摘要：目前，我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步设计根据机车实际情况，采用监控系统为主，RFID射频和GPS为辅的方案设计：由于机车上的监控系统成熟稳定，能准确提供公里标、车速、车站号、线路号、支线号等数据，所以利用监控系统进行分相位置定位，精确定位误差在10m左右，再利用现有RFID射频识别与GPS信息做为辅助定位手段进行多重定位技术，提高了准确性和可靠性。
关键词：RFID射频；自动过分相装置；GPS；多重定位技术
引言
电力机车自动过分相功能检测系统是保证电力机车自动过分相的功能正常可靠，保证电力机车安全自动通过分相点的有效手段。电力机车自动过分相功能检测系统包括3个部分的检测：（1）检测车载的自动过分相装置是否正常可靠。（2）检测电力机车运行区段内各分相点的4个地面信号是否未丢失或被破坏，并可被车载的自动过分相装置正常准确的接收。（3）检测车载的自动过分相装置的外部配件（主要是机车感应接收器，简称机感器）、自动过分相装置与机车的连线及它们之间的配合是否正常。车载的自动过分相装置经过长时间（达到一个检修期）的运行，可能会因为机车的振动而造成部件的松动及内部连线的松脱；也可能会因为运行途中灰尘的侵入和受潮导致内部电路的短路和烧损；也可能由于机车本身的故障而导致装置内部的损坏；内部继电器元件的触头也可能因灰尘集结等而接触不良。所以自动过分相装置需定期检测。在电力机车运行区段内的各分相点埋有4个地面信号，各为1个永磁铁。理论上说它们是免维护的，可长期使用。但因为永磁铁埋设在轨枕内，在野外无人看守的地方，可能会因人为破坏，如被人偷走而丢失；另外，车载的机感器可能会被异物撞击及其它原因而偏离位置导致不能可靠接收到地面信号。所以各分相点的4个地面信号是否未丢失和未被破坏，并可被车载的自动过分相装置正常准确的接收也需定期检测。车载的自动过分相装置的机感器安装在机车的走行部，有的安装在排障器上，有的安装在焊接于转向架的支架上。机感器可能会被异物撞击而损坏；机感器到自动过分相装置的连接线也可能因碎石等异物的击打而断裂；自动过分相装置到机车的信号线和控制线可能会因为机车检修及其它原因未正确连接。所以需检测车载的自动过分相装置的外部配件（主要是机感器）、自动过分相装置与机车的连线及它们之间的配合是否正常。如何完成上述三方面的检修呢?一方面需司机和检修人员按照《自动过分相系统维修手册》做好日常的维护、辅修系统的检修维护、小修系统的检修维护和中修系统的检修维护等；另一方面增加专用的维修设备来保证检修质量。
1系统工作原理
图1合主断卡示意图
该装置基于车载监控系统和RFID（无线识别系统）的车载自动过分相装置。机车位置识别以车载监控为主，RFID为用于备份和故障诊断，以保证自动过分相的安全可靠性。在每个相点无电区前安装两个定位卡，设置一个监控定位点，在无电区后设置一个合主断卡，如图1所示。当机车运行到接近无电区前时，主机根据车载监控数据定位依次向机车发出降电流和分主断信号。当机车越过分相区后，主机根据车载监控数据与检测到的接触网电压信号或合主断卡信息向机车发出合主断及升流信号。车载监控定位识别机车运行线路、方向及距离前方相点的距离，确定机车位置与分相点位置，RFID阅读器与射频卡配合起到辅助监督和备份的作用，双识别手段更有效地提高了系统的可靠性。1）车载监控正常，RFID故障当到达车载监控805m处时，开始车载监控分主断计程，按照车载监控定位信息、车速计算位置，进行降流，分主断。2）车载监控定位和RFID识别系统均正常当到达车载监控805m处时，开始车载监控分主断计程；到达275m主机根据车速计算出分主断位置后，先降流至“0”位，控制机车分主断。当读车载监控出现错误时，以RFID识别系统定位，当识别到1#卡后，按1#卡位进行575m分主断计程；识别到2#卡后，以2#卡位进行275m分主断计程。主机根据车速计算出分主断位置后，先降流至“0”位，控制机车分主断。3）当机车越过无电区后，当过无电区计程100m后或者识别到5#（6#）卡、检测到网压信号由无到有变化，设备就发合主断信号给机车合主断回路，保证机车合主断的可靠性。有网压信号变化后，设备发合主断信号给机车。机车预备信号完成，零位离零，等劈相机机1、2启后，主机控制机车逐级升流至断主断前的级位。
2系统的软件设计
自动过分相装置系统的软件设计分为两大部分：断电过程控制和断电恢复过程控制。自动过分相装置在开机时对装置的主要通道进行自检，在装置的运行过程中，定期对这些通道进行检查，其中包括4路地感器信号输入通道、3路控制状态信号输入通道和1路速度信号输入通道。对发现的问题做相应的标记，当装置已不能完成过分相的控制过程时，封锁装置的执行通道，并点亮相应的信号灯。
图2断电过程软件设计流程图
为了保证机车安全可靠的通过分相点，装置加入了冗余信号。信号1与信号2互为冗余；信号3与信号4互为冗余；信号5、6、7与信号8互为冗余。
图3断电后恢复过程软件设计流程图
3真空开关涌流与过电压的研究与解决
3.1涌流的限制
在本装置的自动换相中，电力机车通过中性段时将产生瞬间失电，而失电后进入另一相时，在电力机车用电回路中产生很大的涌流容易造成电力机车过流保护启动跳闸。本装置在设计中充分利用线圈L1、L2自身的阻抗作用，使涌流得到了大幅度的限制。从实际测试波形图可以看出涌流已得到抑制。机车涌流峰值主变压器原边是正常工作电流的1.84～2.57倍，为280～360A，未超过韶山1型机车400A的保护整定值。而机车辅机电路的涌流值是正常工作电流的2.5～3.75倍，为1160～2100A，未超过2800A的保护整定值。
3.2真空开关操作过电压问题及解决方案
真空断路器在投切操作时，可能出现操作过电压。过电压主要有截流过电压和电弧重燃过电压。较高的过电压将给电气设备带来严重危害，甚至造成设备损坏。利用真空开关分段投入接触网时，容易产生合闸涌流，较大的合闸涌流也将造成设备损坏。根据线路牵引负荷情况，利用真空开关自动投切，关键是解决过电压和合闸涌流2个问题。在设计中把电磁控制回路能量的释放确定在一个恒定的时间范围内，设定几何结构的分段绝缘器进行配合，与分合时间为20～25ms的开关主回路进行组合，通过电力机车受电弓滑板的滑动调节，形成一个电磁系统控制能量负反馈回路，同步与跟踪主回路电流过零点的封闭反馈网络，由网络自身的负反馈使装置精确地在电流为零点时开断。由于实现了电流过零开断，因此截流值趋向于零，克服了过电压的产生。同时也避免了重燃过电压的产生。通过3万多次的运行试验，本装置、接触网、电力机车、牵引变电所从未发生因过电压造成的各类故障。
3.3监控系统
为了监视本装置运行情况，采用无线电子监控设备监视装置的运行状态，并将装置动作情况通过无线发送设备发出信息，传送到牵引变电所接收装置，由变电所值班人员监视运行状况。
结语
经过以上设计的过分相装置，地面的地传感器与地面控制自动过分相兼容技术在高坡区段可以大幅减小机车冲动，防止断钩事故的发生，提高列车的安全运行条件，由于中性段连续供电，可以防止机车掉入无电区，经过在肃宁北与黄骅港区间段一年多的运行，安全可靠，达到设计要求。
参考文献：
［1］梁琰，李刚，陶兴华，等.多路绝缘电阻测试仪的设计［J］.计算机测量与控制，2007，15（12）：1858-1861.
［2］沈涛.环形供电直流系统的绝缘检测解决方案［J］.冶金动力，2005（5）：13-15.
论文作者:张峰,高峰,张茂
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/7
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