地面帶電自動過分相系統技術應用
- 作者：羅文驥
- 來源：西安鐵路局科學技術研究所
- 發布時間：2011.12.25
電力機車采用地面帶電自動過分相技術的必要性
我國電氣化鐵道均采用25kV單相工頻交流供電制式，為了平衡三相供電負荷，提高電力系統利用率，電氣化鐵道牽引變電所采用輪換接線，換相分段供電方式，無論采用何種供電制式，接觸網都不可避免地要設置電分相設施。
該系統技術，利用地面自動過分相裝置，實現了電力機車在主斷路器關合狀態下，乘務員免操作，帶電、帶負荷、安全、準確地自動通過電分相的運行。提高了機車過分相的準確性，保持了列車牽引力和運行速度，有效地縮短了過分相的運行時間，提高了線路的綜合運輸能力。克服了斷電、惰行過分相，損失牽引力，延長運行時分，影響電氣化鐵路優勢的發揮。避免了手動誤操作帶電闖分相，燒毀接觸網的故障，以及在多臺機車牽引區段，由于操作不同步造成的列車沖動大，引起的斷鉤等運輸安全隱患，提高了牽引供電系統運行的安全可靠性。因此，電力機車采用地面帶電自動過分相技術是可行和必要的。
地面帶電自動過分相系統的技術原理
地面帶電自動過分相系統技術由列車識別、邏輯控制、操作執行、遠動監控、接觸網相分段轉換區、機車兼容六個子系統組成。主接線，見圖1。
圖1 系統全備用主接線及工作原理圖
系統正常運行：當機車從A相電源駛入位置傳感器1CG范圍，經軌道電路1CG動作，啟動、控制真空斷路器1ZK閉合，接觸網的A相電源被輸入到轉換區給機車供電；當機車駛入中性段轉換區的位置傳感器2CG范圍，啟動控制真空斷路器1ZK開斷，僅在130ms的時間內，控制2ZK真空斷路器跟隨閉合，完成轉換區的供電電源由A相，自動轉換成B相電源，實現了接觸網中性段轉換區，不同供電電源的相位自動轉換與連續供電。機車在電分相區運行時，機車乘務員不用進行任何地操作。機車繼續行駛前進到達3CG位置傳感器，操作執行子系統將真空斷路器2ZK斷開，轉換區失去供電電源，恢復為無電區。運行機車始終在機車斷路器閉合狀況下，實現了帶電、帶負荷、免操作，安全、準確地自動通過電分相區段。
地面帶電自動過分相系統技術的組成
列車識別子系統
列車識別子系統見圖2。采用滿足安全、可靠運行的信號采集方式，該子系統列車識別率可達到100％，杜絕了列車的漏檢現象。設備采用模塊化設計，現場安裝、維護、檢修便捷。
圖2 列車識別子系統及傳感器
邏輯控制子系統
邏輯控制子系統見圖3。采用可編程控制器為核心的控制系統，根據采集的信號和設定的程序，經過邏輯運算，發出相應命令，控制操作執行子系統正確動作。單獨組成的控制屏，盤面設置有觸摸式液晶屏，運行操作設備、信號燈、試驗操作按鈕，可以方便應用與維護。
圖3 邏輯控制子系統及電源設備
操作執行子系統
操作執行子系統見圖4。主要由智能選相真空斷路器、電動隔離開關、電動斷電標等電器設備構成。在裝置的各種運行狀況下，都具備安全、可靠、預定的運行模式和正確的音響、燈光、屏幕顯示結果。
圖4 操作子系統及智能選相真空斷路器
遠動監控子系統
遠動監控子系統見圖5。在通道暢通的條件下，具備在遠端的調度端或者近端的牽引變電所、分區所實現對地面帶電相分段自動轉換裝置的遠動監控功能。在計算機的配合下，能實現裝置日常運行的記錄、統計并自動生成工作報表。
圖5遠動監控子系統及后臺機設備
接觸網相分段轉換區子系統
接觸網相分段轉換區子系統見圖6。由接觸網絕緣錨段關節以及地面行車標志組成，符合鐵道部的相應規范、規定；行車標志的設置符合鐵道部“技術管理規程”的有關條款，并能與裝置的控制系統實現聯動，保證行車的安全、可靠。
圖6相分段轉換區子系統（28.8‰高坡區段)
機車兼容技術子系統
按照機車類型及控制模式，選擇不同的技術方案和設備，以適應和配合相分段自動轉換裝置的正常轉換工況，保證牽引供電系統及機車設備安全、穩定地實現機車帶電自動通過相分段轉換區。
地面帶電自動過分相系統技術的主要創新點
(1)牽引供電系統實現了不間斷供電，實現了機車帶電、帶負荷，機車乘務員免操作，列車安全、準確、自動通過接觸網電分相區。
(2)接觸網供電電源的自動轉換，僅與列車運行的位置相關，不受列車運行速度、編組方式等限制，因此適用于速度0～350km/h的各種運行列車。
(3) 適用于高速、高坡、重載電氣化鐵路、客運專線，對提高列車速度，壓縮區段運行時分，提高綜合運輸效益明顯。
(4)適用于國內多種類型、各種控制方式的交直流、交流傳動電力機車、動車組，適用于多機編組的牽引運行方式。
(5)采用全備用的主接線結構，重要設備采取雙重熱備用工作方式，備用設備投用迅速，故障切換不影響行車安全。
(6)具備自動控制、數據信息采集、遠動監控、通信等多種功能，可納入供電遠動管理系統，也可自成獨立的后臺機管理系統。
(7)采用斷路器的同步關合、機車兼容技術措施，對裝置的暫態運行實現了有效地抑制。提升了系統整體技術水平和關鍵設備的壽命，運用檢修、維護便捷，各子系統技術指標、性能穩定，達到了系統運行的安全可靠。
(8)取得自有知識產權，獲得兩項國家專利,多項省部級科技獎。
地面帶電自動過電分相系統技術的應用
該技術1997年通過鐵道部科技成果鑒定，1998年在寶成線擴能工程中首次采用。目前已在寶成、神朔、沾昆、北同蒲等多條高坡、重載鐵路得到推廣應用。受到部、局領導機關的關注與重視。2008年1月鐵道部運輸局會同科技司、工程設計鑒定中心召開了地面帶電自動過分相系統電力機車兼容技術評審會，有效地推動了該系統技術在更大范圍的推廣。
