關(guān)于電力機車過分相問題的探討論文
0引言
為使電力系統(tǒng)三相負荷盡可能平衡，電氣化鐵道的接觸網(wǎng)采用分段換相供電。為防止相間短路，在不同相供電臂之間的連接處用絕緣裝置分割，形成了二個供電臂之間絕緣分割區(qū)域，稱為分相區(qū)。電力機車在進入分相區(qū)前，通過“人控”(司機操作)或“機控”(設(shè)備控制)2種方法，切斷機車用電負載，使電力機車受電弓在無電流情況下滑行通過分相區(qū)后，再恢復(fù)機車用電負載。上述“人控”和“機控”的2種過分相操作方法，由于受操作者可能存在的失誤和設(shè)備故障失控，帶電過分相的現(xiàn)象還難以杜絕，而一旦發(fā)生，輕則受電弓、分相裝置受損，嚴重時造成接觸網(wǎng)燒損，中斷鐵路運輸，給電氣化鐵路行車安全構(gòu)成嚴重威脅。因此，研究和完善過分相的設(shè)備改進方案，強化配套的管理工作，提升電力機車過分相的可靠性成為十分重要的課題。
1過分相裝置原理簡述
目前國內(nèi)外研究和采用的自動過分相裝置，技術(shù)方案有3種：即地面開關(guān)自動切換方案，柱上開關(guān)自動斷電方案，車上自動控制斷電方案。
1)地面開關(guān)自動切換方案
日本新干線采用地面開關(guān)自動切換過分相方案。在接觸網(wǎng)分相處設(shè)置一個中性區(qū)段，兩端分別由絕緣器F1、F2與二相接觸網(wǎng)絕緣，一般采用錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，以保證受電弓滑過時能連續(xù)受流。2臺真空斷路器S1、S2分別跨接在接觸網(wǎng)兩相上并能通過它們向中性區(qū)段供電，在無機車通過時，S1閉合、S2斷開。鋼軌兩側(cè)設(shè)置4個機車位置感應(yīng)器CG1~CG4(或利用軌道電路實現(xiàn)位置檢測)，當機車駛?cè)隒G1點時，機車自然由A相供電;當機車駛?cè)隒G2點，但還未到CG3點時，控制電路使斷路器S1斷開，S2閉合，此時中性段由B相供電;當機車駛出CG4點時，控制電路使S1閉合，S2斷開，恢復(fù)到?jīng)]機車時的狀態(tài)。機車反向通過分相區(qū)時CG1~CG4發(fā)出相反順序動作。工程實施要考慮設(shè)備在線檢修備份等因素并設(shè)置分區(qū)所，實際方案較以上復(fù)雜得多。這種過分相方案斷電時間約0.1~0.15s，其優(yōu)點是：接觸網(wǎng)無供電死區(qū)，無需司機操作，車上主斷路器無須動作，自動換向時接觸網(wǎng)中性段瞬間斷電時間短，可適用于不同機車速度;缺點是：過分相后合閘的電流沖擊較大，建造和運行維護費用很高。
2)柱上開關(guān)自動斷電方案
瑞士等國家采用此方案，我國原福州鐵路分局曾從瑞士AF公司引進，安裝于鷹廈線運用。其結(jié)構(gòu)原理如圖2。它由2個真空磁控線包L1、L2，真空斷路器K1、K2，過電壓吸收器MDA，以及相應(yīng)的接觸網(wǎng)分段組成。在設(shè)備和結(jié)構(gòu)上對稱分布，以適應(yīng)正、反向行車要求。其基本原理是利用機車通過磁控線包受流區(qū)b段和h段時使L1、L2受流，產(chǎn)生真空斷路器K1、K2分閘動作和真空滅弧，切斷機車供電，使機車不帶電通過分相主絕緣區(qū)e段。其特點是設(shè)備布置在支柱上，結(jié)構(gòu)簡單，無須設(shè)立分區(qū)所，無需司機操作，機車上主斷路器無需分斷。缺點是：真空開關(guān)帶負荷分斷，需要經(jīng)常維護，柱式安裝，難以實現(xiàn)設(shè)備備份;機車過分相時過渡過程中的過電壓、涌流沖擊大，容易造成列車沖動;接觸網(wǎng)分段較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜;機車單方向行駛時，K1、K2開關(guān)只有一組動作是必要的，同時存在供電死區(qū)，斷電時間也較第一種長并與速度有關(guān)。
3)車上自動控制斷電方案
法國、德國、英國、中國等采用車上自動控制斷電過分相。分相區(qū)采用錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)置中性區(qū)段，在機車進出分相區(qū)一定距離的線路上安裝磁鋼或其他點式信息裝置。當機車從A相駛來達到磁鋼1處時，通過車載設(shè)備接受地面信息并送入機車牽引控制裝置，延時斷開機車主斷路器，使機車惰行通過無電區(qū)。在通過無電區(qū)后，機車接受到地面磁鋼2的定位信息，再自動合上主斷路器，然后順序啟動輔機并控制牽引電流逐步加載，其控制過程可完全由車載設(shè)備完成，無需司機操作。
這種方案的優(yōu)點是：投資費用低，僅增加地面信息裝置及車上信號接受設(shè)備，通過車上斷電控制牽引電流的上升率，可減少對列車沖動影響，能適應(yīng)不同速度的列車通過等。其缺點是：車上斷電時間較長，在高坡困難區(qū)段列車速度損失較大，地面信息設(shè)備缺乏備份，如果該信號丟失或失效會發(fā)生帶電拉弧等故障。
2車上自動過分相裝置運用管理分析
我國鐵路電氣化是從既有線改造起步的，在解決電化區(qū)段過分相這一關(guān)鍵技術(shù)課題上，通過借鑒國外經(jīng)驗，逐步推廣應(yīng)用車上自動控制斷電方案。而車上控制過分相方案存在的一些弱點，使我們在完全采取車上自動過分相問題上比較謹慎，其可靠性方面存在的主要問題有：
1)司機頻繁操作，失誤的概率客觀存在
在鐵路高速、高密度運行條件下，單純依靠司機操作過分相存在一定難度。以京滬線為例，上海鐵路局管內(nèi)上、下行設(shè)有64處分相區(qū)，平均距離18.6km，最小不足13km，按目前客運機車運行速度約7min左右過一次分相，動車組以最快速度運行時不足4min過一次分相。司機頻繁操作，勞動強度較大，再加上行車過程中的必要操作和信號瞭望等其他因素干擾，司機對過分相操作的注意力分散，操作失誤的可能性客觀存在。此外，對司機過分相操作過程缺乏記錄分析手段，其作業(yè)規(guī)范僅依靠司機的行為自律，發(fā)生問題也難以追究責(zé)任。
2)地面感應(yīng)器沿線分布，必須加強管理
預(yù)埋在軌道枕木頭部的地面感應(yīng)器磁鋼信號源沿線分布，經(jīng)對其安裝結(jié)構(gòu)和工藝改進后,目前能有效防止失竊等現(xiàn)象的發(fā)生。但磁鋼安裝分布點多線長，跨部門管理難度較大，特別在線路施工維修過程中，容易出現(xiàn)磁鋼破損、移位、缺失等情況，一旦發(fā)生而又未及時發(fā)現(xiàn)和處理，會影響自動過分相裝置的正常工作。
3)分相點位置識別可靠性需要提高
自動過分相位置識別信息的接受和處理是重要的環(huán)節(jié)。目前采用的自動過分相裝置在設(shè)計上已經(jīng)考慮了增設(shè)預(yù)斷、強斷2個獨立磁鋼信號的接受和處理，具有一定的冗余措施，但其分相點位置識別方式仍屬同一類型。受機車運行速度、橫向擺動、垂直振動、外來物體擊損等引起的磁感應(yīng)狀態(tài)變化，以及沿線電磁信號對接受線圈的干擾影響等，分相點位置識別，信息丟失、誤動作的概率客觀存在，探索和完善獨立于磁鋼信息源的輔助信息識別系統(tǒng)，可進一步提高自動過分相系統(tǒng)的可靠性。
3解決方案
解決電力機車過分相安全問題，國內(nèi)外已作了系統(tǒng)的探索和研究。作為運營管理部門，欲從技術(shù)方案上徹底解決問題，不僅涉及方案試驗驗證，而且涉及投資及運營線施工改造等難題。基于目前現(xiàn)狀，唯有采取針對性的技術(shù)和管理措施配套，創(chuàng)造條件逐步過渡到“機控為主、有序管理”狀態(tài)。
1)實施“人控為主、機控為輔”過渡，增強過分相裝置的可靠度
針對司機責(zé)任意識、業(yè)務(wù)素質(zhì)及能力現(xiàn)狀，在宣傳教育上，著重處理好司機對自動過分相設(shè)備的依靠和依賴關(guān)系;在管理措施上，要明確司機操作過分相的具體要求，并列入作業(yè)標準化考核范圍，同時要制定并落實過分相設(shè)備檢修和入庫檢查的功能測試規(guī)定，以提升車載過分相設(shè)備的可靠性�，F(xiàn)階段實施“人控為主、機控為輔”的管理模式，建立機車過分相的二道防線。
2)增設(shè)過分相狀態(tài)記錄功能，實施對人機控制過程的分析管理
針對不同機型情況，利用機車監(jiān)控裝置擴展接口開發(fā)了過分相狀態(tài)記錄功能。將車載自動過分相設(shè)備的預(yù)斷、強斷輸出和機車主斷路器及司機操作開關(guān)信息作為輸入信號，實現(xiàn)機車過分相關(guān)鍵要素信息的事件記錄。
結(jié)合監(jiān)控裝置的機車工況(加載、卸載)、過分相事件記錄等綜合分析判斷，完成對過分相過程中設(shè)備狀態(tài)及司機操作的詳細分析。在監(jiān)控裝置地面處理軟件功能上，增設(shè)了主界面的“過分相”欄目，實現(xiàn)退勤檢索分析。
在過分相記錄事件分析中，設(shè)置了5個判斷結(jié)果，即：操縱正確、操縱錯誤、操縱警告、設(shè)備不良、設(shè)備正常。一旦軟件檢索到存在操縱錯誤、操縱警告、設(shè)備不良等事件之一，則在相欄目中顯示出紅色背景數(shù)字，警示分析人員進行詳細分析，實現(xiàn)了人機控制的過程管理。
3)增加地面磁鋼的檢測功能，及時監(jiān)測管理
地面磁鋼信息源是目前車上自動過分相的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須確保其長期穩(wěn)定可靠。為防止因線路施工管理不到位，造成磁鋼破損等情況發(fā)生，按照“車對地”行車設(shè)備動態(tài)檢測的思路，開發(fā)過分相磁枕狀態(tài)檢測裝置，實現(xiàn)對過分相磁鋼信息源的數(shù)量、安裝地點(位置)的動態(tài)檢查，相關(guān)監(jiān)測信息自動上網(wǎng)實現(xiàn)報警提示，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時通知設(shè)備維修部門進行現(xiàn)場檢查和維護。目前，該裝置已在上海鐵路局DF11353號機車試裝并多次對京滬、滬昆線的地面磁鋼信號進行檢測(限于篇幅，本文在此不作詳細介紹)，取得一定效果。
4)補強語音提示功能，彌補人工操縱的疏漏
目前在機車監(jiān)控裝置的過分相語音提示設(shè)置條件中大多采用對牽引客運列車的機車在到達分相點前的1500m時進行首次語音提示，然后在距分相點前的1000m時進行第2次語音提示;對牽引貨運列車的機車則分別在距分相點前的1000m、500m進行2次語音提示。這種按固定方式設(shè)置的2次語音提示模式未充分考慮機車運行速度及實際過分相狀態(tài)，應(yīng)當加以補強。例如在首次語音提示后，應(yīng)采取連續(xù)不斷提示的方法，由監(jiān)控裝置實時檢測過分相狀態(tài)，直至在司機或設(shè)備發(fā)生過分相操作后，方才關(guān)閉語音，以彌補人工操作過程中的疏漏。
5)探索分相點位置識別冗余信息源，提高系統(tǒng)可靠度
在既有分相點位置識別的地面磁鋼信息源以外，探索不同方式且獨立的分相點位置識別信息來源，實現(xiàn)信息源的冗余備份，對提高自動過分相裝置的系統(tǒng)可靠度，最終實現(xiàn)完全由設(shè)備自動控制過分相具有積極意義。機車監(jiān)控裝置里程坐標相對地面磁鋼信息來講是完全獨立的，當車載過分相地面感應(yīng)器的磁耦合回路任一處環(huán)節(jié)處于非正常狀態(tài)時，利用機車監(jiān)控裝置里程坐標實現(xiàn)過分相冗余控制能發(fā)揮一定的安全保障作用，特別是采用這一方法時幾乎不需要增加投入費用，也不增加設(shè)備管理維修成本，應(yīng)當積極探索。解決這一問題的技術(shù)關(guān)鍵，一是要提高監(jiān)控裝置走行距離累計精度(控制走20m以內(nèi))，并有良好的防機車輪對空轉(zhuǎn)、滑行等距離補償措施;二是要設(shè)計好2套控制信息源并行工作時的控制邏輯關(guān)系，要以既有磁鋼控制信息源為主，監(jiān)控裝置里程坐標控制信息源為輔，防止出現(xiàn)2種過分相位置識別信息源在控制時機上出現(xiàn)交叉影響等情況。
【電力機車過分相問題的探討論文】相關(guān)文章：
探討水利施工的運輸問題論文03-01
小學(xué)體育教育問題探討的論文02-27
建筑給水排水問題的探討論文11-20
體育教學(xué)評價問題探討論文02-27
成本控制若干問題的探討的論文02-27
探討高中化學(xué)教育的問題論文02-21
中職學(xué)�？冃Ч芾韱栴}探討論文11-14
成本控制若干問題的探討論文05-04
- 相關(guān)推薦