關于動車組自動過分相邏輯分析及優化

中車青島四方機車車輛股份有限公司 山東 青島 266109

0 引言

動車組運營過程中發現帶負載過分相故障，尤其是重聯運營動車組發生帶負載過分相故障時對車輛及弓網造成損傷，嚴重危及行車安全，影響行車秩序。經調查該動車組自動過分相功能正常，但在自動過分相過程中人為干預時或發生模式切換異常時會由于邏輯不完善，導致下一個分相區動車組主斷路器未斷開，動車組帶負載經過分相區。本文對過分相工作原理、故障原因及改善建議進行闡述，改進了自動過分相邏輯，有效避免了軟件邏輯缺陷導致的帶載過分相。

1 動車組自動過分相的意義

我國電氣化鐵道采用的是單相工頻交流供電制式，而發電廠提供三相電源，接觸網不可避免地要設置電分相設施，以平衡三相供電負荷，動車組長距離行駛過程中，必然會經過接觸網的分相區。自動過分相功能能夠保證動車組在進入分相區前主斷路器自動斷開，離開分相區后主斷路器自動閉合，使動車組安全通過分相區，而無需進行升降弓。[1]

2 動車組過分相模式

該動車組過分相分為三種模式分別為:手動過分相、磁鋼過分相、ATP過分相。以上3種模式中，手動過分相優先級最高，其次根據線路條件自動切換ATP過分相[2]或GFX過分相。

2.1 手動過分相 任意時刻操作手動過分相按鈕，立即進入手動過分相過程，封鎖牽引，800ms后斷開主斷路器(長編或重聯動車組同時斷開)。

當網絡檢測到網壓上升至門檻值后，累積行駛150m(長編或重聯動車組累積行駛400m)，解除牽引封鎖并閉合主斷路器(長編或重聯動車組同時閉合)，手動過分相結束。

圖1 手動過分相時序圖

2.2 磁鋼過分相及ATP過分相 磁鋼過分相(簡稱GFX過分相)，網絡收到ATP(或GFX)輸出的進分相指令(ATP/GFX均為上升沿有效)后，封鎖牽引，延時800ms后斷開VCB(長編或重聯動車組同時斷開VCB)。

網絡收到ATP(或GFX)輸出的出分相指令(ATP下降沿有效、GFX上升沿有效)后，累積行駛150m(長編或重聯動車組累積行駛400m)，解除牽引封鎖并閉合主斷(長編或重聯動車組同時閉合)，ATP(或GFX)過分相結束。

圖2 GFX過分相時序圖

圖3 ATP過分相時序圖

3 動車組過分相故障調查分析

3.1 人為干預導致的過分相異常 某重聯動車組運行途中，司機在進入分相區列車惰行時操作VCB斷開，經過后續一個分相區時發生了帶負載過分相故障。

3.2 過分相方式異常切換導致的過分相異常 某重聯動車組運行途中，在無人為干預的情況下發生了帶負載過分相故障。

4 原因分析

4.1 人為干預導致的過分相異常原因分析 故障時刻前一個分相區內，司機在列車惰行期間操作VCB斷開，網絡啟動人為干預模式，屏蔽后續自動過分相控制，但因程序設計時未將列車惰行區間包含在過分相過程，未停止本次自動過分相控制，出分相時主斷自動閉合，進而導致進入下一個分相區時故障發生。邏輯流程圖如下:

圖3 手動干預流程圖

由流程圖可見，由于分相區惰行區域的人為干預導致本次過分相過程結束后，網絡屏蔽自動過分相，進入等待人為控制狀態，經過下一分相區時無人為指令輸入，進而發生車輛帶負載進入分相區故障。

4.2 過分相方式異常切換導致的過分相異常原因分析 故障時刻前一個分相區內，網絡收到ATP輸出的過分相方式選擇信號發生異常切換，因程序設計時未將列車最后惰行區間包含在過分相過程，導致在ATP過分相實際未結束時又激活GFX過分相，在下一分相區前接收到磁鋼預告信號時執行GFX出分相，VCB在分相區內自動閉合，導致故障發生。時序圖如下:

圖4 手動過分相時序圖

由時序圖可見，過分相方式選擇信號為高電平時執行ATP過分相方式，主斷路器斷開后方式選擇信號異常變為低電平，GFX過分相功能激活，此時ATP過分相與GFX過分相邏輯均執行，GFX預告信號作為進分相信號發出主斷斷信號，ATP出分相信號控制主斷閉合出分相，但GFX邏輯仍在過分相中，進入故障分相區GFX首先接收預告信號開始累積400米距離合主斷，在此過程中過分相方式選擇信號為高電平，ATP過分相有效，接收到ATP進分相信號后控制主斷斷開，后因累積距離達到400米，GFX過分相邏輯控制主斷閉合，進而發生車輛帶負載進入分相區故障。

通過分析發現，故障發生的根本原因為:各自動過分相方式邏輯設計不完善，不同過分相方式相互切換退出機制不明確，甚至由于設計缺陷允許不同過分相方式邏輯并存且控制過分相過程。

5 動車組自動過分相邏輯優化

基于過分相“主斷斷開優先、慎重閉合”原則，對以上運營過程中發現的邏輯缺陷提出優化建議，具體如下:

出分相閉合主斷前增加網壓信號判斷，若網壓未恢復不執行出分相閉合主斷指令。

針對人工干預自動過分相過程，發生的過分相異常進行優化:即人工干預時立即退出其他過分相模式。具體如下:

人工操作主斷路器斷掰鍵干預，車輛立即退出GFX/ATP過分相模式，保持主斷路器斷開，直至手動操作主斷路器閉合。

手動操作VCB合掰鍵干預，當車輛處于“GFX分相區間”或“ATP分相區間”或“手動過分相區間”時，且全列有網壓(重聯或長編動車組分組獨立判斷網壓)時，退出過分相狀態，閉合VCB并恢復牽引。

針對過分相方式異常切換，發生的過分相異常進行優化:即進入ATP過分相模式后，屏蔽GFX過分相不允許切換模式。具體如下:

收到ATP的發來的“過分相選擇”指令為高電平時，進入ATP過分相模式，同時屏蔽GFX過分相模式并且整個過程不允許選擇信號進行切換。

6 結束語

車輛多種過分相方式往往是因為我國鐵路不同區段條件不同，有些區段還不能運行在中國列車運行控制系統CTCS-2或者CTCS-3[3]環境下，今后CTCS-4級列車控制系統[4]可能更加先進更加普及，不再需要多種分相方式，但目前多種過分相方式邏輯優化仍存在討論的意義。

國產動車組面向更加智能化與數字化方向迅速發展，車輛功能邏輯必然越來越復雜。某些情況下車輛單個功能邏輯正常，在多種因素疊加的特殊情況下往往出現少量難以避免的缺陷，正是由于這些缺陷正不斷被修復，國產動車組必然越來越完善，越來越智能。