电动隔离开关的控制方案优化

电动隔离开关的控制方案优化

杭敏

（阿海珐(广东)高压电气有限公司 广州 510000）

摘要：随着电气化铁路的不断发展，电动隔离开关在铁路系统中扮演着至关重要的角色。文章结合新建南昌经景德镇至黄山铁路电动隔离开关采用的控制方案存在的问题进行深入分析。通过借鉴道岔转辙机电路的原理，提出一种优化的电缆直接控制方案，以提高隔离开关控制的可靠性。此外，针对铁路隔离开关的设置也提出新的方案以解决控制和信号不可靠的问题。通过这些优化措施，实现了隔离开关控制方案的稳定性和可靠性提升。

关键词：电动隔离开关；控制方案优化；电气化铁路

1 引言

电气化铁路作为现代铁路交通的重要组成部分，对于提高运输效率、减少环境污染和实现可持续发展具有重要意义。在电气化铁路系统中，电动隔离开关作为一个关键的设备，其稳定性和可靠性直接影响铁路系统的运行效果[1]。然而，由于电气化铁路的复杂性和不断增长的运输需求，传统的电动隔离开关控制方案在一些方面已经显得不够灵活和高效。为了应对这一挑战，本论文致力于通过优化电动隔离开关的控制方案，提高其性能和可靠性，以适应电气化铁路系统的要求，并对隔离开关的设置位置也进行优化。首先将对当前电动隔离开关的控制方案进行深入分析，明确其存在的问题和局限性。随后结合相关的控制策略和技术，提出一种电动隔离开关控制方案，期望为电气化铁路系统的发展提供可靠的技术支持，并为相关领域的研究和工程实践提供有益的参考。

2 项目概况

新建南昌经景德镇至黄山铁路位于赣东北和皖南地区，西起江西省南昌市，途经江西省上饶市、景德镇市，东至安徽省黄山市。正线全长289.908km，联络线长29.383km，正线桥隧比85.92%，全线设10个车站。其中江西段正线长200.274km，联络线长29.368km，桥隧比87.3%，设瑶里、景德镇北、乐平北、鄱阳南、余干、军山湖、南昌东共7个车站。其中电动隔离开关采用的是光纤控制方案，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。

3 原有的控制方案原理及存在的问题

原有的控制方案包括在铁路沿线设置开关控制站，并在隔离开关处设置监控单元。如下图1所示，控制站与隔离开关之间使用一条电源电缆和一条光纤进行连接[2]。控制站发送合闸命令后，通过光电转换，并通过光纤介质传输到隔离开关的监控单元。监控单元接收到命令后，再次进行光电转换，以控制隔离开关的操作机构。信号回路会采集操作机构的辅助接点，并通过光纤传输回控制站，以发出位置信号。

图1 光纤控制系统方案

尽管解决了铁路沿线电缆电气干扰问题的控制方案显著提高了传统电缆控制方案的可靠性，但仍存在问题，比如误动、拒动和信号误显示的情况仍可能发生，原因如下：

（1）采用该光纤控制系统方案后，隔离开关的操作机构电机电源回路需长期带电。在干扰发生时，操作机构箱内的合闸接触器可能会带电，从而就导致发生电机回路误合闸的现象。

（2）为实现光纤控制，隔离开关附近需设置监控单元，并配置一些空气开关以确保分回路供电和故障区分。此外，为保护开关控制的弱电设备，还需设置浪涌保护器[3]。然而，当监控单元或机构箱受到电气干扰时，浪涌保护器动作可能导致相应的空气开关跳闸，失去监控单元或开关操作机构箱的电源供应，引发隔离开关的拒动和误显示。除此之外，监控单元内部使用的电子元器件还对环境比较敏感。

4 控制方案优化

4.1 道岔转辙机控制方案

道岔转辙机是铁路交叉口系统中用于实现列车轨道切换的关键设备，道岔转辙机的控制是铁路交叉口系统的关键组成部分，主要采用四线控制方式。在该方案中，控制部分设于控制室内，通过四根芯线的电缆连接控制室与道岔转辙机[4]。电机和辅助接点等电器元件全部集中于机构箱内。当控制室发送合闸或分闸命令时，电压直接作用于机构箱内的电机，完成相应的合闸或分闸操作。

4.2 隔离开关控制方案的改进

对比传统隔离开关控制回路和道岔转辙机控制回路，我们可以发现，在转辙机机构箱内，除了电机和辅助接点外，并没有设置合、分闸接触器。所有控制所需的继电器和接触器都安置在控制室内。此外，在控制合、分闸之后，电机电源电缆将不再通电，从而消除了感应导致的误动问题。与此同时，转辙机内没有配置空气开关和浪涌保护器等设备，使得其接线变得非常简单。基于这一理念，我们提出了一种新的隔离开关控制方案。

（1）改进原则

改进原则包括以下几点：采用电缆直接控制，以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；只有在操作隔离开关时给电动机通电，而在不操作时切断电源，以消除隔离开关误动的可能性；机构箱内不保留继电器，以减少故障出现的环节；信号回路采用直流电源，从而提高抗干扰能力[5]。

（2）控制方案

控制方案方面，经过改进的隔离开关操作机构和控制回路的具体设计如下图2所示。在隔离开关操作机构方面，我们对现有的电气部分进行了简化，去除了空气开关、整流器、接触器等电器元件，仅保留了电动机回路、限位开关及辅助接点。为确保可靠性，我们采用了直流电机，并通过改变电动机两侧电源的正负极来实现电机的正反转。在分、合闸操作完成后，机构箱内能够切断电机电源，并通过隔离开关的辅助接点返回分合位置信号。

在控制回路方面，我们根据改进的隔离开关操作机构的接线形式重新设计了控制回路。该控制回路中设置了操作方式转换开关，可选择开关远方操作、直接操作和禁止操作方式。同时，控制回路内设有分合闸接触器，用于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的开关直接断开电机电源，而控制器内的接触器则在经过延时后断开自保持回路。此外，为了进一步提高抗干扰能力，我们在连接隔离开关控制站监控系统和隔离开关机构箱的电缆上选择了双屏蔽控制电缆。电缆主要用于传输分合闸操作和返回信号，其截面大小会根据距离的远近而定。

图2 改进后隔离开关控制方案

5 铁路隔离开关设置方案

如下图3所示，铁路需要在多个关键位置设置电动隔离开关，这些隔离开关通常靠近牵引变电所、分区所、AT所或车站。

图3 隔离开关位置

设置隔离开关的目的在于调整铁路的运行方式以及进行检修和维护工作。运行方式的调整主要包括适应AT改直供方式、实现一路馈线带上下行、切除故障段落、机车掉入分相牵出以及越区或融冰需求[6]。鉴于铁路供电方案中供电臂较短，而车站附近通常设有变电所、AT所或分区所，因此可以省略车站两端的隔离开关设置。

通过上述分析，我们通过下图4中的优化设置位置，将高速铁路隔离开关纳入变电所、分区所或AT所内。这样的设置有助于避免将隔离开关安装在支柱顶部，从而防止因长距离操作而导致开关动作不到位。同时，将隔离开关设置在铁路沿线，如在雨、雪、雾等恶劣环境中，可能发生故障或受到不良影响的情况，避免绝缘闪络或击穿对供电的影响。此外，这一设置也有助于解决控制和信号不可靠等问题。

图4 隔离开关所内集中布置

6 结语

本文针对新建南昌经景德镇至黄山铁路（江西段）站后工程电动隔离开关的的控制方案问题进行了分析和优化。通过分析原有的控制方案的原理和存在的问题，借鉴道岔转辙机电路，提出一种通过电缆直接控制，只在操作时给电动机通电，并简化机构箱内的电气部分的控制方案。最后，对铁路隔离开关提出将其纳入所内布置的方案，以解决控制和信号不可靠的问题。通过这些改进措施，提高了隔离开关控制的可靠性和稳定性。

参考文献

[1] 陈纪纲,曹毅峰,许晓蓉等.电动隔离开关低压回路过电压分析及防护[J].电气化铁道,2023,34(01):33-37.DOI:10.19587/j.cnki.1007-936x.2023.01.006

[2] 张方恒,电动隔离开关控制装置.山东省,和远智能科技股份有限公司,2022-08-28.

[3] 甄德印.开关电动操作机构烧损原因及对策[J].铁道机车车辆,2018,38(03):83-85+88.

[4] 谭贵宾,胡金东.直控型隔离开关监控系统探讨[J].铁道技术监督,2018,46(01):43-46+50.

[5] 李明璟.一种智能化隔离开关系统[J].电气时代,2016,(06):71-73.

[6] 邓发均,GM7-VDC电动隔离开关可视化直控系统.四川省,成都交大光芒科技股份有限公司,2015-07-13.