電氣化鐵道地面帶電自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)探討

(國(guó)家能源集團(tuán) 神朔鐵路分公司河?xùn)|運(yùn)輸段，山西 忻州 036100)

0 引言

2007年，鐵路部在全國(guó)鐵路科技大會(huì)上表示，創(chuàng)新鐵路發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)的瓶頸，通過(guò)大規(guī)模鐵路建設(shè)分析，創(chuàng)建世界一流水平客運(yùn)專線，加大力量深化高速鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理等領(lǐng)域基礎(chǔ)理論研究與關(guān)鍵技術(shù)[1]。長(zhǎng)行程高速列車具有大量相點(diǎn)，目前車載過(guò)分相方案，列車動(dòng)力丟失明顯，無(wú)法使運(yùn)行時(shí)間壓縮，高速列車維護(hù)量比較大，維護(hù)停運(yùn)的時(shí)間比較長(zhǎng)，要求全新自動(dòng)過(guò)分相方案使高速列車丟失少、降低維護(hù)停運(yùn)時(shí)間和維護(hù)工作量的需求得到滿足。

1 地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)范

我國(guó)自主研發(fā)的地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，主要包括控制網(wǎng)、地面和車載三部分。還能夠細(xì)化成為操作執(zhí)行、控制保護(hù)、位置識(shí)別、車載兼容、接觸網(wǎng)中性段轉(zhuǎn)換區(qū)和運(yùn)動(dòng)監(jiān)控構(gòu)成。 此系統(tǒng)工程創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)相控關(guān)合、電子信息、自動(dòng)控制、高壓電器、光纖通信、運(yùn)動(dòng)監(jiān)控等創(chuàng)新技術(shù)的集成，工程設(shè)計(jì)包括接觸網(wǎng)、牽引供變電、行車組織等專業(yè)，還包括土建、信號(hào)、通信、機(jī)務(wù)和電力等專業(yè)，滿足《鐵路運(yùn)輸通信設(shè)計(jì)規(guī)范》《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》的需求[2]。

2 地面帶電自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)的構(gòu)成

地面帶電自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)主要構(gòu)成包括機(jī)車兼容、列車識(shí)別、運(yùn)動(dòng)監(jiān)控、操作執(zhí)行等構(gòu)成，集成遠(yuǎn)程監(jiān)控、電子信息、同步關(guān)合、自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，能夠靈活的利用箱式、房建等地面分相設(shè)置方案。

2.1 分相所全備用系統(tǒng)主接線

通過(guò)電氣化鐵道27.5 kV實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主接線的創(chuàng)建，滿足相應(yīng)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)需求。系統(tǒng)通過(guò)靈臺(tái)主用真空斷路器設(shè)置主接線，共有4臺(tái)備用真空斷路器，分別為3 zk、4 zk、11 zk、22 zk，通過(guò)接線網(wǎng)錨段跨接空氣間隙。主接線具有3臺(tái)避雷器與饋線電動(dòng)隔離開關(guān)，還要設(shè)置智能選擇相位電壓互感器，系統(tǒng)全備用主接線。通過(guò)機(jī)車受電弓的數(shù)量、列車的運(yùn)行速度與編組的運(yùn)輸方式對(duì)接觸網(wǎng)電分相絕緣錨段關(guān)節(jié)中性轉(zhuǎn)換區(qū)的長(zhǎng)度進(jìn)行確定。空氣絕緣能夠使機(jī)車受電弓平穩(wěn)的過(guò)渡與連續(xù)受流需求得到滿足，以鐵路線路設(shè)置列車的識(shí)別裝置，在邏輯控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行位置的信息發(fā)送[3]。

2.2 地面帶電自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)的工作原理

機(jī)車在系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，駛?cè)胛恢靡R(shí)別裝置ICG范圍，利用軌道電路的ICG動(dòng)作實(shí)現(xiàn)真空斷路器的閉合啟動(dòng)與控制，A相電源對(duì)機(jī)車實(shí)現(xiàn)輸入中性段轉(zhuǎn)換區(qū)的供電。在機(jī)車駛?cè)胫行远无D(zhuǎn)換區(qū)位置對(duì)裝置2CG范圍進(jìn)行識(shí)別，對(duì)真空斷路器IZK斷開進(jìn)行控制盒啟動(dòng)，在100～130 ms失電之后，對(duì)2 K真空斷路器跟隨光合進(jìn)行啟動(dòng)和控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換區(qū)通過(guò)A相電源輸入朝著B相電源輸入轉(zhuǎn)變，持續(xù)為行駛機(jī)車進(jìn)行供電；轉(zhuǎn)換區(qū)機(jī)車運(yùn)行的過(guò)程中，機(jī)務(wù)乘務(wù)員沒(méi)有任何的操作。機(jī)車在列車位置識(shí)別裝置3CG中運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)能夠有效執(zhí)行子系統(tǒng)，將真空斷路器斷開，轉(zhuǎn)換區(qū)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)供電，恢復(fù)中性段無(wú)電區(qū)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換接觸網(wǎng)的電分相中性段轉(zhuǎn)換區(qū)中的各個(gè)相位電源，并且對(duì)其進(jìn)行連續(xù)供電。在合閘狀態(tài)下運(yùn)行機(jī)車斷路器，并且實(shí)現(xiàn)帶負(fù)荷、帶電、免操作，能夠自動(dòng)通過(guò)電分相區(qū)段[4]。

如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，裝置能夠自動(dòng)的區(qū)分情況，轉(zhuǎn)換并且啟動(dòng)備用真空斷路器的裝置。以此，將全備用系統(tǒng)主接線作為基礎(chǔ)，能夠滿足不同情況的需求。避免系統(tǒng)斷電，利用備用斷路器實(shí)現(xiàn)設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過(guò)分相的轉(zhuǎn)換。

2.3 接觸網(wǎng)電分相設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)電分相的過(guò)程中，通過(guò)帶中性區(qū)雙斷口絕緣錨段的關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)，利用高速專線鐵路實(shí)現(xiàn)暫行規(guī)定的設(shè)置，動(dòng)車、列車等，受電弓指的是中性段轉(zhuǎn)換區(qū)，因此轉(zhuǎn)變成為一次供電電源，此屬于同收同放型的轉(zhuǎn)換。以此，在中性段轉(zhuǎn)換區(qū)長(zhǎng)度設(shè)置的過(guò)程中，通過(guò)線段所允許的受電弓數(shù)量、高度行車速度、電力機(jī)車編組方式與動(dòng)車等因素進(jìn)行綜合計(jì)算確定，實(shí)現(xiàn)列車辨識(shí)電路和傳感器設(shè)備的精準(zhǔn)設(shè)置。單雙電力機(jī)車牽引區(qū)段可以實(shí)現(xiàn)八跨區(qū)雙斷口絕緣錨段關(guān)節(jié)電分相的使用，在組合雷車、重載動(dòng)車組的牽引區(qū)段設(shè)置，此稱之為N+n方式的電分相[5]。

計(jì)算中性段轉(zhuǎn)換區(qū)長(zhǎng)度的公式為：

L=J+0.5V+安全距離

公式中的J指的是列車與動(dòng)車組編組列車前軸到整列車全部受電弓距離，單位設(shè)置為m；V指的是線路允許最高運(yùn)行速度；以共線列車、運(yùn)行速度、線路類別等因素對(duì)安全距離進(jìn)行選擇。根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》實(shí)現(xiàn)電動(dòng)斷電標(biāo)、禁止雙弓標(biāo)和運(yùn)行速度等綜合因素進(jìn)行選擇。

2.4 外部供電電源

分相設(shè)置兩路獨(dú)立外部供電電源，設(shè)置電壓等級(jí)為交流220V，容量設(shè)置為5kVA。通過(guò)電力電纜方式到電源配電箱的設(shè)置，在交直流電源屏中使用雙電源。

2.5 分相所視頻安全監(jiān)控

使用專用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，供變電、接觸網(wǎng)、通信專業(yè)要實(shí)現(xiàn)的協(xié)調(diào)和溝通，使一條線路制式、設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化得到實(shí)現(xiàn)，避免出現(xiàn)運(yùn)營(yíng)交接投運(yùn)補(bǔ)設(shè)和設(shè)計(jì)漏項(xiàng)的情況。

2.6 光纜通道設(shè)計(jì)

優(yōu)先利用分相所控制屏，通過(guò)光纜與臨近牽引變電所、分區(qū)所進(jìn)行溝通，利用RS485接口和供電運(yùn)動(dòng)通道系統(tǒng)中接入；然后與調(diào)度所調(diào)度端相互連接，被動(dòng)單元與運(yùn)動(dòng)終端為分相，利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式上傳信息，和調(diào)度端總體設(shè)計(jì)結(jié)合，使調(diào)度所對(duì)分相所設(shè)備的遙信控制與遠(yuǎn)動(dòng)遙控進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

在分區(qū)所與變電所沒(méi)有設(shè)置在分相所運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中的時(shí)候，通過(guò)分相所控制屏和光纜相互連接，并且和就近車站通信機(jī)械室進(jìn)行連接，通過(guò)RS485接口和專門設(shè)置的供電運(yùn)動(dòng)通道進(jìn)行連接，與調(diào)度所的調(diào)度端進(jìn)行連通，實(shí)現(xiàn)調(diào)度端的設(shè)計(jì)，對(duì)調(diào)度所分相所設(shè)備進(jìn)行遙控、遙信的監(jiān)控[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

高速鐵路地面自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)技術(shù)研究能夠使高速列車分相時(shí)動(dòng)力丟失多且運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)的問(wèn)題得到解決，降低動(dòng)車組過(guò)分相失電間隔時(shí)間，并且和動(dòng)車組速度沒(méi)有關(guān)系。動(dòng)車組過(guò)分相的開關(guān)不分閘，使動(dòng)車組主開關(guān)維護(hù)工作量降低，縮短列車維護(hù)停運(yùn)的時(shí)間，并且創(chuàng)新列車位置檢測(cè)信號(hào)技術(shù)和自動(dòng)控制保護(hù)等技術(shù)，為我國(guó)高速鐵路地面自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了借鑒。