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地面带电自动过分相系统技术

2009-01-20 来源:

         西安铁路局科学技术研究所开发的地面带电自动过分相系统技术,可以满足高速、高坡、重载铁路的需要,最大限度地发挥电力机车、动车组的牵引动力,提高综合运输效益。

电力机车采用地面带电自动过分相技术的必要性

         我国电气化铁道均采用25kV单相工频交流供电制式,为了平衡三相供电负荷,提高电力系统利用率,电气化铁道牵引变电所采用轮换接线,换相分段供电方式,无论采用何种供电制式,接触网都不可避免地要设置电分相设施。
       该系统技术,利用地面自动过分相装置,实现了电力机车在主断路器关合状态下,乘务员免操作,带电、带负荷、安全、准确地自动通过电分相的运行。提高了机车过分相的准确性,保持了列车牵引力和运行速度,有效地缩短了过分相的运行时间,提高了线路的综合运输能力。克服了断电、惰行过分相,损失牵引力,延长运行时分,影响电气化铁路优势的发挥。避免了手动误操作带电闯分相,烧毁接触网的故障,以及在多台机车牵引区段,由于操作不同步造成的列车冲动大,引起的断钩等运输安全隐患,提高了牵引供电系统运行的安全可靠性。因此,电力机车采用地面带电自动过分相技术是可行和必要的。

地面带电自动过分相系统的技术原理

         地面带电自动过分相系统技术由列车识别、逻辑控制、操作执行、远动监控、接触网相分段转换区、机车兼容六个子系统组成。主接线,见图1。

图1 系统全备用主接线及工作原理图

         系统正常运行:当机车从A相电源驶入位置传感器1CG范围,经轨道电路1CG动作,启动、控制真空断路器1ZK闭合,接触网的A相电源被输入到转换区给机车供电;当机车驶入中性段转换区的位置传感器2CG范围,启动控制真空断路器1ZK开断,仅在130ms的时间内,控制2ZK真空断路器跟随闭合,完成转换区的供电电源由A相,自动转换成B相电源,实现了接触网中性段转换区,不同供电电源的相位自动转换与连续供电。机车在电分相区运行时,机车乘务员不用进行任何地操作。机车继续行驶前进到达3CG位置传感器,操作执行子系统将真空断路器2ZK断开,转换区失去供电电源,恢复为无电区。运行机车始终在机车断路器闭合状况下,实现了带电、带负荷、免操作,安全、准确地自动通过电分相区段。

地面带电自动过分相系统技术的组成

列车识别子系统
         列车识别子系统见图2。采用满足安全、可靠运行的信号采集方式,该子系统列车识别率可达到100%,杜绝了列车的漏检现象。设备采用模块化设计,现场安装、维护、检修便捷。

图2 列车识别子系统及传感器
逻辑控制子系统
         逻辑控制子系统见图3。采用可编程控制器为核心的控制系统,根据采集的信号和设定的程序,经过逻辑运算,发出相应命令,控制操作执行子系统正确动作。单独组成的控制屏,盘面设置有触摸式液晶屏,运行操作设备、信号灯、试验操作按钮,可以方便应用与维护。

图3 逻辑控制子系统及电源设备

操作执行子系统

        操作执行子系统见图4。主要由智能选相真空断路器、电动隔离开关、电动断电标等电器设备构成。在装置的各种运行状况下,都具备安全、可靠、预定的运行模式和正确的音响、灯光、屏幕显示结果。

图4 操作子系统及智能选相真空断路器
远动监控子系统
       远动监控子系统见图5。在通道畅通的条件下,具备在远端的调度端或者近端的牵引变电所、分区所实现对地面带电相分段自动转换装置的远动监控功能。在计算机的配合下,能实现装置日常运行的记录、统计并自动生成工作报表。

图5远动监控子系统及后台机设备

接触网相分段转换区子系统
         接触网相分段转换区子系统见图6。由接触网绝缘锚段关节以及地面行车标志组成,符合铁道部的相应规范、规定;行车标志的设置符合铁道部“技术管理规程”的有关条款,并能与装置的控制系统实现联动,保证行车的安全、可靠。

图6相分段转换区子系统(28.8‰高坡区段)

机车兼容技术子系统
       按照机车类型及控制模式,选择不同的技术方案和设备,以适应和配合相分段自动转换装置的正常转换工况,保证牵引供电系统及机车设备安全、稳定地实现机车带电自动通过相分段转换区。

地面带电自动过分相系统技术的主要创新点
(1)牵引供电系统实现了不间断供电,实现了机车带电、带负荷,机车乘务员免操作,列车安全、准确、自动通过接触网电分相区。
(2)接触网供电电源的自动转换,仅与列车运行的位置相关,不受列车运行速度、编组方式等限制,因此适用于速度0~350km/h的各种运行列车。
(3) 适用于高速、高坡、重载电气化铁路、客运专线,对提高列车速度,压缩区段运行时分,提高综合运输效益明显。
(4)适用于国内多种类型、各种控制方式的交直流、交流传动电力机车、动车组,适用于多机编组的牵引运行方式。
(5)采用全备用的主接线结构,重要设备采取双重热备用工作方式,备用设备投用迅速,故障切换不影响行车安全。
(6)具备自动控制、数据信息采集、远动监控、通信等多种功能,可纳入供电远动管理系统,也可自成独立的后台机管理系统。
(7)采用断路器的同步关合、机车兼容技术措施,对装置的暂态运行实现了有效地抑制。提升了系统整体技术水平和关键设备的寿命,运用检修、维护便捷,各子系统技术指标、性能稳定,达到了系统运行的安全可靠。
(8)取得自有知识产权,获得两项国家专利,多项省部级科技奖。
地面带电自动过电分相系统技术的应用
该技术1997年通过铁道部科技成果鉴定,1998年在宝成线扩能工程中首次采用。目前已在宝成、神朔、沾昆、北同蒲等多条高坡、重载铁路得到推广应用。受到部、局领导机关的关注与重视。2008年1月铁道部运输局会同科技司、工程设计鉴定中心召开了地面带电自动过分相系统电力机车兼容技术评审会,有效地推动了该系统技术在更大范围的推广。 

(作者:罗文骥)

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地面带电自动过分相系统技术

         西安铁路局科学技术研究所开发的地面带电自动过分相系统技术,可以满足高速、高坡、重载铁路的需要,最大限度地发挥电力机车、动车组的牵引动力,提高综合运输效益。

电力机车采用地面带电自动过分相技术的必要性

         我国电气化铁道均采用25kV单相工频交流供电制式,为了平衡三相供电负荷,提高电力系统利用率,电气化铁道牵引变电所采用轮换接线,换相分段供电方式,无论采用何种供电制式,接触网都不可避免地要设置电分相设施。
       该系统技术,利用地面自动过分相装置,实现了电力机车在主断路器关合状态下,乘务员免操作,带电、带负荷、安全、准确地自动通过电分相的运行。提高了机车过分相的准确性,保持了列车牵引力和运行速度,有效地缩短了过分相的运行时间,提高了线路的综合运输能力。克服了断电、惰行过分相,损失牵引力,延长运行时分,影响电气化铁路优势的发挥。避免了手动误操作带电闯分相,烧毁接触网的故障,以及在多台机车牵引区段,由于操作不同步造成的列车冲动大,引起的断钩等运输安全隐患,提高了牵引供电系统运行的安全可靠性。因此,电力机车采用地面带电自动过分相技术是可行和必要的。

地面带电自动过分相系统的技术原理

         地面带电自动过分相系统技术由列车识别、逻辑控制、操作执行、远动监控、接触网相分段转换区、机车兼容六个子系统组成。主接线,见图1。

图1 系统全备用主接线及工作原理图

         系统正常运行:当机车从A相电源驶入位置传感器1CG范围,经轨道电路1CG动作,启动、控制真空断路器1ZK闭合,接触网的A相电源被输入到转换区给机车供电;当机车驶入中性段转换区的位置传感器2CG范围,启动控制真空断路器1ZK开断,仅在130ms的时间内,控制2ZK真空断路器跟随闭合,完成转换区的供电电源由A相,自动转换成B相电源,实现了接触网中性段转换区,不同供电电源的相位自动转换与连续供电。机车在电分相区运行时,机车乘务员不用进行任何地操作。机车继续行驶前进到达3CG位置传感器,操作执行子系统将真空断路器2ZK断开,转换区失去供电电源,恢复为无电区。运行机车始终在机车断路器闭合状况下,实现了带电、带负荷、免操作,安全、准确地自动通过电分相区段。

地面带电自动过分相系统技术的组成

列车识别子系统
         列车识别子系统见图2。采用满足安全、可靠运行的信号采集方式,该子系统列车识别率可达到100%,杜绝了列车的漏检现象。设备采用模块化设计,现场安装、维护、检修便捷。

图2 列车识别子系统及传感器
逻辑控制子系统
         逻辑控制子系统见图3。采用可编程控制器为核心的控制系统,根据采集的信号和设定的程序,经过逻辑运算,发出相应命令,控制操作执行子系统正确动作。单独组成的控制屏,盘面设置有触摸式液晶屏,运行操作设备、信号灯、试验操作按钮,可以方便应用与维护。

图3 逻辑控制子系统及电源设备

操作执行子系统

        操作执行子系统见图4。主要由智能选相真空断路器、电动隔离开关、电动断电标等电器设备构成。在装置的各种运行状况下,都具备安全、可靠、预定的运行模式和正确的音响、灯光、屏幕显示结果。

图4 操作子系统及智能选相真空断路器
远动监控子系统
       远动监控子系统见图5。在通道畅通的条件下,具备在远端的调度端或者近端的牵引变电所、分区所实现对地面带电相分段自动转换装置的远动监控功能。在计算机的配合下,能实现装置日常运行的记录、统计并自动生成工作报表。

图5远动监控子系统及后台机设备

接触网相分段转换区子系统
         接触网相分段转换区子系统见图6。由接触网绝缘锚段关节以及地面行车标志组成,符合铁道部的相应规范、规定;行车标志的设置符合铁道部“技术管理规程”的有关条款,并能与装置的控制系统实现联动,保证行车的安全、可靠。

图6相分段转换区子系统(28.8‰高坡区段)

机车兼容技术子系统
       按照机车类型及控制模式,选择不同的技术方案和设备,以适应和配合相分段自动转换装置的正常转换工况,保证牵引供电系统及机车设备安全、稳定地实现机车带电自动通过相分段转换区。

地面带电自动过分相系统技术的主要创新点
(1)牵引供电系统实现了不间断供电,实现了机车带电、带负荷,机车乘务员免操作,列车安全、准确、自动通过接触网电分相区。
(2)接触网供电电源的自动转换,仅与列车运行的位置相关,不受列车运行速度、编组方式等限制,因此适用于速度0~350km/h的各种运行列车。
(3) 适用于高速、高坡、重载电气化铁路、客运专线,对提高列车速度,压缩区段运行时分,提高综合运输效益明显。
(4)适用于国内多种类型、各种控制方式的交直流、交流传动电力机车、动车组,适用于多机编组的牵引运行方式。
(5)采用全备用的主接线结构,重要设备采取双重热备用工作方式,备用设备投用迅速,故障切换不影响行车安全。
(6)具备自动控制、数据信息采集、远动监控、通信等多种功能,可纳入供电远动管理系统,也可自成独立的后台机管理系统。
(7)采用断路器的同步关合、机车兼容技术措施,对装置的暂态运行实现了有效地抑制。提升了系统整体技术水平和关键设备的寿命,运用检修、维护便捷,各子系统技术指标、性能稳定,达到了系统运行的安全可靠。
(8)取得自有知识产权,获得两项国家专利,多项省部级科技奖。
地面带电自动过电分相系统技术的应用
该技术1997年通过铁道部科技成果鉴定,1998年在宝成线扩能工程中首次采用。目前已在宝成、神朔、沾昆、北同蒲等多条高坡、重载铁路得到推广应用。受到部、局领导机关的关注与重视。2008年1月铁道部运输局会同科技司、工程设计鉴定中心召开了地面带电自动过分相系统电力机车兼容技术评审会,有效地推动了该系统技术在更大范围的推广。 

(作者:罗文骥)