韓濤

（神華神朔鐵路分公司河東運輸段，助理工程師，陜西　神木　719316）

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地面控制自動過分相在神朔線的應用

韓濤

（神華神朔鐵路分公司河東運輸段，助理工程師，陜西神木719316）

摘要：本文簡單介紹地面控制自動過分相的組成、原理及應用，詳細分析了地面控制自動過分相在神朔線實際應用中存在的優(yōu)點與不足，并提出了優(yōu)化控制程序和接觸網(wǎng)相分段方案、信號傳輸使用光纜等改進措施，使之更符合神朔鐵路自身的特點。

關鍵詞：神朔鐵路；地面控制自動過分相；應用；改進

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.03.013

由于我國電氣化鐵道均采用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節(jié)式分相。目前機車通過分相的方式有手動斷電、車載斷電自動轉換、柱上斷載自動轉換和地面控制自動控制過分相等方式。

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控制過分相。地面控制自動控制過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‰。針對地面控制自動過分相在神朔線實際應用中造成接觸網(wǎng)拉弧或相間短路、手動分相模式下機車容易掉入中性區(qū)、自動過分相故障率高導致越區(qū)供電頻繁等存在問題，提出改進措施，使之更符合神朔鐵路自身的特點。

1　地面控制自動過分相裝置概述

地面控制自動過分相轉換裝置由分相所轉換設備（見圖1）、接觸網(wǎng)電分相、列車位置傳感器、電動斷電標、分相所控制設備、后臺監(jiān)控計算機等六部分組成〔1〕。

接觸網(wǎng)電分相采用了“8+N+4”跨錨段關節(jié)空氣絕緣結構（見圖2），共有三個斷口，兩個絕緣結構1 JY、2 JY分別與接觸網(wǎng)絕緣。神木北方向側三臺真空斷路器294、294 B、294 C跨接在1JY上，朔州方向側三臺真空斷路器292、292 B、292 C跨接在2JY上，使兩相接觸網(wǎng)輪流向轉換區(qū)供電。線路邊設置5套列車位置傳感器（6 CG、X 4 CG、X 2 CG、W 4 CG、W 2 CG），轉換區(qū)接觸網(wǎng)轉換柱上設置了三臺電動隔離開關QS 1、QS 2、QS 3，當分相區(qū)采用萬噸（長分相）方案時，QS 1、QS 2常開，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，QS1、QS3常開，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車位置信息，經(jīng)邏輯運算后發(fā)出指令控制斷路器動作，實現(xiàn)轉換區(qū)電相位的自動轉換，使得機車不斷電、帶負荷通過電分相。

圖1　神朔鐵路地面控制自動過分相示意圖（萬t模式）

圖2　“8+N+4”接觸網(wǎng)電分相示意圖

相分段自動轉換裝置投入運行后，2941、2902、2921閉合，294、294 B、292、292 B斷開，294 C、292 C閉合。無車時，轉換區(qū)無電。上行正向來車時，列車進入6 CG，294閉合，轉換區(qū)接通神木方向饋線。萬噸（長分相）模式運行時，列車進入W 4 CG，294斷開，292閉合，轉換區(qū)與朔州方向饋線接通（294、292同步切換，機車瞬間失電0.13s），列車尾部出清W 2 CG時，292斷開，延時4 s進入無車等待狀態(tài)。小列（短分相）模式運行時，列車進入X 4 CG時，294斷開，292閉合，轉換區(qū)與朔州方向饋線接通（294、292同步切換，機車瞬間失電0.13 s），列車尾部出清X 2 CG時，292斷開，延時4 s進入無車等待狀態(tài)。

目前神朔線地面控制自動過分相全部采用萬噸（長分相）模式，不支持反向行車，上行反向行車時，系統(tǒng)不轉換，機車手動斷電通過分相區(qū)。

2　地面控制自動過分相的優(yōu)點

1）地面控制自動過分相滿足了神朔鐵路高坡、重載的需要〔2〕，最大限度地發(fā)揮了電力機車的牽引動力，控制、帶負荷、自動過分相，充分保持了列車通過電分相的牽引力和運行速度，有效縮短了過分相的運行時間（使用自動過分相的區(qū)間每列車平均壓縮運行時間3～4 min）從而提高了神朔鐵路的綜合運輸能力。

2）克服了斷電、惰行通過電分相的弊端〔3〕，如列車失去牽引力，延長運行時間，避免了乘務員控制過分相，產生拉弧，甚至燒毀接觸網(wǎng)的安全隱患。

3）地面控制自動過分相采用關節(jié)式分相，避免了器件式分相對電力機車受電弓的硬點沖擊。

3　地面控制自動過分相存在的問題

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-朔州方向為重車方向，雙機重聯(lián)牽引，小列由2臺SS4G或SS4B型機車牽引，采用“2+0”模式；萬噸采用主2加從2的“2+2”模式由4臺SS4G或SS4B型機車牽引，或者采用主2加從1的“2+1”模式由三臺神華號HXDl型交流機車牽引。當電力機車通過“8+N+4”接觸網(wǎng)電分相時，列車行駛至6CG位置，若此時自動過分相系統(tǒng)發(fā)生故障（6CG雙機故障，294、294 B拒合故障，組合繼電器誤動作，控制電纜斷線，PLC死機等等），使得294和294 B均未能閉合，列車從有電區(qū)進入無電區(qū)，經(jīng)過1JY的中心柱時會產生電弧，甚至燒傷吊弦，CTA-150銅合金接觸線上產生密集分布的麻點，影響后續(xù)機車取流。實際運行標明，拉弧區(qū)段主要集中在8跨錨段關節(jié)的第三跨和第四跨。

當機車行駛至W 4 CG位置時，若此時自動過分相系統(tǒng)發(fā)生故障（如294實際未斷開，但斷開信號返回），在294未斷開的情況下，292完成轉換，導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。運行過程標明，兩相短路主要發(fā)生在“8+N+4”的4跨絕緣錨段關節(jié)的中心柱所在的兩個跨距，曾經(jīng)數(shù)次燒斷吊弦，燒傷承力索，導致承力索斷股。

2）手動分相模式下機車容易掉入中性區(qū)。手動分相模式是地面控制自動過分相故障狀態(tài)下的一種臨時過分相模式，起到輔助作用，然而神朔線上行地面控制自動過分相均處于上坡地段，最大坡度為12‰，而八跨中性區(qū)過長，斷合標間距離過大，使得手動分相模式下機車容易掉入中性區(qū)，增加了救援困難，需要通過越區(qū)供電才能把機車救出中性區(qū)。從神朔線上行地面控制自動過分相斷合標位置表（表1）可以看出，神朔線上行地面控制自動過分相斷合標間距最小為253 m，最大為300 m，平均288 m。神朔線上行為重車方向，列車限速80 km/h，一般通過分相時速度不超過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，手動分相模式下，列車容易停在中性區(qū)。

表1　神朔線上行地面控制自動過分相斷合標位置表

3）自動過分相故障率高，導致越區(qū)供電頻繁 自動過分相鋼軌引接線跨接在鋼軌兩端，傳感器采集機車位置信號，通過控制電纜傳輸信號至組合繼電器，然后至PLC，PLC邏輯運算后，發(fā)出信號控制斷路器的分合，以完成轉換區(qū)電相位的轉換，其中任意一個節(jié)點出現(xiàn)故障，都會導致自動過分相故障，而部分節(jié)點故障（如控制電纜斷線，PLC故障，傳感器雙機故障等）引起自動過分相一級報警，自動過分相癱瘓，且機車很有可能停在中性區(qū)。

神朔鐵路萬t重車采用“2+2”或“2+1”模式，以C80萬t為例，共牽引116輛C 80，主2和從2機車距離長達726 m。為了救援萬噸列車（主2機車功率不足，不能啟動萬t列車），需要向轉換區(qū)供電，必須確認從2機車也進入轉換區(qū)才能向轉換區(qū)送電，若貿然送電，可能導致兩相短路，燒毀接觸網(wǎng)。而分相所一般距離接觸網(wǎng)電分相轉化區(qū)3～5 km，且汽車不易到達，步行至少需20 min才能到達，延誤救援時間。因此，由機車司機確定機車停在中性區(qū)后，電調下令采取越區(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）救援機車。

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

4　神朔線自動過分相的改進方案

1）優(yōu)化控制程序 既有程序默認，6 CG雙機全部占用為占用，全部出清為出清，使得6 CG沒有起到熱備用作用。若列車行駛至6 CG位置時，6 CG單機故障，程序判定為未占用，294不轉換，轉換區(qū)無電，列車掉入中性區(qū)，并造成接觸網(wǎng)拉弧。

若改變程序判定，改為6 CG單機占用為占用，單機出清為出清，則6 CG單機故障時，系統(tǒng)判定6 CG單機占用為占用，則294斷路器仍然能夠轉換，程序只需發(fā)6 CG單機故障的二級報警繼續(xù)運行即可，這樣就可以減少接觸網(wǎng)拉弧，同時也減少了列車掉入中性區(qū)的概率。

2）優(yōu)化接觸網(wǎng)相分段方案 神朔線上行自動過分相的接觸網(wǎng)轉換方案采用“8+N+4”的形式，但由于前文所述斷合標間距離過大，手動分相模式實際上基本不使用，使得自動過分相故障時越區(qū)供電頻繁，限制車流密度，影響運輸生產。

從接觸網(wǎng)相分段示意圖（見圖3）可看出，在既有接觸網(wǎng)轉換方案的基礎上，利用分段絕緣器和8跨形成一個約30 m的無電區(qū)，斷合標按《鐵路技術管理規(guī)程》規(guī)定的設置。自動過分相運行模式下，QS 4閉合，把分段絕緣器短接，斷標側向顯示，列車控制自動過分相；手動分相模式下，QS 2閉合，QS 4斷開，斷標正向顯示，列車手動斷電過分相。

圖3　接觸網(wǎng)相分段示意圖

地面控制自動過分相發(fā)出一級報警后，由系統(tǒng)控制QS 2閉合、QS 4斷開，轉為手動分相模式，后續(xù)列車手動斷電過分相。待自動過分相系統(tǒng)排除故障后，確認分相區(qū)段無列車時，便可閉合QS 4、斷開SQ 2，切換至自動過分相模式。

（3）信號傳輸使用光纜 目前，神朔線上行自動過分相傳感器-組合繼電器的信號由控制電纜傳輸，由于距離分相所較遠（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，信號傳輸穩(wěn)定性大為提高。

5　結束語

地面控制自動過分相技術滿足了高速、高坡和重載鐵路的需要，隨著技術的不斷改進，必將在電氣化鐵路獲得廣泛的應用。

參考文獻：

〔1〕羅文驥，謝冰.電氣化鐵道地面控制自動過分相系統(tǒng)技術的研究與應用〔J〕.鐵路機車車輛，2008.12（7）.

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

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

中圖分類號：U226.8+3

文獻標識碼：B

文章編號：1006-8686（2016）03-0036-03