新型电力机车自动过分相装置的研究∗

黄 俊

（湖南铁道职业技术学院 株洲 412001）

1 引言

现有电力机车自动过分相装置一般采用RFID射频识别信息与GPS定位相配合判断分相绝缘区的位置，再根据机车的速度计算出操控机车运行电流及主断路器分合的时间；控制机车的电子屏柜相应设备动作，以控制机车主断路器分合，同时控制对应的运行电流。由于GPS定位在线路运行中，常出现信号不稳定、定位不可靠等问题，目前只是摆设，只能靠RFID射频识别信息，一但射频识别信息出错，该系统就不能正常工作。

本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。

2 系统工作原理

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。

3 装置硬件设计

系统硬件框图如图2。

图2 系统硬件框图

其硬件位置图如图3所示。

图3 硬件位置图

3.1 车载监控装置

机车上监控系统，主机通过RS485通信可实时读出机车当前位置，精度高，再与主机中的数据表比较，可以预先准确知道分相点在前方的位置，当机车到过分相点相应位置时，控制自动过分相动作。

3.2 车顶定位识别器（RFID射频阅读器）

RFID射频阅读器作为自动过分相装置的辅助定位器件，由两部分组成：识别器（S1566/S156640，车载），射频卡（S1456，分相点前承力索上吊挂），其工作原理如图4所示。

图4 RFID硬件组成示意图

4 机柜的设计实现

4.1 主机与显示器

主机外观及尺寸如图5所示；显示器外观及尺寸如图6所示。

图5 主机外观及尺寸图

4.2 车顶定位识别装置

外观及尺寸如图7所示：与原装置完全互换。

图6 显示器外观及尺寸图

图7 车顶定位识别外观及尺寸图

5 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8 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9 断电后恢复过程软件设计流程图

6 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。

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