HXD1C型機車自動過分相系統誤動作分析

侯春濤

（中國鐵路蘭州局集團有限公司機務處，甘肅蘭州730000）

0 引言

2013年以來，HXD1C型機車牽引貨物列車運行通過蘭新線紅山堡上行線K693+660 m、古浪—柳家臺上行線K199+833 m等非電分相處所時，多臺機車自動過分相系統檢測到異常的“預告/強迫斷”信號、錯誤送出過分相指令、分主斷。機車乘務員檢查無異狀并人工閉合主斷路器繼續運行，若在5 min內通過下一處電分相，因機車微機控制系統屏蔽“過分相分主斷”信號，不送出分主斷信號，存在機車帶電過分相引發弓網事故的安全風險。

1 HXD1C型機車自動過分相原理

蘭新線運行的HXD1C型機車自動過分相系統采用車載自動控制過分相方式，自動過分相系統將檢測的“預告/強迫斷”信號發送給機車微機控制系統，系統按一定減載率將牽引/制動設定值降至0、關閉輔助機組、分主斷，通過分相區后，系統根據自動過分相系統檢測的“恢復”信號，完成合主斷、閉合輔助機組和控制牽引力平滑上升等操作，從而實現機車通過分相區時的自動化操作，大大減輕了乘務員的工作強度。

2 誤動作原因分析及斷網風險

統計蘭新線同線運行的各型機車自動過分相情況，誤動作現象主要集中在某一型號自動過分相系統上，使用儀器對蘭新線紅山堡上行線K693+660 m（岔心翼軌處）、古浪—柳家臺上行線K199+833 m（靠近信號機）等處磁場進行檢測，除K693+660 m處道岔心翼軌存在1.2 mT磁感應信號，其他各處均未發現異常。根據TB/T 3197—2008《車載控制自動過分相系統技術條件》，地面磁感應器剩余磁感應強度Br≥1.1 T，現場檢測到的磁感應信號不足以觸發誤動作。

對引發HXD1C型機車自動過分相系統誤動作的原因進行綜合分析，有以下幾種可能：一是為防止機車自動過分相感應接收器安裝座裂損脫落加裝的防脫鋼絲繩影響信號接收；二是機車自動過分相系統電磁兼容性不好，送出誤動作信號；三是機車自動過分相系統DC 110 V正線、地線、屏蔽線連接不規范、松動，電位異常后引發誤動作；四是機車自動過分相系統檢測信號門限值設定不合理，未能過濾干擾信號。

對不同廠家自動過分相系統安裝方案進行對比、檢查、模擬測試等，排除了前三種引發誤動作的可能。通過對自動過分相系統數據記錄的解析，誤動作時裝置接收到50 Hz/100 Hz頻段、脈寬小于13 ms的干擾信號（圖1），裝置處理后向機車微機控制系統送出“預告/強迫斷”信號。分析主要原因是機車大功率牽引時鋼軌回流產生交變磁場，自動過分相系統的感應接收器線圈切割磁力線，產生幅值超過門限值的交變信號，由于門限值設定存在一定差距，未能將干擾信號有效屏蔽而引發誤動作。

圖1 故障時刻信號圖

根據感應電動勢E=nΔΦ/Δt（n為感應接收器的線圈匝數，ΔΦ/Δt為磁通量的變化率），在感應接收器和地面磁鐵的相對高度確定的條件下，E與機車行駛速度有關，機車速度越高，ΔΦ/Δt也越大，感應電動勢E也越大，反之越小。因此，感應電動勢E是一個與機車行駛速度有關的變量，太小了易受干擾而誤判；太大了，機車行駛速度低時將收不到地面信號。

同時，HXD1C型機車控制系統設定了實施一次自動過分相操作后屏蔽“過分相分主斷”信號5 min的邏輯，正常牽引限速80 km/h的貨物列車時，機車通過紅山堡站上行線K693+660 m（距K692電分相約1 280 m）、古浪—柳家臺上行線K199+833 m（距K196電分相約3 100 m）等處發生自動過分相誤動作，均有可能因機車運行通過前方電分相時沒有收到分主斷信號，出現帶電過分相燒損接觸網的嚴重后果。

3 提升自動過分相可靠性的措施

（1）利用該型自動過分相系統感應接收器信號采用雙路接收的特點，將其中一路確認時延由原來的6.4 ms延長至26.4 ms，接收電平2.4 V不變，能適應80 km/h以下速度的機車檢測需要；另一路接收電平由原來的2.4 V提高到8 V，確認時延保持原來的6.4 ms不變，能適應40 km/h以上速度的機車檢測需要。由于干擾信號電壓均低于6 V，可以實現機車低速運行由時延屏蔽干擾，機車高速運行由電壓幅值屏蔽干擾的技術要求。

（2）將機車控制系統屏蔽“過分相分主斷”信號的時間由5 min調整到2 min，可以降低自動過分相誤動作后帶電過分相的安全風險。

相關廠家按上述措施對自動過分相控制盒及機車控制系統進行優化改進后，有效過濾了50 Hz干擾信號，現場運行穩定性明顯提升。

4 下一步建議

（1）機車乘務員在非分相區遇到自動過分相誤動作、分主斷時，須按照牽引手柄回零、先分斷主斷扳鈕、再閉合主斷的流程，解除機車自動過分相程序后繼續牽引列車。同時，在距離下一電分相較近時，為避免機車控制系統設定的2 min內不重復執行自動過分相操作可能產生的安全隱患，建議提前采取手動過分相操作，避免帶電過分相燒損接觸網的問題發生。

（2）針對目前LKJ系統“過分相”信號精準度較高、HXD1C型機車控制系統具備檢測網壓的功能，建議將LKJ系統的“過分相”、機車控制系統網壓變化（25 kV—0—25 kV的變化過程）等信號納入自動過分相的綜合判定條件，消除自動過分相誤動作引發的次生安全事故。