为平衡牵引供电系统中的三相负荷,电气化铁道的接触网上每隔20一25km就有一长约30m的供电死区川;在此无电区外设有断、合提示牌,机车司机通过时必须将手柄归零、关闭辅助机组、断开主断路器,惰行通过无电区后再逐项恢复,这样受电弓是在无电流情况下进出分相区,从而保证了受电弓和接触网的寿命。如此操作一方面影响了行车速度,另一方面增加了司机的劳动强度,操作稍有疏忽就会拉弧烧毁分相绝缘器。特别是对于大秦线重载运输而言,手动过分相必然会引起列车速度波动过大,降低线路运行性能,为减轻司机劳动强度和减少牵引力损失,必须采用自动过分相操作方案。
在文献中均详细介绍了至今为止的3种自动过分相方案,采用交流传动和微机控制的电力机车目前已广泛应用于大秦线重载运输中,通过简单介绍几种过分相方案的优劣,结合具体运行中的试验数据,分析袱Dl型交流传动机车过分相系统在大秦线的运行情况。
1自动过分相方案
1.1柱上开关自动断电方案
在文献中提到此方案,该方案曾运用于原福州铁路分局鹰厦线永安机务段内,该方案对机车速度要求高,不能适应高速通过,同时无法克服过分相后合闸的电流冲击,因此,该方案目前未有进一步的研究和应用,未能实际投入使用。
1.2地面开关自动切换方案
在文献中提到此方案,日本新干线采用此方案,但是该方案投资大,图中的真空负荷开关QF,QF必须带负荷分断,过分相后合闸存在电流冲击。国内高校曾对此方案有过进一步的研究和试验,但是在投资成本和合闸电流抑制上均有一定的难度,该方案未能在实际应用中获得进一步的发展。
1.3车上自动控制断电方案
采用微机控制的电力机车的广泛应用,使得该方案能够成功的应用。
根据过分相预告信号的来源,可将车上切换方式分为手动和自动两种方式。手动方式即是由司机根据士囱甭的断、合标志牌,按过分相按钮来进行操作,其余控制功能与自动方式相同;自动方式即是在机车得到过分相预告信号后,首先进行确认,然后封锁触发脉冲,延时断开主断路器,使机车惰行通过无电区。在通过无电区后,由机车自动检测电网电压从无到有的跃变并确认,再合主断路器,顺序起动辅机,然后限制电流上升率,起动机车。该方案中,除分相预告信号与地面设施有关外,其余一切操作都由机车自动完成,无需人工干预。
地面信号的获取实际上是通过在地面埋设磁铁,在车上安装感应接收器的方式实现。广州铁路(集团)公司科研所研制开发的过分相系统通过单片机处理信号,磁铁预制在水泥轨枕内,磁铁表面低于轨枕面乃O一3田mnI,在离分相区两端约印m处的线路上,左、右各埋1块磁铁,一个分相区只需要4块磁铁。机车头部靠近钢轨处左右各设1个感应器,当机车通过磁铁时,感应器接收到信号,再由感应器向机车微机控制系统发送110V电平的预告信号。机车微机控制系统在收到该预告信号后延迟一定时间,向感应器发出一个20srn宽、110V电平的复位信号,使感应器复位,预告信号随之消失。所延迟的时间用于完成对预告信号的确认,封锁触发脉冲,等待电机电流衰减和断开主断路器,并留有一定余量。
目前,还存在一种射频卡及G玲定位方案闭,此方案是将射频卡固定在供电接触网上,通过定位和计算预告距前方分相点的距离,根据机车速度和射频卡定位微机系统自动进行过分相操作,与磁铁埋设方式相同。主要缺点是列车反方向运行时不能使用;射频卡损坏后要在供电接触网检修时间内作业,不能及时维修。本方案已在广深线、京广线实施。
在大秦线运营的以Dl型机车均采用了车上自动控制断电模式,通过轨道磁铁埋设的方式实现,其过分相逻辑为:
第1步:当机车通过轨道磁铁1时,机车右侧感应器感应磁铁1信号,车载计算机系统将从运行点的脉冲前沿接收到一个预告信号,经过计算延时时间t(包括司机指令回零时间、各辅助机组断开时间和主断路器断开时间)后,执行司机指令回零、主断路器断开动作;
第2步:当机车通过轨道磁铁2时,车载计算机系统将接收到一个强迫断信号,在脉冲前沿立即执行司机指令回零、断主断路器等动作;
第3步:当机车通过轨道磁铁3时,车载计算机系统将接收到一个恢复信号,根据机车控制的物理状态,闭合主断,释放指令;
若没有检测到轨道磁铁1,当机车通过轨道磁铁2时,车载计算机系统将立即自动切断司控器指令,断开主断;
若没有检测到轨道磁铁2,在轨道铁缸1检测至少85后自动进行对轨道磁铁2的检测。到达分相区时,如果尚未达到85,受电弓离线检测功能确保设备的电气保护;
若没有检测到轨道磁铁3,在检测到轨道磁铁4后,车载计算机系统执行第3步操作;
若没有检测到轨道磁铁4,对于车载计算机系统,轨道磁铁4只是作为轨道磁铁3的一个替代,如果没有检测到轨道磁铁4,将提示司机手动操作;当机车反向运行时,检测磁铁次序相反,其过分相逻辑与前述相同。
2试验分析
2.1牵引自动过分相
在牵引工况时,机车自动过分相试验结果。可见,机车接收到过分相预告信号后减载,牵引变流器关闭,VCB自动断开;但是其变流器中间直流电压略有上升,在主断断开期间内,手动打开空气压缩机(打强泵)进行负载突投后,辅助逆变器的CVCF和仍阿F输出电压保持不变。通过分相区接收到恢复信号后,vCB闭合,辅助变流器、牵引变流器依次恢复工作,恢复牵引工况。整个过程中牵引电流提升率及机车速度平稳,无需司机任何操作。
2.2电制动自动过分相
在电制动工况时,机车自动过分相试验结果。在机车接收到过分相预告信号后减载,牵引变流器关闭,VCB自动断开;其变流器中间直流电压略有上升,在主断断开期间内,手动打开空气压缩机(打强泵)进行负载突投后,辅助逆变器的VCCF和仍WF输出电压保持不变。通过分相区接收到恢复信号后,vCB闭合,辅助变流器、牵引变流器依次恢复工作,恢复电制动工况。整个过程中牵引电流提升率及机车速度平稳,无需司机任何操作。
2.3惰行自动过分相
在惰行工况时,机车自动过分相试验结果。过分相前机车处于惰行工况,牵引变流器不工作,辅助变流器工作;接收到过分相预告信号,VCB断开;其变流器中间直流电压略有上升,在主断断开期间内,手动打开空气压缩机(打强泵)进行负载突投后,辅助逆变器的CVCF和VVVF输出电压保持不变。通过分相区接收到恢复信号后,VCB闭合,恢复惰行工况。整个过程中机车速度平稳,无需司机任何操作。
3结论
通过以上分析可以看出,在3种自动过分相方案中,应用于大秦线瓜Dl型电力机车采用的车上自动过分相方案可顺利通过无电区、实现换相供电,在牵引、电制动、惰行3种工况下,其系统表现良好、机车运行平稳,通过进一步的研究和运用,此方案将能获得更大的使用价值。
