地面自动过分相系统列车位置检测及智能复原技术

肖培龙

（北京电铁通信信号勘测设计院有限公司，北京 100036）

电气化电力牵引供电区段，两个不同牵引变电所供电分界点之间会存在相位差，电力机车受电弓经过电分相区时，会产生瞬间高电压，拉弧烧损接触网设备和受电弓。

为了解决电气化区段电力机车安全越过电分相问题，目前一般在分界点处设一段无电过渡区，通常称为分相区，让电力机车断电后滑过分相区，然后再接通新相区接触网供电。

1 电力机车过分相区的传统方法

目前在我国电力机车过分相区的传统方法主要有：司机人工确认断电法、地面设备通知司机人工断电法以及车载设备自动断电法。

1.1 司机人工确认断电法

本办法为最原始断电法，在地面自动通知设备或车载自动过分相设备故障时，仍采用本方法。

在分相区地面设立断电标、禁止双弓标、合电标，以及准备降弓标、降弓标、升弓标，由司机根据地面标志牌提示进行操作，人工控制降落受电弓。当列车滑行越过分相区时，再由司机人工控制升起受电弓，让列车安全越过电分相区。

此种断电法，司机劳动强度大，司机必须时刻注意地面标志牌。在车速不高的情况下，司机尚可应付，一旦车速较高，此种过电分相区的方法将存在较大安全隐患。

1.2 地面设备通知司机人工断电法

此办法由地面设立通知设备，在列车接近电分相区时，自动通知司机注意降弓操作，在列车越过电分相区时，再自动通知司机采取升弓操作。目前一般采用磁钢作为自动通知设备使用。

此种方式，已明显减轻了司机劳动强度，但还不能完全解放司机，升降弓操作仍需由司机来完成。

1.3 车载设备自动断电法

地面设备自动通知车载设备，并由车载设备自动切断车辆与接触网的连接，使列车自动滑行越过电分相区，再由地面设备通知车载设备自动接通接触网供电，确保列车安全越过电分相区。

此方案已广泛应用于高速铁路及客运专线。通常采用信标应答器作为通知设备。但在普速线路，也有采用磁钢、射频非接触卡等设备作为通知设备。

2 地面自动过分相与车载自动过分相差异性分析

目前，国际上自动过分相区的方法主要有两种：一种是以欧洲为代表的车载设备自动断电过分相，习惯称为车载自动过分相；另一种是以日本为代表的地面设备自动切换供电过分相，习惯称为地面自动过分相。

车载设备自动过分相与地面设备自动过分相之间的差别，主要在于过电分相时的供电方式。车载设备自动过分相是由地面设备通知车载设备自动断电后滑行过分相，然后再供电；地面设备自动过分相是由地面设备自动切换供电分区、在列车不断电前提下自动过分相。

车载自动过分相因要失电滑行通过电分相区，列车运行速度将会有所降低，线路运能也会受影响。此种方式是由车载设备自动跳闸断电、再切换供电通过分相区，车载设备动作频繁，对车载设备真空断路器生命周期影响较大，维修更换不便。

地面自动过分相采用列车位置检测方式，预先为列车准备同相供电分区，当列车完全进入同相分区时，再由地面设备自动切换供电分区，确保列车同相通过电分相区。此方式主要在电分相区地面设置自动转换设备，列车上无需安装转换切换设备，日常维护检修作业均改在地面，减轻车辆维修压力。

3 地面自动过分相系统简单工作原理

地面自动过分相系统，其工作原理很简单，平常接触网中性区处于A相区供电状态（以正向运行为例，如图1所示），当列车完全进入接触网中性区时，真空断路器跳闸，改由B相区向接触网中性区供电，如图2、3所示，真空断路器切换时间不大于0.3 s，当列车完全出清中性区后，再将中性区电源改为A相供电，以便下次列车运行。

当列车反方向运行时，在列车反向接近分相区时，需先将接触网中性区电源由A相供电改为B相供电，如图4所示，以保证列车安全进入接触网中性区。当列车完全进入中性区时，再将中心区电源切换至A相供电，如图5所示，以利列车安全驶入A相区。列车驶出中心区并完全驶入A相区后，中性区仍保留A相区供电，以便下次正向列车运行，如图6所示。

4 列车位置检测

地面自动过分相系统主要依赖于列车位置检测技术，通过列车位置检测设备通知真空断路器跳闸切换时机，进而实现列车不失电通过电分相区（瞬间失电时间不大于0.3 s）。

列车位置检测技术有多种，主要有利用轨道电路检测方式、计轴设备检测方式、磁钢设备检测方式、射频卡检测方式等。

轨道电路检测方式，是在原有区间自动闭塞轨道电路基础上叠加一套互不干扰的轨道电路设备，或充分利用既有区间自闭轨道电路，综合设计和考虑，共同使用。

计轴检测方式，是在电分相区独立设置计轴设备，利用计轴特性构成列车位置检测条件。目前有在单轨条设置的方案，也有在双轨条上设置的方案。

磁钢检测方式，是目前车载设备自动过分相的常用检测方式，也可用于地面自动过分相列车位置检测，但其安全可靠性还有待于进一步验证。

射频卡检测方式，是一种较新的检测方案，但需在列车上安装相应的射频卡，对列车交路规定较严，其他未安装射频卡的列车不能上道运行。

经综合分析，结合我国自动闭塞特点，考虑到地面自动过分相系统特性要求，从故障-安全角度出发，选用计轴设备作为地面自动过分相区列车位置检测设备，采用单轨条布置计轴点并冗余配置。采用轨道电路作为列车位置检测，效果会更好，但必须与区间自动闭塞系统一并设计，综合考虑，资源共享。考虑到我国维修体系，以及工程实施难易程度，还是推荐采用计轴系统设备，独立使用。具体如图7所示。

其中：A、B点计轴设备为列车正向接近电分相区检测设备，同时也作为列车正向完全进入接触网中性段的检测设备，反方向运行时又作为列车进入A相区检测条件及反向复原检测条件；B、C点为列车正向进入接触网中性段的检测条件，反向运行时又作为列车完全进入接触网中性段及出清接触网中性段的检测条件；C、D点为列车正向完全进入接触网中性段的检测条件，同时也是列车正向完全出清接触网中性段的检测条件，反向运行时作为列车进入接触网中性段检测条件；D、E点是列车进入B相分区的检测条件，同时也是反方向运行列车完全进入接触网中性段的检测条件；E、F点是列车正向完全进入B相区的检测条件，也是反方向运行列车接近中性区的冗余检测条件；F、G点是反向运行列车接近检测条件。

5 冗余配置

列车位置检测在地面自动过分相系统中有着举足轻重的作用，一旦其故障，整个系统则立即停用，严重危及行车安全。

考虑到计轴系统设备特点，在遇干扰或故障情况下，一时难以恢复正常，严重危及行车安全。故很有必要采用冗余配置技术。

从图7计轴设备布置图可以看出，C点是正向运行时A、B点设备的冗余配置，一旦A、B点设备故障，只要列车正向进入C点（设计时已将BC间隔设计为大于一列车长），表明列车已完全进入中性段，即将接触网中性段由A相供电改为B相供电，确保A、B点故障时地面自动过分相系统仍能正常工作。同时C点也是反向运行时判断列车完全进入中心区的冗余检测点，在D、E点故障情况下，仍能由C点冗余设备发挥重要作用。

F、G点是列车正向运行时D点或E点故障情况下的冗余配置点。在列车正向出清中性区时，即使D、E点故障，仍能由F、G点设备提供中性区切换信息，让接触网中性区由B相供电改为A相供电，以便后续列车正常进入分相区。

E点是F、G点故障情况下反向运行列车检测冗余配置点。反向运行情况下，必须在列车接近分相区时，先将接触网中性区A相供电电源改为B相供电，然后才能让列车安全进入中性区，故反向接近列车检测必须冗余配置。

6 智能复原

采用计轴作为列车位置检测设备，在遇干扰而多计轴或少计轴的情况下，系统复原一般均需人工参与。但接触网分相区一般在区间较多，电分相区大多无人值守，在遇计轴设备故障情况下，很有必要采用智能复原技术。

利用列车顺序占用、顺序出清的时序逻辑特点，在列车完全出清电分相区后，若有某一点计轴设备未能及时复原，则可判定该点多计轴或少计轴，应予以立即清零复原。在计轴设备配置中，采用冗余配置也是智能复原技术的关键一环。利用冗余配置，即使某一计轴点故障，也不会影响整个地面自动过分相系统正常工作，通过周边计轴点设备工作状况予以判断。只要其与相邻计轴点有差异，即可说明其发生故障。待周边计轴点复原后，通过智能判断即可清零复原。

在首尾两端计轴点均无计轴数情况下，若中间某点计轴设备突然计数，则说明有干扰存在，该点计轴数可以予以清零复原。

在首尾两端首个计轴点故障情况下，一时难以判断是列车真正占用还是干扰引起计数，但通过冗余配置后不影响系统正常使用。待后续各点计轴设备正常计轴后，即可判断该首个计轴点设备是否工作正常。若不正常计数，则予以清零复原。

在列车运行方向末端最后一个计轴点设备故障情况下，通过冗余配置，对系统正常复原不会有影响，但不能判断列车是否完全出清该计轴点，利用列车运行移动授权命令是由信号系统自动闭塞设备提供的条件，线路上还有一套信号系统设备检测列车占用情况，待下一列车接近本分相区时，表明本分相区已经无车占用，后续列车可以通过运行，或既使前行列车长期停在最末计轴点内方，后续列车也很难跟进至接触网中性区（追踪安全距离不够），故在后续列车越过中性区C点后，即可将最末一个计轴点计轴数予以清零复原。

7 结语

通过武广客运专线乌龙泉站试验以及铁科研环行道试验，表明列车位置检测方案及智能复原技术方案可行，现场试用情况良好，可以在客运专线推广使用。

采用地面自动过分相系统后，可以减轻司机劳动强度，减缓机车车辆维修周期压力，提高线路通行能力。但我国目前客运专线均按车载自动过分相系统设计，机车车辆也是按车载自动过分相系统标准设计，CRH3型车失电保护恢复时间过长，不能确保列车失电时间不大于0.3 s的技术条件，在CRH3型车失电保护恢复时间内仍需滑行通过分相区，失去了地面自动过分相区的优势，且目前尚无配套的地面自动过分相系统标准、规范，要想推广使用地面自动过分相系统，还有很多工作需要去做。

[1] 廖军华．铁路技术创新，2011（第1期）自动过分相地面感应装置在高速铁路中的应用

[2] 朱学辉，陈玉泉，张虎年，等．关节式电分相线索烧损原因及防范措施[J]．电气化铁道，2007(4)：32-35.