關(guān)于動車組自動過分相邏輯分析及優(yōu)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(fā)現(xiàn)帶負(fù)載過分相故障，尤其是重聯(lián)運營動車組發(fā)生帶負(fù)載過分相故障時對車輛及弓網(wǎng)造成損傷，嚴(yán)重危及行車安全，影響行車秩序。經(jīng)調(diào)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(yù)時或發(fā)生模式切換異常時會由于邏輯不完善，導(dǎo)致下一個分相區(qū)動車組主斷路器未斷開，動車組帶負(fù)載經(jīng)過分相區(qū)。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(dǎo)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(fā)電廠提供三相電源，接觸網(wǎng)不可避免地要設(shè)置電分相設(shè)施，以平衡三相供電負(fù)荷，動車組長距離行駛過程中，必然會經(jīng)過接觸網(wǎng)的分相區(qū)。自動過分相功能能夠保證動車組在進入分相區(qū)前主斷路器自動斷開，離開分相區(qū)后主斷路器自動閉合，使動車組安全通過分相區(qū)，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(yōu)先級最高，其次根據(jù)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(lián)動車組同時斷開)。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)檢測到網(wǎng)壓上升至門檻值后，累積行駛150m(長編或重聯(lián)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(lián)動車組同時閉合)，手動過分相結(jié)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(wǎng)絡(luò)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(lián)動車組同時斷開VCB)。

網(wǎng)絡(luò)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(lián)動車組累積行駛400m)，解除牽引封鎖并閉合主斷(長編或重聯(lián)動車組同時閉合)，ATP(或GFX)過分相結(jié)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(diào)查分析

3.1 人為干預(yù)導(dǎo)致的過分相異常 某重聯(lián)動車組運行途中，司機在進入分相區(qū)列車惰行時操作VCB斷開，經(jīng)過后續(xù)一個分相區(qū)時發(fā)生了帶負(fù)載過分相故障。

3.2 過分相方式異常切換導(dǎo)致的過分相異常 某重聯(lián)動車組運行途中，在無人為干預(yù)的情況下發(fā)生了帶負(fù)載過分相故障。

4 原因分析

4.1 人為干預(yù)導(dǎo)致的過分相異常原因分析 故障時刻前一個分相區(qū)內(nèi)，司機在列車惰行期間操作VCB斷開，網(wǎng)絡(luò)啟動人為干預(yù)模式，屏蔽后續(xù)自動過分相控制，但因程序設(shè)計時未將列車惰行區(qū)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(dǎo)致進入下一個分相區(qū)時故障發(fā)生。邏輯流程圖如下:

圖3 手動干預(yù)流程圖

由流程圖可見，由于分相區(qū)惰行區(qū)域的人為干預(yù)導(dǎo)致本次過分相過程結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)屏蔽自動過分相，進入等待人為控制狀態(tài)，經(jīng)過下一分相區(qū)時無人為指令輸入，進而發(fā)生車輛帶負(fù)載進入分相區(qū)故障。

4.2 過分相方式異常切換導(dǎo)致的過分相異常原因分析 故障時刻前一個分相區(qū)內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)收到ATP輸出的過分相方式選擇信號發(fā)生異常切換，因程序設(shè)計時未將列車最后惰行區(qū)間包含在過分相過程，導(dǎo)致在ATP過分相實際未結(jié)束時又激活GFX過分相，在下一分相區(qū)前接收到磁鋼預(yù)告信號時執(zhí)行GFX出分相，VCB在分相區(qū)內(nèi)自動閉合，導(dǎo)致故障發(fā)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(zhí)行ATP過分相方式，主斷路器斷開后方式選擇信號異常變?yōu)榈碗娖剑珿FX過分相功能激活，此時ATP過分相與GFX過分相邏輯均執(zhí)行，GFX預(yù)告信號作為進分相信號發(fā)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(qū)GFX首先接收預(yù)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(fā)生車輛帶負(fù)載進入分相區(qū)故障。

通過分析發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生的根本原因為:各自動過分相方式邏輯設(shè)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(shè)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(yōu)化

基于過分相“主斷斷開優(yōu)先、慎重閉合”原則，對以上運營過程中發(fā)現(xiàn)的邏輯缺陷提出優(yōu)化建議，具體如下:

出分相閉合主斷前增加網(wǎng)壓信號判斷，若網(wǎng)壓未恢復(fù)不執(zhí)行出分相閉合主斷指令。

針對人工干預(yù)自動過分相過程，發(fā)生的過分相異常進行優(yōu)化:即人工干預(yù)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(yù)，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(yù)，當(dāng)車輛處于“GFX分相區(qū)間”或“ATP分相區(qū)間”或“手動過分相區(qū)間”時，且全列有網(wǎng)壓(重聯(lián)或長編動車組分組獨立判斷網(wǎng)壓)時，退出過分相狀態(tài)，閉合VCB并恢復(fù)牽引。

針對過分相方式異常切換，發(fā)生的過分相異常進行優(yōu)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(fā)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(jié)束語

車輛多種過分相方式往往是因為我國鐵路不同區(qū)段條件不同，有些區(qū)段還不能運行在中國列車運行控制系統(tǒng)CTCS-2或者CTCS-3[3]環(huán)境下，今后CTCS-4級列車控制系統(tǒng)[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(yōu)化仍存在討論的意義。

國產(chǎn)動車組面向更加智能化與數(shù)字化方向迅速發(fā)展，車輛功能邏輯必然越來越復(fù)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(xiàn)少量難以避免的缺陷，正是由于這些缺陷正不斷被修復(fù)，國產(chǎn)動車組必然越來越完善，越來越智能。