地面帶電自動(dòng)過分相系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用
- 作者：羅文驥
- 來源：西安鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所
- 發(fā)布時(shí)間：2011.12.25
電力機(jī)車采用地面帶電自動(dòng)過分相技術(shù)的必要性
我國(guó)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(fù)荷，提高電力系統(tǒng)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(wǎng)都不可避免地要設(shè)置電分相設(shè)施。
該系統(tǒng)技術(shù)，利用地面自動(dòng)過分相裝置，實(shí)現(xiàn)了電力機(jī)車在主斷路器關(guān)合狀態(tài)下，乘務(wù)員免操作，帶電、帶負(fù)荷、安全、準(zhǔn)確地自動(dòng)通過電分相的運(yùn)行。提高了機(jī)車過分相的準(zhǔn)確性，保持了列車牽引力和運(yùn)行速度，有效地縮短了過分相的運(yùn)行時(shí)間，提高了線路的綜合運(yùn)輸能力?？朔藬嚯姟⒍栊羞^分相，損失牽引力，延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)分，影響電氣化鐵路優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。避免了手動(dòng)誤操作帶電闖分相，燒毀接觸網(wǎng)的故障，以及在多臺(tái)機(jī)車牽引區(qū)段，由于操作不同步造成的列車沖動(dòng)大，引起的斷鉤等運(yùn)輸安全隱患，提高了牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。因此，電力機(jī)車采用地面帶電自動(dòng)過分相技術(shù)是可行和必要的。
地面帶電自動(dòng)過分相系統(tǒng)的技術(shù)原理
地面帶電自動(dòng)過分相系統(tǒng)技術(shù)由列車識(shí)別、邏輯控制、操作執(zhí)行、遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控、接觸網(wǎng)相分段轉(zhuǎn)換區(qū)、機(jī)車兼容六個(gè)子系統(tǒng)組成。主接線，見圖1。
圖1 系統(tǒng)全備用主接線及工作原理圖
系統(tǒng)正常運(yùn)行：當(dāng)機(jī)車從A相電源駛?cè)胛恢脗鞲衅?CG范圍，經(jīng)軌道電路1CG動(dòng)作，啟動(dòng)、控制真空斷路器1ZK閉合，接觸網(wǎng)的A相電源被輸入到轉(zhuǎn)換區(qū)給機(jī)車供電；當(dāng)機(jī)車駛?cè)胫行远无D(zhuǎn)換區(qū)的位置傳感器2CG范圍，啟動(dòng)控制真空斷路器1ZK開斷，僅在130ms的時(shí)間內(nèi)，控制2ZK真空斷路器跟隨閉合，完成轉(zhuǎn)換區(qū)的供電電源由A相，自動(dòng)轉(zhuǎn)換成B相電源，實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)中性段轉(zhuǎn)換區(qū)，不同供電電源的相位自動(dòng)轉(zhuǎn)換與連續(xù)供電。機(jī)車在電分相區(qū)運(yùn)行時(shí)，機(jī)車乘務(wù)員不用進(jìn)行任何地操作。機(jī)車?yán)^續(xù)行駛前進(jìn)到達(dá)3CG位置傳感器，操作執(zhí)行子系統(tǒng)將真空斷路器2ZK斷開，轉(zhuǎn)換區(qū)失去供電電源，恢復(fù)為無電區(qū)。運(yùn)行機(jī)車始終在機(jī)車斷路器閉合狀況下，實(shí)現(xiàn)了帶電、帶負(fù)荷、免操作，安全、準(zhǔn)確地自動(dòng)通過電分相區(qū)段。
地面帶電自動(dòng)過分相系統(tǒng)技術(shù)的組成
列車識(shí)別子系統(tǒng)
列車識(shí)別子系統(tǒng)見圖2。采用滿足安全、可靠運(yùn)行的信號(hào)采集方式，該子系統(tǒng)列車識(shí)別率可達(dá)到100％，杜絕了列車的漏檢現(xiàn)象。設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)安裝、維護(hù)、檢修便捷。
圖2 列車識(shí)別子系統(tǒng)及傳感器
邏輯控制子系統(tǒng)
邏輯控制子系統(tǒng)見圖3。采用可編程控制器為核心的控制系統(tǒng)，根據(jù)采集的信號(hào)和設(shè)定的程序，經(jīng)過邏輯運(yùn)算，發(fā)出相應(yīng)命令，控制操作執(zhí)行子系統(tǒng)正確動(dòng)作。單獨(dú)組成的控制屏，盤面設(shè)置有觸摸式液晶屏，運(yùn)行操作設(shè)備、信號(hào)燈、試驗(yàn)操作按鈕，可以方便應(yīng)用與維護(hù)。
圖3 邏輯控制子系統(tǒng)及電源設(shè)備
操作執(zhí)行子系統(tǒng)
操作執(zhí)行子系統(tǒng)見圖4。主要由智能選相真空斷路器、電動(dòng)隔離開關(guān)、電動(dòng)斷電標(biāo)等電器設(shè)備構(gòu)成。在裝置的各種運(yùn)行狀況下，都具備安全、可靠、預(yù)定的運(yùn)行模式和正確的音響、燈光、屏幕顯示結(jié)果。
圖4 操作子系統(tǒng)及智能選相真空斷路器
遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)
遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)見圖5。在通道暢通的條件下，具備在遠(yuǎn)端的調(diào)度端或者近端的牽引變電所、分區(qū)所實(shí)現(xiàn)對(duì)地面帶電相分段自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置的遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控功能。在計(jì)算機(jī)的配合下，能實(shí)現(xiàn)裝置日常運(yùn)行的記錄、統(tǒng)計(jì)并自動(dòng)生成工作報(bào)表。
圖5遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)及后臺(tái)機(jī)設(shè)備
接觸網(wǎng)相分段轉(zhuǎn)換區(qū)子系統(tǒng)
接觸網(wǎng)相分段轉(zhuǎn)換區(qū)子系統(tǒng)見圖6。由接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)以及地面行車標(biāo)志組成，符合鐵道部的相應(yīng)規(guī)范、規(guī)定；行車標(biāo)志的設(shè)置符合鐵道部“技術(shù)管理規(guī)程”的有關(guān)條款，并能與裝置的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，保證行車的安全、可靠。
圖6相分段轉(zhuǎn)換區(qū)子系統(tǒng)（28.8‰高坡區(qū)段)
機(jī)車兼容技術(shù)子系統(tǒng)
按照機(jī)車類型及控制模式，選擇不同的技術(shù)方案和設(shè)備，以適應(yīng)和配合相分段自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置的正常轉(zhuǎn)換工況，保證牽引供電系統(tǒng)及機(jī)車設(shè)備安全、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)機(jī)車帶電自動(dòng)通過相分段轉(zhuǎn)換區(qū)。
地面帶電自動(dòng)過分相系統(tǒng)技術(shù)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
(1)牽引供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不間斷供電，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車帶電、帶負(fù)荷，機(jī)車乘務(wù)員免操作，列車安全、準(zhǔn)確、自動(dòng)通過接觸網(wǎng)電分相區(qū)。
(2)接觸網(wǎng)供電電源的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，僅與列車運(yùn)行的位置相關(guān)，不受列車運(yùn)行速度、編組方式等限制，因此適用于速度0～350km/h的各種運(yùn)行列車。
(3) 適用于高速、高坡、重載電氣化鐵路、客運(yùn)專線，對(duì)提高列車速度，壓縮區(qū)段運(yùn)行時(shí)分，提高綜合運(yùn)輸效益明顯。
(4)適用于國(guó)內(nèi)多種類型、各種控制方式的交直流、交流傳動(dòng)電力機(jī)車、動(dòng)車組，適用于多機(jī)編組的牽引運(yùn)行方式。
(5)采用全備用的主接線結(jié)構(gòu)，重要設(shè)備采取雙重?zé)醾溆霉ぷ鞣绞?，備用設(shè)備投用迅速，故障切換不影響行車安全。
(6)具備自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)信息采集、遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控、通信等多種功能，可納入供電遠(yuǎn)動(dòng)管理系統(tǒng)，也可自成獨(dú)立的后臺(tái)機(jī)管理系統(tǒng)。
(7)采用斷路器的同步關(guān)合、機(jī)車兼容技術(shù)措施，對(duì)裝置的暫態(tài)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了有效地抑制。提升了系統(tǒng)整體技術(shù)水平和關(guān)鍵設(shè)備的壽命，運(yùn)用檢修、維護(hù)便捷，各子系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)、性能穩(wěn)定，達(dá)到了系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠。
(8)取得自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)，獲得兩項(xiàng)國(guó)家專利,多項(xiàng)省部級(jí)科技獎(jiǎng)。
地面帶電自動(dòng)過電分相系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用
該技術(shù)1997年通過鐵道部科技成果鑒定，1998年在寶成線擴(kuò)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(yīng)用。受到部、局領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)的關(guān)注與重視。2008年1月鐵道部運(yùn)輸局會(huì)同科技司、工程設(shè)計(jì)鑒定中心召開了地面帶電自動(dòng)過分相系統(tǒng)電力機(jī)車兼容技術(shù)評(píng)審會(huì)，有效地推動(dòng)了該系統(tǒng)技術(shù)在更大范圍的推廣。
