（中铁电气化勘测设计研究院有限公司 天津河东 300250）
摘要：目前的地铁接触网带电状态无法进行实时的监测，接触网是否带电只能通过人工携带验电器进行验电，给现场检修人员带来不便。方案通过在线实时监测的方式，准确检测出地铁接触网的带电状态信息，并通过便捷的方式显示出来供现场人员及时了解接触网的带电状态，保障现场人员和设备的安全。
关键词：地铁；接触网；带电状态监测
目前，国内地铁轨道交通大多采用牵引网的方式对车辆进行供电，牵引网由两个部分组成：正极接触网供电，负极行走轨回流。由于电的不可见性，判断是否有电需借助仪器，在没有仪器或仪器损坏的情况下，现场维护人员无法及时判断接触网是否有电，这严重影响现场维护人员的人身安全。
所以，有必要在现场人员进入作业区域之前，首先对接触网进行验电，确保无电之后才允许作业人员进入该区域，而目前，国内地铁主要的验电手段都是在检修前采用传统的直流验电器对接触网验电，虽能起到一定的检测和警示作用，但缺乏强制性和持续性，无法避免由于工作人员疏忽、精神疲倦等人为因素而带来的安全问题。
为了解决上述所出现的问题，有必要研究一种强制和自动的带电检测技术。
1、接触网带电状态监测方法
（1）分压器测量
测量两点间的电压，如果该电压在电压表的量程之内，则可以直接将该电压接到电压表进行测量；如果该电压大于量程，则可以通过电阻分压器进行分压，然后再用电压表进行测量。
（2）互感器测量
电压互感器主要有电磁式电压互感器、光电式电压互感器和霍尔电压互感器。
电磁式电压互感器的结构类似于变压器，包括一次绕组、二次绕组和铁芯，利用两个绕组的匝数不同实现高低压转换，通过测量低压侧电压值，计算得出待测的高压侧的电压值。
光电式电压互感器利用线性电光效应基本原理：电光晶体在没有外加电场作用时是各向同性的，而在外加电场的作用下晶体变为各向异性的双轴晶体，导致其折射率和通过晶体的光偏振态发生变化，产生双折射，一束光变成两束线偏振光。在确定所加电场和入射光后，通过测量两束光的相位差就可以得到待测电压。
霍尔电压互感器利用的是霍尔效应，将待测电压加在限流电阻上，产生的电流进入绕组而产生相应的磁场，此时霍尔元件会感应出相应的电动势并反馈给补偿线圈，这样，两个电流产生的磁通大小相等、方向相反，使得磁芯中的磁通为零，从而得到待测电压。
2、地铁接触网带电状态监测的原理
接触网带电检测装置一般用于室内外1500V和750V直流输变电设备的带电状态检测，装置的高压传感器内采用电阻分压，分压信号接入装置采样通道，状态检测模块计算采样电压，从而获得接触网电压值。状态检测模块将传感器信号采样计算的电压值可推算出接触网电压百分比，该电压百分比再与电压阀值跳线设定的带电阀值百分比进行比较，即可得出接触网是否带电的结果状态。接触网带电状态监测装置的主要功能模块作用如下：
状态检测模块：主要完成对传感器信号电压的采样检测，对电压等级跳线、工作模式跳线、电压阀值跳线、地址跳线及测试按钮等的识别检测。
逻辑分析模块：主要根据状态检测结果及通讯情况判断装置状态及要执行的操作。
通讯模块：主要完成与电脑钥匙或其它接收装置的数据通讯功能，通讯内容主要包括被测点是否带电信息、装置地址及电源电压状态等。
状态指示模块：主要是驱动LED及蜂鸣器指示当前装置状态。
3、地铁接触网带电状态监测技术的应用
接触网带电检测装置，可实时检测并显示接触网带电状态，提示靠近人员相应股道接触网是否带电，是否有触电危险。还可根据需要精确地检测接触网的电压，并通过显示单元显示具体的电压值。
在地铁接触网现场，每条轨道配置一台接触网带电检测主机，带电检测主机与接触网正负极连接，检测接触网电压，通过无线网络将带电情况或电压值发送给LED显示单元，直观显示带电状态。现场接触网带电状态的信息传输流程如下图所示：
地铁接触网带电监测装置的主要部件介绍如下：
（1）带电监测主机
接触网带电监测主机安装在接触网的刀闸底座上，与接触网正负极通过电缆连接（大部分检修库刀闸都具备接地功能，因此，正负极电缆均可由刀闸就地引入），检测主机由两个部分组成，底座和检测单元，底座固定在安装支架上，底座采用绝缘设计，底座与检测单元采用扣合或螺纹设计，可以通过专用的工具，将检测单元拆卸下来。安装时，首先将底座固定在刀闸的底座支架上，然后将正负极电缆接入到底座中，最后将检测单元扣合或旋入。
（2）显示单元
在接触网现场适当位置（视现场实际情况定），对应每股道设置显示单元即LED显示屏，显示接触网带电状态，用于对作业人员进行安全警示，以红色“有电”和绿色“无电”显示接触网是否有电。
显示单元的作用主要是提示靠近人员相应股道接触网是否带电，是否有触电危险，由于地铁现场尤其地铁车辆段内股道较多，各专业作业人员也较多，该提示能够非常直观地显示对应股道接触网的带电状态。应用LED显示单元的效果图如下：
（3）无线网络
接触网带电监测主机与显示单元之间通过搭建工业级、微功耗无线网络来传输信息，结构简单，性能可靠，通信实时性和稳定性高，节省电缆敷设。
微功耗无线网络采用网状拓扑结构、自动路由、动态组网、直序扩频的方式，从各方面满足工业自动化控制现场对无线传输的要求，是目前最先进、可靠的工业用无线数据传输网络。
微功耗无线通信网络具有如下特点：
（1）技术安全性
基于IEEE802.15.4规范，实现扩频通信。采用直序扩频通信技术（DSSS），具有极强的抗干扰性、保密性、可靠性。通过扩频序列码实现数据的调制与解调，序列码保证通信数据的私密和可靠。
（2）通信安全
提供基于循环冗余检验的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用AES-128位的加密算法，保证数据通信的安全。
（3）低功耗
考虑无线应用环境问题，往往环境对无线产品设备输出功率有限制，但本无线通信技术采用的是直序扩频通信技术（DSSS），该技术可以在较低功耗的情况下实现通信，对现场设备是不会造成干扰
（4）施工方便
无线网络的布网建设非常简单，并易于扩展。只需在合适的地点放置无线网络路由器并提供合适电源即可。
（5）可自愈无线网络
采用短距低功耗近场通讯技术，单个路由节点的范围为100米，且可中继路由，具备故障自愈功能，当网络中某节点出现通讯故障时，网络可自行排除该节点，通过其它节点重新建立连接，使网络不会因某个节点故障而瘫痪。
4、总结
接触网带电状态监测技术给地铁现场的检修工作带来了很大的方便，通过自动化的采集手段和直观方便的显示方式，实时采集并显示现场接触网的电压带电情况，带电时给出直观醒目的告警信息，作业人员在进入现场作业区域之前可以提前了解到作业区内接触网的带电情况，及时作出判断，有效保障了现场作业人员的人身安全，具有良好的经济效益和社会效益。
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作者简介：
“郝峰（1982.11-），男，天津人，西南交通大学，电气工程及其自动化学士，工程师，单位：中铁电气化勘测设计研究院有限公司，研究方向：变电所一次、二次、综合自动化
论文作者:郝峰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/27
标签：电压论文; 状态论文; 网带论文; 现场论文; 地铁论文; 电压互感器论文; 作业论文; 《电力设备》2017年第5期论文;