本实用新型涉及电气化铁路牵引供电配套设备技术领域，特别是一种无人值守变电所的开关柜双重应急操控系统。
背景技术：
电气化铁路牵引变电所是电气化铁路运营的一个重要节点，近年来随着我国铁路的发展，电气化铁路行车密度加大，因雷击等导致变电所自动化系统异常、设备故障等原因导致电气化铁路牵引变电所供电中断的情况时有发生。由于停电会影响运输秩序，社会影响大，在无人值守的情况下，如何快速恢复供电非常有意义。现有技术中，电气化铁路牵引变电所的供电控制一般都是人为到现场控制，因此发生停电时，当因各种原因值守人员没有在现场值守，或者没有及时了解到停电情况时，由于不能及时恢复供电，会对电气化铁路的安全运行带来影响。
虽然现有技术中，也有现场电气化铁路牵引变电所的供电数据经铁路专用通信通道传递到远端操控站，操控站在接收到现场停电数据后，控制电气化铁路牵引变电所现场开关柜的电源开关机构动作，进而完成合闸或分闸。但是由于专用通道只有一路，而且是有线方式传递数据，因此当发生现场停电、给通道供电的电源停电时，或者通道因设备工作异常传输数据异常时，将导致远端操控站无法正常接收数据及传输控制数据，也就无法完成合闸或分闸等动作，对电气化铁路的安全运行造成了制约。且开关柜自身也只具有一套分合闸设备，供电依赖于变电所内电源供电，因此变电所内电源停电或异常后，同样会造成无法在远端操控开关柜的断路器（电源开关机构）分合闸动作。
技术实现要素：
为了克服现有电气化铁路牵引变电所内供电设备在发生断电后，所采用的控制设备，存在的无法有效保证现场变电所开关柜分合闸电源开关合闸或分闸操作的弊端，本实用新型提供了结合现有变电所开关柜的分合闸控制系统使用，具有独立的供电子系统、控制子系统及双通道数据传输通道，能有效保证现场供电数据及远端操控数据的传递，并在现场停电时能有效经控制子系统对开关柜分合闸开关进行合闸或分闸，且在开关柜电机故障等情况下，还能通过机械分合闸机构操作开关柜本体的分合闸开关动作，由此达到多重保险作用，有效保证了电气化铁路牵引变电所为电气化铁路安全供电的一种无人值守变电所的开关柜双重应急操控系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无人值守变电所的开关柜双重应急操控系统，包括电气化铁路牵引变电所内原有的分合闸控制系统，其特征在于还具有机械分合闸机构、控制子系统，变电所远方被控站内安装有独立的电源屏，且在电源屏的进出线端安装有防浪涌电气设备；所述被控站和远端操控站之间，配置2条通信通道，一条主用通道，采用铁路既有的通信网络，另一条备用通道；所述控制子系统包括服务器、驱动单元、机械分合闸机构控制模块、交换机、分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路；所述电源屏电源输入端和变电所内交流电源电性连接，电源屏电源输出端和控制子系统的电源输入端电性连接，服务器经交换机，通过2条通信通道和操控站之间实现信息交互；所述驱动单元信号输出端和分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路的信号输入端电性连接，分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路的信号输出端和开关柜控制电机及接触器信号输入端分别电性连接；所述机械分合闸机构控制模块信号输出端和机械分合闸机构信号输入端电性连接。
进一步地，所述分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路的一对常闭控制节点，电性串联在开关柜的断路器电机及脱扣磁阀控制回路和开关柜电机及接触器信号输入端之间。
进一步地，所述机械分合闸机构包括由导轨、平移箱体、竖移箱体、双视摄像机、双关节活动手臂、电力摇杆、控制器、激光雷达定位模块组成，其中导轨水平安装在开关柜前上部，平移箱体安装导轨上，并能沿导轨做水平前后移动，平移箱体下端安装有支柱，竖移箱体安装在支柱前部，并能沿支柱做垂直移动和旋转运动，双视摄像机、双关节活动手臂、激光雷达定位模块安装在竖移箱体前，电力摇杆安装在双关节活动手臂前端，控制器安装在平移箱体内，双视摄像机输入开关柜前端二维码信息，激光雷达定位模块输入和开关柜前端位置信息到控制器后，控制器能实现激光雷达定位和二维码定位功能，控制器和平移箱体、竖移箱体、双关节活动手臂、电力摇杆的电源输入端分别电性连接，双视摄像机、激光雷达定位模块信号输出端和控制器信号输入端连接。
进一步地，所述机械分合闸机构电源输入端经电源屏供电，还能安装在移动小车上，通过独立的电源供电。
本实用新型有益效果是：本新型采用单独的电源屏供电，不依赖于变电所内既有监控系统的电源和通信通道，也不依赖于既有监控系统的控制电缆，与既有监控系统相互独立，而且既有监控系统遭受破坏时不会波及本实用新型的机械分合闸机构、控制子系统。本新型设置有双重操控手段，第一重控制回路、分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路能实现快速对开关柜的断路器倒闸操作，设计的回路简单、可靠。第二重机械分合闸机构操控开关柜的断路器倒闸操作不依赖于任何回路，可确保操作行为得到执行。本新型具有双重通信通道，第一条主用通道借助既有铁路通信系统的通信网络，保证通信数据的实时性，第二条备用通道走无线通信的方式，只在第一条主用通道无法正常工作时启用，保证通信的安全性。本新型有效保证了电气化铁路牵引变电所为电气化铁路安全供电，基于上述，本新型具有好的应用前景。
附图说明
以下结合附图和实施例将本实用新型做进一步说明。
图1为本实用新型架构框图示意。
图2为本实用新型机械分合闸机构的结构示意图。
具体实施方式
图1中所示，一种无人值守变电所的开关柜双重应急操控系统，包括电气化铁路牵引变电所内原有的分合闸控制系统（控制系统电源输出端和开关柜控制电机及接触器信号输入端分别经导线连接），还具有机械分合闸机构、控制子系统，变电所远方被控站内安装有独立的电源屏，且在电源屏的进出线端安装有防浪涌电气设备（对电源屏起到保护作用）所述被控站和远端操控站之间，配置2条通信通道，一条主用通道，采用铁路既有的通信网络，另一条备用通道；所述控制子系统包括服务器、驱动单元、机械分合闸机构控制模块、交换机、分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路；所述电源屏电源输入端和变电所内交流电源经导线连接，电源屏电源输出端和控制子系统的电源输入端经导线连接，服务器经交换机，通过2条通信通道和操控站之间实现信息交互；所述驱动单元信号输出端和分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路的信号输入端经导线连接，分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路的信号输出端和开关柜控制电机及接触器信号输入端分别经导线连接；所述机械分合闸机构控制模块信号输出端和机械分合闸机构信号输入端经导线连接。
图1、2所示，分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路的一对常闭控制节点，经导线串联在开关柜的断路器电机及脱扣磁阀控制回路和开关柜电机及接触器信号输入端之间。操控站配置有程控卡片，通过选择程控卡片完成和多个被控站（变电所）内系列化的操控任务。机械分合闸机构包括导轨1、平移箱体2、竖移箱体3、双视摄像机4、双关节活动手臂5、电力摇杆6、控制器7、激光雷达定位模块8组成，其中导轨1水平安装在开关柜前上部，平移箱体2安装导轨上，并能沿导轨1做水平前后移动，平移箱体2下端安装有支柱10，竖移箱体3安装在支柱10前部，并能沿支柱10做垂直移动和旋转运动，双视摄像机4、双关节活动手臂5、激光雷达定位模块8安装在竖移箱体3前，电力摇杆6安装在双关节活动手臂5前端，控制器7安装在平移箱体2内，双视摄像机输入开关柜前端二维码信息，激光雷达定位模块8输入和开关柜前端位置信息到控制器7后，控制器7能实现激光雷达定位和二维码定位功能，控制器7和平移箱体2、竖移箱体3、双关节活动手臂5、电力摇杆6的电源输入端分别经导线连接，双视摄像机4、激光雷达定位模块8信号输出端和控制器7信号输入端分别经导线连接。机械分合闸机构电源输入端经电源屏供电，还能安装在移动小车上，通过独立的电源供电。
图1、2所示，本实用新型在安装中，工作重点在被控站的部署、实施。被控站的实施分为电源屏的安装、机械分合闸机构的安装、二次布线，以及所内所有系统的调试。机械分合闸机构的预置位，调试时在机械分合闸机构的控制器内配置，并将配置好后的点位和描述，输入所内控制子系统。被控站服务器执行操控站命令，如需机械分合闸机构参与，先通过机械分合闸机构的控制器、机械分合闸机构控制模块控制机械分合闸机构到特定的预置点位，再执行对应操作，操作成功后各数据输入控制器及机械分合闸机构控制模块，后续就能完成自动控制。
图1、2所示，本实用新型一个驱动单元最多可驱动八个开关柜配套分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路，也就是说可控制被控站内8个开关柜的断路器分合闸动作（并可增加驱动单元数量）。本实用新型中，平时电源屏经变电所内电源充电，变电所因各种原因发生跳闸停电后，能自动单独为控制子系统及机械分合闸机构的电源输入端供电，保证了二者在变电所停电后能正常工作（电源屏电能可完成至少两次倒闸作业以及2小时以上的待机时长要求）。本实用新型主用通道是变电所铁路专网，操控站和服务器之间，设计有应用层的心跳报文，实际应用中，当心跳报文异常时判断为通信连接中断，认为主用通道存在异常。当操控站、服务器的通信连接中断时，控制子系统自动切换通道，被控站和操控站都改为备用通道连接远程云服务器，并实现信息交互。操控站将命令内容加密后转发到云服务器，由云服务器转发至变电所内服务器。变电所内服务器将命令内容解密，判定接收内容合法时执行命令，并将执行过程数据、结果等通过云服务器返回到远程操控站。具体应用中，无线通信数据包括操控站和被控站的唯一编号，内容以及校验码，数据对称加密后以密文传送；被控站、操控站双方收到数据后，解密并判断校验码和站编号，数据校验正确才执行，无线通信数据密钥每使用若干次后，人为更换，以保证通信的安全性。当变电所开关柜内因雷击、通道异常、综自异常等原因发生跳闸时，远端操控站接收到信息后，能远程发出控制指令，进而驱动单元信号输出端输出指令信号到分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路，分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路的信号输出端输出控制信号进入开关柜的控制电机及接触器信号输入端，进而开关柜的断路器产生合闸或分闸动作（比如发生较大故障时，操控站有远程控制断路器分闸的需要）。
图1、2所示，本实用新型在发生开关柜电机、接触器等故障后（开关柜自身无法在分合闸），操控站可经机械分合闸机构控制模块控制机械分合闸机构工作，实现开关柜的断路器分合闸操作。机械分合闸机构工作时，控制器7控制平移箱体2沿导轨1做水平前后移动，竖移箱体3沿支柱10做垂直移动和旋转运动，使双视摄像机4、激光雷达定位模块8接近开关柜前的断路器操作孔前。双视摄像机4输入开关柜前端二维码信息，激光雷达定位模块8输入和开关柜前端位置信息到控制器7后，控制器7能实现激光雷达定位和二维码定位功能，进而控制电力摇杆6插入断路器操作孔内，控制器7微调整平移箱体2、竖移箱体3位置，使得电力摇杆前端准确定位到操作孔并插入。控制器7根据设定的程序控制电力摇杆顺时针或逆时针旋转摇杆，达到指定圈数、力矩时，完成本次断路器的开关的分、合操作。
图1、2所示，本实用新型采用单独的电源屏供电，不依赖于变电所内既有监控系统的电源和通信通道，也不依赖于既有监控系统的控制电缆，与既有监控系统相互独立，而且既有监控系统遭受破坏时不会波及本实用新型的机械分合闸机构、控制子系统。本实用新型设置有双重操控手段，第一重控制回路分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路能实现快速对开关柜的断路器倒闸操作，设计的回路简单、可靠。第二重机械分合闸机构操控开关柜的断路器倒闸操作不依赖于任何回路，可确保操作行为得到执行。本实用新型具有双重通信通道，第一条主用通道借助既有铁路通信系统的通信网络，保证通信数据的实时性，第二条备用通道走无线通信的方式，只在第一条主用通道无法正常工作时启用，备用无线通道使用私有对称加密技术保证通信的安全性。本实用新型有效保证了电气化铁路牵引变电所为电气化铁路安全供电.
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
1.一种无人值守变电所的开关柜双重应急操控系统，包括电气化铁路牵引变电所内原有的分合闸控制系统，其特征在于还具有机械分合闸机构、控制子系统，变电所远方被控站内安装有独立的电源屏，且在电源屏的进出线端安装有防浪涌电气设备；所述被控站和远端操控站之间，配置2条通信通道，一条主用通道，采用铁路既有的通信网络，另一条备用通道，通过云服务器转发被控站和操控站设备之间的通信，通信加密算法使用私有对称加密算法，每个被控站配置一个独立的密钥；所述控制子系统包括服务器、驱动单元、机械分合闸机构控制模块、交换机、分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路；所述电源屏电源输入端和变电所内交流电源电性连接，电源屏电源输出端和控制子系统的电源输入端电性连接，服务器经交换机，通过2条通信通道和操控站之间实现信息交互；所述驱动单元信号输出端和分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路的信号输入端电性连接，分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路的信号输出端和开关柜控制电机及接触器信号输入端分别电性连接；所述机械分合闸机构控制模块信号输出端和机械分合闸机构信号输入端电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种无人值守变电所的开关柜双重应急操控系统，其特征在于，分开关柜电机及脱扣磁阀控制回路的一对常闭控制节点，电性串联在开关柜的断路器电机及脱扣磁阀控制回路和开关柜电机及接触器信号输入端之间。
3.根据权利要求1所述的一种无人值守变电所的开关柜双重应急操控系统，其特征在于，操控站配置有程控卡片，通过选择程控卡片完成和多个被控站内系列化的操控任务。
4.根据权利要求1所述的一种无人值守变电所的开关柜双重应急操控系统，其特征在于，机械分合闸机构包括由导轨、平移箱体、竖移箱体、双视摄像机、双关节活动手臂、电力摇杆、控制器、激光雷达定位模块组成，其中导轨水平安装在开关柜前上部，平移箱体安装导轨上，并能沿导轨做水平前后移动，平移箱体下端安装有支柱，竖移箱体安装在支柱前部，并能沿支柱做垂直移动和旋转运动，双视摄像机、双关节活动手臂、激光雷达定位模块安装在竖移箱体前，电力摇杆安装在双关节活动手臂前端，控制器安装在平移箱体内，双视摄像机输入开关柜前端二维码信息，激光雷达定位模块输入和开关柜前端位置信息到控制器后，控制器能实现激光雷达定位和二维码定位功能，控制器和平移箱体、竖移箱体、双关节活动手臂、电力摇杆的电源输入端分别电性连接，双视摄像机、激光雷达定位模块信号输出端和控制器信号输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种无人值守变电所的开关柜双重应急操控系统，其特征在于，机械分合闸机构电源输入端经电源屏供电，还能安装在移动小车上，通过独立的电源供电。
技术总结