姚夕平 王 益

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

在线式智能五防系统在长昆客运专线的研究应用

姚夕平 王 益

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

为提高客运专线牵引变电所自动化、智能化运行水平，减轻运行检修人员劳动强度、避免人为因素引发的检修安全事故，在长昆客运专线云南段4座牵引变电所配置了新一代在线式智能五防系统。该系统由防误主机、无线路由器、无线智能钥匙、防误锁具等组成，在变电所内构建无线局域网，具备权限管理、模拟预演、逻辑判断、设备强制闭锁等功能。该系统能全面、有效的防止由于工作人员的疏忽、精神疲倦、联系不周等人为因素造成的安全事故，实现了人机联控确保安全的目的，是一种新型的安全防护设备。

牵引变电所； 在线式； 五防系统； 智能钥匙

1 基本概况

铁路总公司《高速铁路牵引变电所安全工作规则》规定[3]，牵引变电所带电设备的一切作业，均须按工作规程严格执行。牵引变电所在日常运作时主要工作为倒闸操作和检修作业，在检修作业时，必须办理第一种工作票。为使第一种工作票顺利执行，需进行必要的倒闸、验电、挂/拆地线、开/关网栅门、开/关柜门、开/锁手柄、开/锁机构箱、挂/拆标识牌等操作。在这些操作中都可能出现的失误有：①误分/合断路器；②带负荷拉/合隔离开关；③带地线合隔离开关；④带电挂接地线；⑤误入带电间隔。

这些失误会酿成重大安全事故，导致严重后果，由此需采用防误操作系统进行防范，全面覆盖牵引变电所运行、操作、检修等方式下的强制闭锁，确保各种操作行为得到安全保障。防止以上5种恶性电气误操作的技术措施简称为“五防系统”。

长昆客运专线是我国 “四纵四横”客运专线网的重要组成部分，线路东起湘黔省界，向西经贵州省玉屏、三穗、凯里、贵定、贵阳、平坝、安顺、关岭、普安、盘县后进入云南省，经富源、曲靖、马龙、嵩明至昆明市(昆明南站)。正线全长747.237 km(运营长度)，其中贵州境内长559.473 km，云南境内长187.764 km，设计时速300 km。云南段新建富源北、曲靖北、旧县、长水共4座220 kV牵引变电所。

为提高客运专线牵引变电所自动化、智能化运行水平，减轻运行检修人员劳动强度、避免人为因素引发的检修安全事故，在长昆客运专线云南段4座牵引变电所配置了新一代在线式智能五防系统。

2 五防系统现状

国内部分电气化铁路的牵引变电所已经安装了五防系统，这种五防系统是一种基于离线式智能钥匙的防误闭锁装置，属于早期一代系统。在实际运行中，因技术条件和设计方案的限制存在以下一些问题：

(1)无法有效防止误入带电间隔。当打开了开关设备间隔的锁具，因种种原因并未断开开关设备时，网门内的设备还带电。此时，智能钥匙仍然可以继续进行打开网门锁具的操作，容易造成人员误入带电间隔。

(2)无法实现防误操作系统对于集控站遥控操作的闭锁。当用智能钥匙执行一个操作序列，远方/当地转换开关还未操作到当地位的时候，如遥控操作对其中相关的对象进行了操作，防误主机虽然通过综自系统得到了操作变位信号，但现场操作智能钥匙的人员却不知道部分操作对象已变位，因而不能进行正确的闭锁，容易形成冲突性的操作，使原来设定的操作逻辑混乱，从而造成了新的误操作。

(3)系统无法实时收集智能钥匙操作过程中的状态信息，尤其是对网门、柜门、临时接地线等不能通过综自获得的操作对象信息。

(4)目前智能钥匙与上位机(防误主机、钥匙管理机)的通讯只有一个通道，即要经过USB-通讯底座-红外，传递环节多效率不高。

由于目前铁路牵引变电所的五防系统使用的是离线式结构，随着使用者对防误要求的不断提高，对操作过程出现的误操作漏洞逐渐弥补，新一代在线式智能五防系统应运而生。

3 在线式智能五防系统

3.1 系统简介

在线式智能五防系统对防误操作的过程进行实时性监控，将操作过程的每一步与防误主机相联系，通过防误主机监控操作结果判断是否会有新的“漏洞”，及时通知操作现场停止误操作，从而达到全面的防误效果。

在线式防误操作方式与离线式防误操作方式的主要区别如表1所示。

表1 防误操作方式对照表

3.2 系统构成

在线式智能五防系统是在权限管理、模拟预演、逻辑判断、设备强制闭锁等方面进行全面、完善的防误管理，防止人为因素导致电气误操作。系统采用计算机防误操作软件系统，智能钥匙、锁具等来保证牵引变电所设备运行安全和工作人员人身安全，系统网络构成如图1所示。

图1 系统网络图

系统由防误主机、无线网络路由器、无线智能钥匙、防误锁具等组成，在牵引变电所内构建无线局域网。智能钥匙作为一个节点在网内漫游，实现操作终端与主控室之间的实时信息交互，实现实时地线状态查询和实时防误逻辑判断，构筑全方位实时防误网络。

无线局域网由接入到防误主机的无线通讯模块和无线智能钥匙组成，通讯网络无布线。由于牵引变电所高压室等结构特征及室外高压设备场地因素，因此采用了穿越功能强的433 MHz作为无线通讯的频率。无线局域网方式在几种通讯网络中最为简单，成本也最低，尤其在布线困难的牵引变电所可优先采用此方案。

3.3 系统功能

当前既有的离线式五防系统已经具有了模拟预演功能、发送和存储操作票功能、五防闭锁操作功能、唯一操作权功能、对临时接地线进行强制闭锁功能、防接地线漏挂、漏拆、多任务并行操作功能、紧急解锁功能等。在线式智能五防系统在此基础上，新增了如下功能：

(1)无线通信功能

智能钥匙能够正确无误的通过USB或ZIGBEE与上位机进行收发通讯。

(2)工作票的网络化管理功能

系统把工作票纳入管理，网上签发、办理电子工作票，同时使工作票标准化、流程化。把工作票办理和恢复安全措施纳入防误系统，防止办理和恢复安全措施过程中的人员误操作。

(3)智能钥匙人机对话功能

智能钥匙就是一部防误操作过程中移动的电脑，它是智能五防系统操作过程中人机对话的媒介，起到替代手持纸质型“倒闸操作卡片”、“第一种工作票”的作用，同时也可将不能进行自动回应操作结果的操作过程通过人机对话传送到防误主机中去。

(4)设备位置状态实时更新功能

五防系统主机的人机界面绘制有牵引变电所主接线图，变电所所有设备(断路器、隔离开关、接地刀闸等)的位置状态都能通过无线网络采集，并实时显示在人机界面上。

(5)实时防误逻辑判断及闭锁功能

系统在执行操作票时，五防系统主机可根据设备位置状态的变化，进入逻辑数据库，判断当前操作是否能执行；如果发现现场设备误动或跳闸，五防系统主机对实时在线的智能钥匙及时闭锁，禁止下一步操作，可有效防止可能产生的误操作。

(6)在线监控操作过程功能

系统的主要部件智能钥匙处于在线操作状态，防误主机可以在线跟踪操作票的执行情况，能实时监测被闭锁设备的状态(如：手动刀闸、临时接地线、网门等)。设备的每一次状态变化，都能实时地传回监控中心的图形系统，使图形系统在每一次模拟预演前，都能准确地获得锁具和设备的实际状态。另外，五防数据需要实时交互，在远方、就地切换操作过程中，自动无线回传。

(7)事故追忆功能

事故追忆功能：记录并浏览操作票及操作信息，掉电后数据保存10年以上。

(8)掉电、关机信息记忆功能

电脑钥匙在意外掉电或关机时，自动记忆，存贮的信息不丢失，记忆时间可达10年以上。

(9)防走空程

在检测到当前操作的设备状态正确变位后才开放下一步的操作，有效防止操作中走“空程序”等问题。

3.4 与牵引变电所设备的接口

(1)五防系统单独组屏，屏体电源为交流和直流双电源供电。交流屏和直流屏各预留一路电源给五防系统屏。

(2)综合自动化系统的通讯管理机提供一个RJ45的以太网电口或RS485口接入五防系统屏，通讯协议101或104(仅读取各个开关设备状态)。

(3)综合自动化系统的控制保护屏和高压室的高压开关柜控制面板上需根据要求配合开安装孔，以便五防锁具的安装。

4 系统操作流程

4.1 总体流程

系统总体流程如图2所示。

图2 系统总体流程图

4.2 第一种工作票作业流程

流程简述：第一种工作票作业流程(见图3)其步骤简述如下。

图3 第一种工作票作业流程图

(1)第一步：由发票人在防误主机/电调终端/段部或车间终端上开票(第一种工作票)。通过选择被检修的设备，自动填写所名、形成编号、作业地点和设备运行代号。手工填写作业内容、人员和工作票有效期，“必须采取的安全措施”。计算机根据被修试的设备位置，自动生成“必须采取的安全措施”并自动检验此措施的有效性。工作领导人审核无误后便可进行下一步工作。

(2)第二步：由工作领导人或通过安全措施执行人提请供电调度审核，并向供电调度提出作业申请计划。

(3)第三步：所提交的计划经供电调度审核，若审核不合格则返回由发票人重新开票，重复第一和第二步；若审核通过，由供电调度按照防误程序适机下达倒闸操作命令或进行倒闸操作(远动),自动记录倒闸操作命令时间。

(4)第四步：供电调度下达作业命令,自动记录作业命令时间。

(5)第五步：安全措施执行人开始办理第一种工作票。通过智能钥匙信息执行检查工作票“必须采取的安全措施”。自动填写“已经采取的安全措施”。然后依次办理工作票中其它内容。这个过程正确后，才能启动下一步打印工作票和必须的签字。

(6)第六步：安全措施执行人办理完毕安全措施后，向工作领导人交纸质工作票并共同到现场检查安全措施执行情况；在纸质工作票和电子版工作票上签字；办理完毕可以开工。工作中对工作票的变更记录应同时记入纸质工作票和电子版工作票上。

(7)第七步：检修人员操作完毕后，退出现场。工作领导人结束作业，将工作票交还给安全措施执行人。

(8)第八步：安全措施执行人按照办理工作票时相反的顺序恢复安全措施；用智能钥匙将拆除地线、网门等信息传递给工作票，核对正确以后，才能进入到倒闸操作程序。

(9)第九步：安全措施执行人将操作情况报电力调度所，作业结束，消除作业命令。

(10)第十步：第八步与第九步完成后，供电调度可以根据需要进行操作或倒闸，恢复送电运行。

从以上流程可以看出，检修工作的全过程都能通过“五防”系统功能及其辅助的工作票签发办理系统进行事故的防范，有力地保证了牵引供电运行检修人员的安全，保证了设备的安全。

5 结束语

在线式智能五防系统可有效的解决牵引变电所既有五防系统的不足之处，它在长昆客运专线云南段新建牵引变电所的应用，能全面、有效的防止由于工作人员的疏忽、精神疲倦、联系不周等人为因素造成的安全事故，实现了人机联控确保安全的目的，是一种新型的安全防护设备。

本工程积累的宝贵技术资料、创新的技术方法和经验，创立的在线式智能防误操作技术可作为其他新建铁路牵引变电所的借鉴，具有较好的推广价值及应用前景。

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[4] 铁道部铁运[2000]110号，铁路运输调度规则[S]. MOR Tieyun [2000] No. 110, Rules for railway transportation dispatching [S].

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(编辑：赵立红 张红英)

Research and Application of Online Intelligent Fail-Safe Unit System for Changsha-Kunming Passenger Dedicated Line

YAO Xiping WANG Yi

(China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd, Chengdu 610031, China)

In order to improve the automated and intelligent operation level of traction substation of passenger dedicated line, reduce the labor strength of operation maintenance personnel and avoid the maintenance safety accidents caused by human factors, 4 traction substations in the Yunnan Section of Changsha-Kunming passenger dedicated line are equipped with a new generation of online intelligent fail-safe unit system. The system consisting of anti-misoperation host, wireless router, wireless smart key and anti-malfunction lock, constructs a wireless local area network (LAN) in the substation and has the functions of authority management, simulation preview, logic judgment, equipment mandatory lockout and so on. The system is a new type of safety protection equipment, it can completely and effectively prevent safety accidents due to negligence, mental fatigue and loose contact of the staff to realize the interactive control and ensure the safety.

traction substation; on line; fail-safe system; smart key

2016-05-17

姚夕平(1978-)，男，高级工程师。

1674—8247(2016)06—0048—04

U224

A