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1、电力机车整备作业场电网自动接地装置的设计与应用- 机电论文电力机车整备作业场电网自动接地装置的设计与应用赵同峰（山大鲁能信息科技有限公司，山东济南 250100 ）【摘要】随着科技的发展进步，我国铁路电气化和高速铁路建设也进入了高速发展时代，电力机车和电力动车组正广泛应用于铁路运输生产，电力机车整备作业效率的提高便被提上日程。电力机车整备作业采用自动控制原理，通过VB上位机软件与 PLC 采用 RS485 通信。由中央控制系统、多路状态监测系统、 PLC网络控制系统、隔离开关电动控制系统、IC 卡作业管理系统、自动防护系统、电网自动接地系统组成，实现对PLC 的控制， PLC 根据所接收信号控
2、制隔离开关及自动接地装置动作，同时通过自动控制闭环控制系统，采集隔离开关状态、电网接地状态、登顶人数统计等信息状态，同时配合IC 卡射频技术、软硬件互锁、机械连锁、语音播报、视频采集等技术，实现对电力机车整备作业场安全挂接 (撤)地线的远程操作及安全联控。关键词 电力动车；设计；接地；应用电力机车整备作业的关键是对机车车顶的绝缘子和受电弓进行检查维护。提高电力机车 (电力动车组 )回库整备作业效率与作业安全，是各机务段整备作业场现代化改造的重点。 相对内燃机车的整备， 电力机车运行整备过程作业环节比较复杂，威胁人身安全的关键控制点较多，无电作业区的安全保障至关重要。1 系统网络结构及工作流程系
3、统采用故障导向安全的设计思想，控制过程环环相扣，任何一个操作流程出现故障，下一步操作将被禁止， 尽可能消除安全隐患。 整备作业安全监控系统的控制流程是系统软、 硬件设计和选择控制方案的主要依据之一，其最基本的控制流程 :登车顶进行整备作业前，隔离开关必须处于分闸状态，同时接地杆在隔离开关断开后才能接地;隔离开关合闸前，必须确保车顶无作业人员、且接地杆与大地完全断开。整个电力机车整备的工作流程大致划分为：电力机车进入整备场一机车司机交回钥匙一登顶作业人员申请登顶一监控人员授权IC 卡一隔离开关断电一司机升弓验电并确认；监控人员操作软件一登顶人员刷卡接地杆接地一登顶人员刷卡开启电子门锁一登顶作业人
4、员登顶一作业完成确认一隔离开关合闸申请一监控人员操作软件一接地杆与地断开一语音播报提示隔离开关即将合闸一隔离开关合闸。2 传统人工接地方式铁路电气化改造后，机务段电力机车整备作业普遍采用人工作业模式，人工挂 (撤)接地线劳动强度大且作业效率低，同时存在着极大的安全隐患。电力机车整备场各股道间距离较近且相邻股道之间没有隔离装置， 在多股道同时整备作业的复杂环境下， 容易发生错挂 (撤)地线，造成设备及人身伤害事故 ;接地线绝缘杆与隔离开关无联锁装置控制，装置本身基本无防错功能，主要靠肉眼观测判断，无法应对因操作失误而出现的 “未断电，先挂线”的错误操作，严重危及人身安全；同时，当出现的 “未撤地
5、线，先合闸”的错误操作时，设备无法自我及时应对，轻则造成变电所跳闸， 烧损接地线及隔离开关， 重则造成操作者触电伤亡事故。3 消除电力机车整备场挂（撤）地线隐患的措施采用“电力机车整备作业安全控制系统”控制整备作业的各个环节可以有效解决电力机车在整备作业中的人身和设备安全问题。该系统使用自动接地装置代替原来的人工作业方式，消除挂(撤 )地线的安全隐患。电力机车整备作业安全控制系统采用两种自动接地装置：（ 1 ）由机械连锁自动控制的电动接地装置；（2 ）采用双四杆工作原理设计的电动伸缩摇臂自动挂接地线装置。4 电力机车作业安全控制系统实现的功能需求影响电力机车整备作业安全的因素很多，如机车在整备
6、作业线停放位置、机车受电弓升降状态、 隔离开关分合闸操作、 地勤及登顶作业人数统计监控、电网接地状态、登顶作业方式、 地线挂撤过程等。 在作业过程中如何对这些因素的有效严密控制是安全生产的保证。（1 ）把目前作业股道隔离开关分合闸的人工现场操作变为计算机远程连锁集中控制，使隔离开关操作人员远离高压设备，确保操作安全， 降低操作人员劳动强度。（2 ）把目前作业股道人加设安全防护变为机械连锁自动安全防护，有效警示机车不要闯入无电区， 同时配合电动脱轨器装置， 确保整备作业无电区绝对安全。（3 ）把目前人工挂撤接地线变为机械连锁互锁自动挂撤接地线，防止因操作失误挂及忘撤接地线而造成触电、短路事故，保
7、证人身、设备安全和供电安全。（ 4）设立登机车顶作业平台，采用 IC 卡门禁技术及视频监控技术实现作业人数统计和连锁控制， 把检修人员攀爬机车天窗登顶模式变为走专用作业通道登顶模式，利用登顶防跟随机构，使登顶作业过程及人员得到有效控制。（ 5 ）操作人员信息及操作步骤实时存入 Microsoft Accesss 数据库，对操作过程中出现的错误实时记录，便于后期通过数据库信息排查故障根源。（6 ）通过语音广播实现作业过程的语音提示及系统故障信息提示，还可以通过车顶视频装置，实现控制室人员对作业现场的实时监控。5 电动伸缩摇臂杆机自动挂（撤）地线装置控制方式挂接地线控制在隔离开关处于分闸状态下，监
8、护人员操作计算机软件发出挂接地线指令，登顶作业人员通过刷卡进行挂接地线操作，使控制箱中的伸杆接触器得电吸合，电动机转动，伸缩臂杆伸起到位后， 通过行程开关断开电动机电源， 电动机停止。PLC 采集接地信号，接地检测信号得电，计算机软件动画实时显示挂接地线过程，接地线挂接完毕后， 软件画面显示已接地的状态图示，登顶作业人员便可刷卡开门进行登顶作业。5.2 撤地线控制方式登顶作业人员作业结束后，刷卡开门，确保安全后，登顶作业人员通过刷IC卡发出撤接地线请求， IC 读卡器通过 RS485 传递指令到 PLC，PLC 软件经过互锁分析判断后， 发出撤接地线的指令， 通过控制箱中的缩杆接触器得电吸合，
9、电动机转动，在伸缩臂杆落杆到位后，通过行程开关，断开电动机电源，电动机停止转动。接地装置结构电动伸缩摇臂杆机自动挂 （撤）地线装置主要由接地块、 电动机构、接地线、伸缩臂杆及接地指示灯等组成。6.1 接地块接地块上部由两块紫铜条组成的接地点，在接地工作状态时，直接与接触网接触形成接地触点；中间部分由弹簧机构组成，设计压力为58.8 N ，其作用是保证紫铜条能可靠的与接触网接触，下部连接接地线和信号线。接地指示灯接地指示灯指示接地工作状态，指示灯亮表示接地良好；接地及撤除地线动作过程中指示灯闪烁。接地线接地块通过铜电缆与钢轨连接，形成接地回路。（下转第194页）（上接第125 页）伸缩臂杆挂接、
10、撤除地线机构，摇臂长3m ，采用双四杆机构，使摇臂能90 角伸缩，保证 3m 摇臂安全挂接及撤除， 同时在伸缩摇臂伸展后有自锁功能，确保 3m 臂杆伸展后不下垂。结语自动接地装置设计的基本指导思想是应用现代控制技术，研制检测控制装置和联锁保护方式， 最大限度地确保作业安全。 根据电气化铁路有关人员电气安全规则，结合电力机车整备作业过程的特点和安全保护要求，针对电力机车整备作业过程中防止误操作而设计改造了自动接地装置。这种自动化作业方式避免人工接挂撤地线的大强度劳动、 作业人员的误操作及在极端天气下带来的不安全隐患，消除机械连锁接地装置由于直观性差而给作业人员带来的不安全恐惧心理。实现电网自动接地，并与隔离开关、登顶作业通道建立逻辑互锁关系，避免人为错挂地线及不在良好接地的情况下登顶作业而造成的触电事故。参考文献刘战 ,尚丽琴 ,冯做全 .电力机车整备作业下位机控制系统软硬件设计与实现 J.黑龙江科技信息 ,2010(10).李德苍 ,孟建军 ,张参参 ,杨艳梅 .基于 PLC 的电力机车整备作业控制系统设计与实现 J.微计算机信息 ,2012(02).责任编辑：杨玉洁