开安全门，实现登顶作业。整备作业完毕后，只有满足车顶作业人员都下车顶，系统接地杆撤除、安全门成功锁闭，将此信号写入IC卡，通过刷此IC卡后，按动操作台的合闸按钮，合闸成功。

3.4控制系统

3.4.1控制系统总体介绍

本系统在整备值班室内设有计算机集中控制的电力机车整备场操作台系统，如下图2所示。

图2整备场操作控制台系统

控制台的核心部分为一套工业PC机，作为本系统的上位机，利用其优良的人机对话界面和数据处理功能，实现对过程参数的监控、分析、统计、指令控制等处理工作。本系统采用可编程控制器PLC作为下位机，系统通过PC机的串行口实现上位PC机与可编程控制器PLC之间的通信，充分发挥PLC系统可靠、灵活的控制性能和计算机在管理、监控等方面的优势，提高系统的整体自动化程度。

操作台系统人机对话界面采用工控软件“组态王”编写，“组态王”是在计算机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，它以WindowsNT4.0为操作平台，充分利用了Windows图形功能完备，具有界面一直性好，易学易用的特点，“组态王”软件包是由工程管理器、工程浏览器、画面运行系统三部分构成，利用“组态王”的工程浏览器开发的控制界面在运行后显示窗口可显示出下列内容：整备作业场接触网隔离开关的分合闸状态；整备作业场接触网接地状态；电力机车进入整备作业台位的状态；电力机车受电弓升降弓状态；登车顶作业人数显示；登车顶作业安全梯安全门的开闭状态；分合闸指令按钮等信息。

3.4.2整备场控制操作台系统

电力机车整备作业操纵台按股道进行分组，各股道独立控制。电力机车整备作业申请过程如下：电力机车司机到整备作业值班室申请整备登记，隔离开关值班室值班人员确认整备股道及台位，电力机车司机在整备值班人员的监控下对申请整备作业股道的隔离开关进行分合闸操作，首先登录计算机软件系统后，按动操纵台上的分闸按钮，此时自动分合闸、接地系统动作，完成分闸和挂接接地杆，并将接触网分闸到位、接地杆挂好的信号写入登车顶安全门的授权IC卡中，作业人员通过刷授权IC卡，打开登车顶安全梯的安全门，登上车顶。作业完毕后，车顶作业人员全部下车顶后，安全门锁闭，并将安全门正常锁闭信号写入IC卡中，作业人员通过刷IC卡，系统确认接地线撤除、安全门正常锁闭后，方可按动合闸按钮，此时分合闸、接地系统动作，实现撤除接地线，合闸，整备作业完成。

4结论

按照上述方案设计对包神铁路集团公司东胜机务段现有的电力机车整备作业场进行改造，可以实现电力机车整备作业时接触网高电压的有效防护，通过此方案改造后，一方面能够提高电力机车的整备作业的效率，从而进一步提高机车的运用效率；其次通过此方案改造后，能够将传统的手动整备作业方式改变为计算机集中控制的、智能化的电力机车整备场接触网高压防护系统，能够最大限度地保证电力机车整备作业过程中的人身及设备安全，从长远的角度看，按此设计方案改造电力机车整备作业场接触网高压防护系统具有重大的意义。

参考文献:

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