地面控制自動(dòng)過(guò)分相在神朔線的應(yīng)用

韓濤

（神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運(yùn)輸段，助理工程師，陜西　神木　719316）

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地面控制自動(dòng)過(guò)分相在神朔線的應(yīng)用

韓濤

（神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運(yùn)輸段，助理工程師，陜西神木719316）

摘要：本文簡(jiǎn)單介紹地面控制自動(dòng)過(guò)分相的組成、原理及應(yīng)用，詳細(xì)分析了地面控制自動(dòng)過(guò)分相在神朔線實(shí)際應(yīng)用中存在的優(yōu)點(diǎn)與不足，并提出了優(yōu)化控制程序和接觸網(wǎng)相分段方案、信號(hào)傳輸使用光纜等改進(jìn)措施，使之更符合神朔鐵路自身的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：神朔鐵路；地面控制自動(dòng)過(guò)分相；應(yīng)用；改進(jìn)

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.03.013

由于我國(guó)電氣化鐵道均采用25 kV單相工頻交流供電方式，為了平衡三相供電負(fù)荷，提高電力系統(tǒng)利用率，電氣化鐵道的牽引變電所采用系統(tǒng)輪換接線，換相分段供電，于是接觸網(wǎng)必須要設(shè)置電分相裝置。電分相裝置包括器件式分相絕緣器和錨段關(guān)節(jié)式分相。目前機(jī)車(chē)通過(guò)分相的方式有手動(dòng)斷電、車(chē)載斷電自動(dòng)轉(zhuǎn)換、柱上斷載自動(dòng)轉(zhuǎn)換和地面控制自動(dòng)控制過(guò)分相等方式。

目前神朔線使用的電分相裝置為器件式分相和地面控制自動(dòng)控制過(guò)分相。地面控制自動(dòng)控制過(guò)分相全部用于神朔線上行線路，均為上坡地段，最大坡度為12‰。針對(duì)地面控制自動(dòng)過(guò)分相在神朔線實(shí)際應(yīng)用中造成接觸網(wǎng)拉弧或相間短路、手動(dòng)分相模式下機(jī)車(chē)容易掉入中性區(qū)、自動(dòng)過(guò)分相故障率高導(dǎo)致越區(qū)供電頻繁等存在問(wèn)題，提出改進(jìn)措施，使之更符合神朔鐵路自身的特點(diǎn)。

1　地面控制自動(dòng)過(guò)分相裝置概述

地面控制自動(dòng)過(guò)分相轉(zhuǎn)換裝置由分相所轉(zhuǎn)換設(shè)備（見(jiàn)圖1）、接觸網(wǎng)電分相、列車(chē)位置傳感器、電動(dòng)斷電標(biāo)、分相所控制設(shè)備、后臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)等六部分組成〔1〕。

接觸網(wǎng)電分相采用了“8+N+4”跨錨段關(guān)節(jié)空氣絕緣結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2），共有三個(gè)斷口，兩個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)1 JY、2 JY分別與接觸網(wǎng)絕緣。神木北方向側(cè)三臺(tái)真空斷路器294、294 B、294 C跨接在1JY上，朔州方向側(cè)三臺(tái)真空斷路器292、292 B、292 C跨接在2JY上，使兩相接觸網(wǎng)輪流向轉(zhuǎn)換區(qū)供電。線路邊設(shè)置5套列車(chē)位置傳感器（6 CG、X 4 CG、X 2 CG、W 4 CG、W 2 CG），轉(zhuǎn)換區(qū)接觸網(wǎng)轉(zhuǎn)換柱上設(shè)置了三臺(tái)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)QS 1、QS 2、QS 3，當(dāng)分相區(qū)采用萬(wàn)噸（長(zhǎng)分相）方案時(shí)，QS 1、QS 2常開(kāi)，QS 3常閉，6 CG、W 4 CG、W 2 CG為工作傳感器；分相區(qū)采用小列（短分相）方案時(shí)，QS1、QS3常開(kāi)，QS2閉合，6 CG、X 4 CG、X 2 CG為工作傳感器?？刂破两邮芄ぷ鱾鞲衅魈峁┑臋C(jī)車(chē)位置信息，經(jīng)邏輯運(yùn)算后發(fā)出指令控制斷路器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換區(qū)電相位的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，使得機(jī)車(chē)不斷電、帶負(fù)荷通過(guò)電分相。

圖1　神朔鐵路地面控制自動(dòng)過(guò)分相示意圖（萬(wàn)t模式）

圖2　“8+N+4”接觸網(wǎng)電分相示意圖

相分段自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置投入運(yùn)行后，2941、2902、2921閉合，294、294 B、292、292 B斷開(kāi)，294 C、292 C閉合。無(wú)車(chē)時(shí)，轉(zhuǎn)換區(qū)無(wú)電。上行正向來(lái)車(chē)時(shí)，列車(chē)進(jìn)入6 CG，294閉合，轉(zhuǎn)換區(qū)接通神木方向饋線。萬(wàn)噸（長(zhǎng)分相）模式運(yùn)行時(shí)，列車(chē)進(jìn)入W 4 CG，294斷開(kāi)，292閉合，轉(zhuǎn)換區(qū)與朔州方向饋線接通（294、292同步切換，機(jī)車(chē)瞬間失電0.13s），列車(chē)尾部出清W 2 CG時(shí)，292斷開(kāi)，延時(shí)4 s進(jìn)入無(wú)車(chē)等待狀態(tài)。小列（短分相）模式運(yùn)行時(shí)，列車(chē)進(jìn)入X 4 CG時(shí)，294斷開(kāi)，292閉合，轉(zhuǎn)換區(qū)與朔州方向饋線接通（294、292同步切換，機(jī)車(chē)瞬間失電0.13 s），列車(chē)尾部出清X(qián) 2 CG時(shí)，292斷開(kāi)，延時(shí)4 s進(jìn)入無(wú)車(chē)等待狀態(tài)。

目前神朔線地面控制自動(dòng)過(guò)分相全部采用萬(wàn)噸（長(zhǎng)分相）模式，不支持反向行車(chē)，上行反向行車(chē)時(shí)，系統(tǒng)不轉(zhuǎn)換，機(jī)車(chē)手動(dòng)斷電通過(guò)分相區(qū)。

2　地面控制自動(dòng)過(guò)分相的優(yōu)點(diǎn)

1）地面控制自動(dòng)過(guò)分相滿足了神朔鐵路高坡、重載的需要〔2〕，最大限度地發(fā)揮了電力機(jī)車(chē)的牽引動(dòng)力，控制、帶負(fù)荷、自動(dòng)過(guò)分相，充分保持了列車(chē)通過(guò)電分相的牽引力和運(yùn)行速度，有效縮短了過(guò)分相的運(yùn)行時(shí)間（使用自動(dòng)過(guò)分相的區(qū)間每列車(chē)平均壓縮運(yùn)行時(shí)間3～4 min）從而提高了神朔鐵路的綜合運(yùn)輸能力。

2）克服了斷電、惰行通過(guò)電分相的弊端〔3〕，如列車(chē)失去牽引力，延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，避免了乘務(wù)員控制過(guò)分相，產(chǎn)生拉弧，甚至燒毀接觸網(wǎng)的安全隱患。

3）地面控制自動(dòng)過(guò)分相采用關(guān)節(jié)式分相，避免了器件式分相對(duì)電力機(jī)車(chē)受電弓的硬點(diǎn)沖擊。

3　地面控制自動(dòng)過(guò)分相存在的問(wèn)題

1）造成接觸網(wǎng)拉弧或相間短路。神朔鐵路上行線路神木北-朔州方向?yàn)橹剀?chē)方向，雙機(jī)重聯(lián)牽引，小列由2臺(tái)SS4G或SS4B型機(jī)車(chē)牽引，采用“2+0”模式；萬(wàn)噸采用主2加從2的“2+2”模式由4臺(tái)SS4G或SS4B型機(jī)車(chē)牽引，或者采用主2加從1的“2+1”模式由三臺(tái)神華號(hào)HXDl型交流機(jī)車(chē)牽引。當(dāng)電力機(jī)車(chē)通過(guò)“8+N+4”接觸網(wǎng)電分相時(shí)，列車(chē)行駛至6CG位置，若此時(shí)自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)發(fā)生故障（6CG雙機(jī)故障，294、294 B拒合故障，組合繼電器誤動(dòng)作，控制電纜斷線，PLC死機(jī)等等），使得294和294 B均未能閉合，列車(chē)從有電區(qū)進(jìn)入無(wú)電區(qū)，經(jīng)過(guò)1JY的中心柱時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧，甚至燒傷吊弦，CTA-150銅合金接觸線上產(chǎn)生密集分布的麻點(diǎn)，影響后續(xù)機(jī)車(chē)取流。實(shí)際運(yùn)行標(biāo)明，拉弧區(qū)段主要集中在8跨錨段關(guān)節(jié)的第三跨和第四跨。

當(dāng)機(jī)車(chē)行駛至W 4 CG位置時(shí)，若此時(shí)自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)發(fā)生故障（如294實(shí)際未斷開(kāi)，但斷開(kāi)信號(hào)返回），在294未斷開(kāi)的情況下，292完成轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致神木北方向和朔州方向饋線接通，造成兩相短路，燒毀接觸網(wǎng)，并引起變電所跳閘。運(yùn)行過(guò)程標(biāo)明，兩相短路主要發(fā)生在“8+N+4”的4跨絕緣錨段關(guān)節(jié)的中心柱所在的兩個(gè)跨距，曾經(jīng)數(shù)次燒斷吊弦，燒傷承力索，導(dǎo)致承力索斷股。

2）手動(dòng)分相模式下機(jī)車(chē)容易掉入中性區(qū)。手動(dòng)分相模式是地面控制自動(dòng)過(guò)分相故障狀態(tài)下的一種臨時(shí)過(guò)分相模式，起到輔助作用，然而神朔線上行地面控制自動(dòng)過(guò)分相均處于上坡地段，最大坡度為12‰，而八跨中性區(qū)過(guò)長(zhǎng)，斷合標(biāo)間距離過(guò)大，使得手動(dòng)分相模式下機(jī)車(chē)容易掉入中性區(qū)，增加了救援困難，需要通過(guò)越區(qū)供電才能把機(jī)車(chē)救出中性區(qū)。從神朔線上行地面控制自動(dòng)過(guò)分相斷合標(biāo)位置表（表1）可以看出，神朔線上行地面控制自動(dòng)過(guò)分相斷合標(biāo)間距最小為253 m，最大為300 m，平均288 m。神朔線上行為重車(chē)方向，列車(chē)限速80 km/h，一般通過(guò)分相時(shí)速度不超過(guò)60 km/h，加上黃羊城、保德、橋頭、王家寨分相區(qū)段均為上坡，坡度都在10‰～12‰之間，手動(dòng)分相模式下，列車(chē)容易停在中性區(qū)。

表1　神朔線上行地面控制自動(dòng)過(guò)分相斷合標(biāo)位置表

3）自動(dòng)過(guò)分相故障率高，導(dǎo)致越區(qū)供電頻繁 自動(dòng)過(guò)分相鋼軌引接線跨接在鋼軌兩端，傳感器采集機(jī)車(chē)位置信號(hào)，通過(guò)控制電纜傳輸信號(hào)至組合繼電器，然后至PLC，PLC邏輯運(yùn)算后，發(fā)出信號(hào)控制斷路器的分合，以完成轉(zhuǎn)換區(qū)電相位的轉(zhuǎn)換，其中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，都會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)過(guò)分相故障，而部分節(jié)點(diǎn)故障（如控制電纜斷線，PLC故障，傳感器雙機(jī)故障等）引起自動(dòng)過(guò)分相一級(jí)報(bào)警，自動(dòng)過(guò)分相癱瘓，且機(jī)車(chē)很有可能停在中性區(qū)。

神朔鐵路萬(wàn)t重車(chē)采用“2+2”或“2+1”模式，以C80萬(wàn)t為例，共牽引116輛C 80，主2和從2機(jī)車(chē)距離長(zhǎng)達(dá)726 m。為了救援萬(wàn)噸列車(chē)（主2機(jī)車(chē)功率不足，不能啟動(dòng)萬(wàn)t列車(chē)），需要向轉(zhuǎn)換區(qū)供電，必須確認(rèn)從2機(jī)車(chē)也進(jìn)入轉(zhuǎn)換區(qū)才能向轉(zhuǎn)換區(qū)送電，若貿(mào)然送電，可能導(dǎo)致兩相短路，燒毀接觸網(wǎng)。而分相所一般距離接觸網(wǎng)電分相轉(zhuǎn)化區(qū)3～5 km，且汽車(chē)不易到達(dá)，步行至少需20 min才能到達(dá)，延誤救援時(shí)間。因此，由機(jī)車(chē)司機(jī)確定機(jī)車(chē)停在中性區(qū)后，電調(diào)下令采取越區(qū)供電方式（神木北方向饋線停電，接通1 JY、2 JY、3 JY，朔州方向饋線越區(qū)至神木北方向饋線）救援機(jī)車(chē)。

由于前面所述手動(dòng)分相模式的缺陷，自動(dòng)分相故障處理期間，只能采取越區(qū)供電的方式臨時(shí)供電，但同時(shí)也限制了車(chē)流密度，影響了運(yùn)輸生產(chǎn)。

4　神朔線自動(dòng)過(guò)分相的改進(jìn)方案

1）優(yōu)化控制程序 既有程序默認(rèn)，6 CG雙機(jī)全部占用為占用，全部出清為出清，使得6 CG沒(méi)有起到熱備用作用。若列車(chē)行駛至6 CG位置時(shí)，6 CG單機(jī)故障，程序判定為未占用，294不轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換區(qū)無(wú)電，列車(chē)掉入中性區(qū)，并造成接觸網(wǎng)拉弧。

若改變程序判定，改為6 CG單機(jī)占用為占用，單機(jī)出清為出清，則6 CG單機(jī)故障時(shí)，系統(tǒng)判定6 CG單機(jī)占用為占用，則294斷路器仍然能夠轉(zhuǎn)換，程序只需發(fā)6 CG單機(jī)故障的二級(jí)報(bào)警繼續(xù)運(yùn)行即可，這樣就可以減少接觸網(wǎng)拉弧，同時(shí)也減少了列車(chē)掉入中性區(qū)的概率。

2）優(yōu)化接觸網(wǎng)相分段方案 神朔線上行自動(dòng)過(guò)分相的接觸網(wǎng)轉(zhuǎn)換方案采用“8+N+4”的形式，但由于前文所述斷合標(biāo)間距離過(guò)大，手動(dòng)分相模式實(shí)際上基本不使用，使得自動(dòng)過(guò)分相故障時(shí)越區(qū)供電頻繁，限制車(chē)流密度，影響運(yùn)輸生產(chǎn)。

從接觸網(wǎng)相分段示意圖（見(jiàn)圖3）可看出，在既有接觸網(wǎng)轉(zhuǎn)換方案的基礎(chǔ)上，利用分段絕緣器和8跨形成一個(gè)約30 m的無(wú)電區(qū)，斷合標(biāo)按《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定的設(shè)置。自動(dòng)過(guò)分相運(yùn)行模式下，QS 4閉合，把分段絕緣器短接，斷標(biāo)側(cè)向顯示，列車(chē)控制自動(dòng)過(guò)分相；手動(dòng)分相模式下，QS 2閉合，QS 4斷開(kāi)，斷標(biāo)正向顯示，列車(chē)手動(dòng)斷電過(guò)分相。

圖3　接觸網(wǎng)相分段示意圖

地面控制自動(dòng)過(guò)分相發(fā)出一級(jí)報(bào)警后，由系統(tǒng)控制QS 2閉合、QS 4斷開(kāi)，轉(zhuǎn)為手動(dòng)分相模式，后續(xù)列車(chē)手動(dòng)斷電過(guò)分相。待自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)排除故障后，確認(rèn)分相區(qū)段無(wú)列車(chē)時(shí)，便可閉合QS 4、斷開(kāi)SQ 2，切換至自動(dòng)過(guò)分相模式。

（3）信號(hào)傳輸使用光纜 目前，神朔線上行自動(dòng)過(guò)分相傳感器-組合繼電器的信號(hào)由控制電纜傳輸，由于距離分相所較遠(yuǎn)（3～5 km），受接觸網(wǎng)電磁干擾大，若能使用光纜傳輸，則電磁干擾的影響便可消除，信號(hào)傳輸穩(wěn)定性大為提高。

5　結(jié)束語(yǔ)

地面控制自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)滿足了高速、高坡和重載鐵路的需要，隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，必將在電氣化鐵路獲得廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

〔1〕羅文驥，謝冰.電氣化鐵道地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)技術(shù)的研究與應(yīng)用〔J〕.鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛，2008.12（7）.

〔2〕羅文驥，謝冰，普建剛.中國(guó)自主研發(fā)的地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)技術(shù)〔J〕.世界軌道交通，2010.5（1）.

〔3〕羅文驥.地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)技術(shù)〔J〕.世界軌道交通，2008，（6）：62-63.

中圖分類(lèi)號(hào)：U226.8+3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1006-8686（2016）03-0036-03