電氣化鐵道地面帶電自動過分相系統探討

(國家能源集團 神朔鐵路分公司河東運輸段，山西 忻州 036100)

0 引言

2007年，鐵路部在全國鐵路科技大會上表示，創新鐵路發展關鍵技術的瓶頸，通過大規模鐵路建設分析，創建世界一流水平客運專線，加大力量深化高速鐵路建設和運營管理等領域基礎理論研究與關鍵技術[1]。長行程高速列車具有大量相點，目前車載過分相方案，列車動力丟失明顯，無法使運行時間壓縮，高速列車維護量比較大，維護停運的時間比較長，要求全新自動過分相方案使高速列車丟失少、降低維護停運時間和維護工作量的需求得到滿足。

1 地面控制自動過分相系統的建設規范

我國自主研發的地面控制自動過分相系統已經投入使用，主要包括控制網、地面和車載三部分。還能夠細化成為操作執行、控制保護、位置識別、車載兼容、接觸網中性段轉換區和運動監控構成。 此系統工程創新實現相控關合、電子信息、自動控制、高壓電器、光纖通信、運動監控等創新技術的集成，工程設計包括接觸網、牽引供變電、行車組織等專業，還包括土建、信號、通信、機務和電力等專業，滿足《鐵路運輸通信設計規范》《鐵路電力牽引供電設計規范》的需求[2]。

2 地面帶電自動過分相技術的構成

地面帶電自動過分相系統主要構成包括機車兼容、列車識別、運動監控、操作執行等構成，集成遠程監控、電子信息、同步關合、自動控制等先進技術，能夠靈活的利用箱式、房建等地面分相設置方案。

2.1 分相所全備用系統主接線

通過電氣化鐵道27.5 kV實現系統主接線的創建，滿足相應規范的標準需求。系統通過靈臺主用真空斷路器設置主接線，共有4臺備用真空斷路器，分別為3 zk、4 zk、11 zk、22 zk，通過接線網錨段跨接空氣間隙。主接線具有3臺避雷器與饋線電動隔離開關，還要設置智能選擇相位電壓互感器，系統全備用主接線。通過機車受電弓的數量、列車的運行速度與編組的運輸方式對接觸網電分相絕緣錨段關節中性轉換區的長度進行確定。空氣絕緣能夠使機車受電弓平穩的過渡與連續受流需求得到滿足，以鐵路線路設置列車的識別裝置，在邏輯控制子系統實現機車運行位置的信息發送[3]。

2.2 地面帶電自動過分相系統的工作原理

機車在系統正常運行過程中，駛入位置要識別裝置ICG范圍，利用軌道電路的ICG動作實現真空斷路器的閉合啟動與控制，A相電源對機車實現輸入中性段轉換區的供電。在機車駛入中性段轉換區位置對裝置2CG范圍進行識別，對真空斷路器IZK斷開進行控制盒啟動，在100～130 ms失電之后，對2 K真空斷路器跟隨光合進行啟動和控制，實現轉換區通過A相電源輸入朝著B相電源輸入轉變，持續為行駛機車進行供電；轉換區機車運行的過程中，機務乘務員沒有任何的操作。機車在列車位置識別裝置3CG中運行過程中，系統能夠有效執行子系統，將真空斷路器斷開，轉換區也無法實現供電，恢復中性段無電區，自動轉換接觸網的電分相中性段轉換區中的各個相位電源，并且對其進行連續供電。在合閘狀態下運行機車斷路器，并且實現帶負荷、帶電、免操作，能夠自動通過電分相區段[4]。

如果系統出現故障，裝置能夠自動的區分情況，轉換并且啟動備用真空斷路器的裝置。以此，將全備用系統主接線作為基礎，能夠滿足不同情況的需求。避免系統斷電，利用備用斷路器實現設置，從而實現自動過分相的轉換。

2.3 接觸網電分相設計

在設計電分相的過程中，通過帶中性區雙斷口絕緣錨段的關節實現，利用高速專線鐵路實現暫行規定的設置，動車、列車等，受電弓指的是中性段轉換區，因此轉變成為一次供電電源，此屬于同收同放型的轉換。以此，在中性段轉換區長度設置的過程中，通過線段所允許的受電弓數量、高度行車速度、電力機車編組方式與動車等因素進行綜合計算確定，實現列車辨識電路和傳感器設備的精準設置。單雙電力機車牽引區段可以實現八跨區雙斷口絕緣錨段關節電分相的使用，在組合雷車、重載動車組的牽引區段設置，此稱之為N+n方式的電分相[5]。

計算中性段轉換區長度的公式為：

L=J+0.5V+安全距離

公式中的J指的是列車與動車組編組列車前軸到整列車全部受電弓距離，單位設置為m；V指的是線路允許最高運行速度；以共線列車、運行速度、線路類別等因素對安全距離進行選擇。根據《鐵路技術管理規程》實現電動斷電標、禁止雙弓標和運行速度等綜合因素進行選擇。

2.4 外部供電電源

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

2.5 分相所視頻安全監控

使用專用系統設計，供變電、接觸網、通信專業要實現的協調和溝通，使一條線路制式、設備和標準統一化得到實現，避免出現運營交接投運補設和設計漏項的情況。

2.6 光纜通道設計

優先利用分相所控制屏，通過光纜與臨近牽引變電所、分區所進行溝通，利用RS485接口和供電運動通道系統中接入；然后與調度所調度端相互連接，被動單元與運動終端為分相，利用點對點方式上傳信息，和調度端總體設計結合，使調度所對分相所設備的遙信控制與遠動遙控進行實現。

在分區所與變電所沒有設置在分相所運動監控系統中的時候，通過分相所控制屏和光纜相互連接，并且和就近車站通信機械室進行連接，通過RS485接口和專門設置的供電運動通道進行連接，與調度所的調度端進行連通，實現調度端的設計，對調度所分相所設備進行遙控、遙信的監控[6]。

3 結語

高速鐵路地面自動過分相系統技術研究能夠使高速列車分相時動力丟失多且運行時間延長的問題得到解決，降低動車組過分相失電間隔時間，并且和動車組速度沒有關系。動車組過分相的開關不分閘，使動車組主開關維護工作量降低，縮短列車維護停運的時間，并且創新列車位置檢測信號技術和自動控制保護等技術，為我國高速鐵路地面自動過分相系統的設計提供了借鑒。