■ 方志國

方志國：中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，工程師，湖北 武漢，430063

隨著我國高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)和運營，其舒適度、安全性、可靠性成為關(guān)注焦點。高速鐵路動車組采用電力牽引供電，每隔20～25 km設(shè)有電分相區(qū)。電分相區(qū)一般采用帶無電區(qū)的雙斷口錨段關(guān)節(jié)形式。列車如何安全、可靠通過電分相區(qū)是國內(nèi)外一直研究的問題。動車組自動通過電分相區(qū)可減少司機(jī)的勞動強(qiáng)度，提高運行效率和主斷路器的使用壽命。

1 自動過分相的主要方式

動車組自動過分相主要有車載分閘和不分閘兩種方式。車載分閘自動過分相通過車上主斷路器的分合實現(xiàn)。過分相時動車組存在分閘區(qū)，電分相區(qū)的中性段不帶電。動車組通過電分相區(qū)時，地面應(yīng)答器與列控裝置和ATP配合，強(qiáng)行斷開機(jī)車斷路器。目前，歐洲一些國家采用這種方式，對我國也適用，我國250 km/h及以下線路采用地面磁缸式車載過分相裝置，屬車載分閘自動過分相范圍。

動車組不分閘自動過分相是通過地面過分相開關(guān)的分合實現(xiàn)。過分相時電分相區(qū)的中性段帶電，動車組主斷路器不分閘，這種方式以日本新干線為代表，我國既有線上也有應(yīng)用。動車組不分閘自動過分相與車載自動過分相的優(yōu)缺點如下。

（1）根據(jù)鐵道部科學(xué)技術(shù)司2009年度科研項目《客運專線電分相設(shè)置與運行時分關(guān)系的仿真評估》的初步研究結(jié)論，在20‰大坡道上的長無電區(qū)電分相，動車組以350 km/h過分相分閘區(qū)時，每個電分相引起的速度損失約16 km/h。根據(jù)實際運行經(jīng)驗，高速運行的動車組分閘過分相時，最大降速10～15 km/h，不分閘自動過分相可避免因無電區(qū)車載斷路器分閘而引起無牽引力的降速，可避免給旅客或司機(jī)造成害怕停車的心理壓力。在特定運輸組織情況下，動車組能以很低的速度正常通過分相區(qū)。

（2）不分閘自動過分相對動車組不存在分相區(qū)，列車通過時與正常線路一樣，不需要車載斷路器頻繁動作，可延長車載斷路器壽命。

（3）信號系統(tǒng)不需要為動車組過分相的分閘區(qū)設(shè)置相應(yīng)的應(yīng)答器或磁缸。

（4）動車組不分閘自動過分相時，在切換相序的短暫時間內(nèi)，動車組有較大的沖擊電壓，需要車載設(shè)備配合。

目前，動車組不分閘自動過分相裝置研制成功，并在武廣高速鐵路烏龍泉牽引變電所試驗運行。

2 動車組不分閘自動過分相系統(tǒng)的技術(shù)方案及特點

動車組不分閘自動過分相系統(tǒng)主要由信號系統(tǒng)、控保系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)三部分組成（見圖1）。

（1）信號系統(tǒng)。在單側(cè)鋼軌上布設(shè)3個車輪傳感器，組成AG，BG兩個軌道分區(qū)（見圖2）。為提高設(shè)備可靠性，采用兩套相同的信號設(shè)備組成獨立的信號系統(tǒng)，完全獨立于目前的信號系統(tǒng)，不影響信號的正常運行。

（2）控制系統(tǒng)。由兩套獨立的控制裝置構(gòu)成，互為備用。每套開關(guān)系統(tǒng)具有獨立的保護(hù)裝置，可獨立完成兩套開關(guān)系統(tǒng)的控制，開關(guān)切換控制器采用FTMI 最小化故障影響原則設(shè)計。

（3）執(zhí)行系統(tǒng)。由一主一備兩套開關(guān)系統(tǒng)組成，采用高性能國際先進(jìn)技術(shù)水平的負(fù)荷開關(guān)，布設(shè)方式采用雙斷口結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)主回路的耐壓水平，提高擊穿電壓，減少發(fā)生重燃的概率，使開關(guān)具有優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能。由于采用雙斷口，單個滅弧室開距較小，波紋管伸縮距離變短，有利于延長使用壽命。每套開關(guān)系統(tǒng)設(shè)置3臺斷路器，用以快速切除故障。

動車組不分閘自動過分相系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點：一是安全性，確保不會危及旅客及公眾，包括業(yè)主、工作人員的人身安全；確保在故障情況下能夠保證運行安全，不引起安全災(zāi)難，不帶電闖分相，燒毀接觸網(wǎng)、受電弓，造成異相短路等；不引起接口系統(tǒng)故障。二是高可靠性，采用國際先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品、成熟技術(shù)；采用兩套開關(guān)裝置冗余配備，故障情況下互相切換。三是高可用性，外界故障或人員疏忽引起的故障不應(yīng)導(dǎo)致系統(tǒng)失效；與SCADA系統(tǒng)相連，具備故障診斷功能；通過合理設(shè)置過分相開關(guān)和信號裝置，局部故障不會影響臨線供電或縮小故障范圍。四是可維護(hù)性，系統(tǒng)的所有單元應(yīng)在維修時間內(nèi)可進(jìn)行維護(hù)，系統(tǒng)應(yīng)給出具體的維護(hù)、維修要求，使系統(tǒng)可靠性和可用性性能一致；日常維護(hù)和矯正性維修應(yīng)盡可能減少對運營的影響。

3 動車組不分閘自動過分相系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備

3.1 機(jī)車位置檢測技術(shù)

動車組不分閘自動過分相系統(tǒng)檢測機(jī)車位置的基本原理是，通過電磁傳感器檢測車輪通過檢測點的信息，并通過電纜傳輸?shù)街鳈C(jī)柜由運算單元進(jìn)行邏輯判斷，運算結(jié)果通過繼電器轉(zhuǎn)換為接點狀態(tài)輸出，表明列車所在區(qū)段。檢測設(shè)備由室內(nèi)計軸主機(jī)設(shè)備及室外設(shè)備（車輪傳感器、車輪電子檢測盒）和與站內(nèi)其他設(shè)備連接的電路等組成。檢測設(shè)備具有以下特點：一是對檢測的軸脈沖處理采用2取2安全計算機(jī)處理模式，確保安全；二是系統(tǒng)設(shè)計按故障-安全原則設(shè)計，具有極高的可靠性；三是傳感器與主設(shè)備間的供電和信息傳輸采用恒流傳輸，受干擾影響小；四是檢測區(qū)段運算單元獨立，運算單元故障影響面小；五是每個檢測區(qū)段均設(shè)有相應(yīng)的復(fù)零按鈕，對設(shè)備的復(fù)零操作簡便；六是系統(tǒng)采用星型網(wǎng)方式連接，具有較強(qiáng)的抗傳輸干擾能力；七是室外檢測點連接簡單，且不需要設(shè)置地線；八是器件選擇采用工業(yè)級或軍用級，保證設(shè)備可靠運行。

3.2 自動控制技術(shù)

基于FTMI最小化故障影響設(shè)計原則開發(fā)的自動控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上分為應(yīng)用服務(wù)層、集中控制層和分散控制層。

應(yīng)用服務(wù)層主要作為過分相控制系統(tǒng)的信息處理（包括設(shè)備運行監(jiān)視、遠(yuǎn)方控制、故障報警、歷史數(shù)據(jù)存儲等），由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和客戶端服務(wù)器組成，如監(jiān)控系統(tǒng)、集控系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)，信息的傳輸通過工業(yè)總線或以太網(wǎng)。

集中控制層完成過分相系統(tǒng)的信息采集（包括軌道計軸信號、過分相開關(guān)信號、斷路器信號等）、邏輯處理、過分相和斷路器的控制，由計軸信號系統(tǒng)、邏輯控制系統(tǒng)、開關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。

分散控制層完成遠(yuǎn)端牽引變電站信號的采集和控制，由設(shè)置在牽引變電站的遠(yuǎn)程I/O就地采集信號和控制出口，信息通過光纖總線網(wǎng)傳送至集中控制系統(tǒng)，并接收集中控制系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，實現(xiàn)牽引供電開關(guān)的分合。

3.3 長壽命過分相開關(guān)技術(shù)

過分相開關(guān)作為高速鐵路地面過分相系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)具有可靠性高、壽命長的特點。在武廣高速鐵路試驗運行的動車組不分閘自動過分相裝置采用的是東芝VSW-30MS自動過分相開關(guān)，具有高可靠性、壽命長的特點，在日本新干線有成熟的運行經(jīng)驗。東芝VSW-30MS自動過分相開關(guān)具有開斷、關(guān)合負(fù)荷電流、過載及短路電流功能，主要用于電氣化鐵道電力系統(tǒng)切換變電所及分區(qū)供電所的不同電源對接區(qū)間電源。

（1）壽命長。機(jī)械壽命達(dá)到30萬次，電氣壽命達(dá)到15萬次，檢修周期長（5萬次操作為一個檢修周期），檢修方便易操作。

（2）絕緣性能和滅弧性能強(qiáng)。主回路采用高性能真空滅弧室，采用雙斷口結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)主回路的耐壓水平，提高擊穿電壓，減少發(fā)生重燃概率。

（3）機(jī)構(gòu)可靠。采用電磁操作結(jié)構(gòu)，大大減少開關(guān)的零部件，保證機(jī)械傳動部分的使用壽命；采用兩段操作線圈結(jié)構(gòu)，具有操作電流小和動作時間短的特點。

[1]李紅梅. 高速鐵路動車組過電分相的列控分閘區(qū)系統(tǒng)技術(shù)探討[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計，2010（1）

[2]許惠敏，徐鴻燕. 自動過分相方式的選擇與運營管理的匹配研究[G]//中國鐵道學(xué)會交流論文，2006

[3]中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司. 萬宜線長大高坡地段自動過分相方案的研究科研報告[R]，2003