关于动车组自动过分相逻辑分析及优化

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266109

0 引言

动车组运营过程中发现带负载过分相故障，尤其是重联运营动车组发生带负载过分相故障时对车辆及弓网造成损伤，严重危及行车安全，影响行车秩序。经调查该动车组自动过分相功能正常，但在自动过分相过程中人为干预时或发生模式切换异常时会由于逻辑不完善，导致下一个分相区动车组主断路器未断开，动车组带负载经过分相区。本文对过分相工作原理、故障原因及改善建议进行阐述，改进了自动过分相逻辑，有效避免了软件逻辑缺陷导致的带载过分相。

1 动车组自动过分相的意义

我国电气化铁道采用的是单相工频交流供电制式，而发电厂提供三相电源，接触网不可避免地要设置电分相设施，以平衡三相供电负荷，动车组长距离行驶过程中，必然会经过接触网的分相区。自动过分相功能能够保证动车组在进入分相区前主断路器自动断开，离开分相区后主断路器自动闭合，使动车组安全通过分相区，而无需进行升降弓。[1]

2 动车组过分相模式

该动车组过分相分为三种模式分别为:手动过分相、磁钢过分相、ATP过分相。以上3种模式中，手动过分相优先级最高，其次根据线路条件自动切换ATP过分相[2]或GFX过分相。

2.1 手动过分相 任意时刻操作手动过分相按钮，立即进入手动过分相过程，封锁牵引，800ms后断开主断路器(长编或重联动车组同时断开)。

当网络检测到网压上升至门槛值后，累积行驶150m(长编或重联动车组累积行驶400m)，解除牵引封锁并闭合主断路器(长编或重联动车组同时闭合)，手动过分相结束。

图1 手动过分相时序图

2.2 磁钢过分相及ATP过分相 磁钢过分相(简称GFX过分相)，网络收到ATP(或GFX)输出的进分相指令(ATP/GFX均为上升沿有效)后，封锁牵引，延时800ms后断开VCB(长编或重联动车组同时断开VCB)。

网络收到ATP(或GFX)输出的出分相指令(ATP下降沿有效、GFX上升沿有效)后，累积行驶150m(长编或重联动车组累积行驶400m)，解除牵引封锁并闭合主断(长编或重联动车组同时闭合)，ATP(或GFX)过分相结束。

图2 GFX过分相时序图

图3 ATP过分相时序图

3 动车组过分相故障调查分析

3.1 人为干预导致的过分相异常 某重联动车组运行途中，司机在进入分相区列车惰行时操作VCB断开，经过后续一个分相区时发生了带负载过分相故障。

3.2 过分相方式异常切换导致的过分相异常 某重联动车组运行途中，在无人为干预的情况下发生了带负载过分相故障。

4 原因分析

4.1 人为干预导致的过分相异常原因分析 故障时刻前一个分相区内，司机在列车惰行期间操作VCB断开，网络启动人为干预模式，屏蔽后续自动过分相控制，但因程序设计时未将列车惰行区间包含在过分相过程，未停止本次自动过分相控制，出分相时主断自动闭合，进而导致进入下一个分相区时故障发生。逻辑流程图如下:

图3 手动干预流程图

由流程图可见，由于分相区惰行区域的人为干预导致本次过分相过程结束后，网络屏蔽自动过分相，进入等待人为控制状态，经过下一分相区时无人为指令输入，进而发生车辆带负载进入分相区故障。

4.2 过分相方式异常切换导致的过分相异常原因分析 故障时刻前一个分相区内，网络收到ATP输出的过分相方式选择信号发生异常切换，因程序设计时未将列车最后惰行区间包含在过分相过程，导致在ATP过分相实际未结束时又激活GFX过分相，在下一分相区前接收到磁钢预告信号时执行GFX出分相，VCB在分相区内自动闭合，导致故障发生。时序图如下:

图4 手动过分相时序图

由时序图可见，过分相方式选择信号为高电平时执行ATP过分相方式，主断路器断开后方式选择信号异常变为低电平，GFX过分相功能激活，此时ATP过分相与GFX过分相逻辑均执行，GFX预告信号作为进分相信号发出主断断信号，ATP出分相信号控制主断闭合出分相，但GFX逻辑仍在过分相中，进入故障分相区GFX首先接收预告信号开始累积400米距离合主断，在此过程中过分相方式选择信号为高电平，ATP过分相有效，接收到ATP进分相信号后控制主断断开，后因累积距离达到400米，GFX过分相逻辑控制主断闭合，进而发生车辆带负载进入分相区故障。

通过分析发现，故障发生的根本原因为:各自动过分相方式逻辑设计不完善，不同过分相方式相互切换退出机制不明确，甚至由于设计缺陷允许不同过分相方式逻辑并存且控制过分相过程。

5 动车组自动过分相逻辑优化

基于过分相“主断断开优先、慎重闭合”原则，对以上运营过程中发现的逻辑缺陷提出优化建议，具体如下:

出分相闭合主断前增加网压信号判断，若网压未恢复不执行出分相闭合主断指令。

针对人工干预自动过分相过程，发生的过分相异常进行优化:即人工干预时立即退出其他过分相模式。具体如下:

人工操作主断路器断掰键干预，车辆立即退出GFX/ATP过分相模式，保持主断路器断开，直至手动操作主断路器闭合。

手动操作VCB合掰键干预，当车辆处于“GFX分相区间”或“ATP分相区间”或“手动过分相区间”时，且全列有网压(重联或长编动车组分组独立判断网压)时，退出过分相状态，闭合VCB并恢复牵引。

针对过分相方式异常切换，发生的过分相异常进行优化:即进入ATP过分相模式后，屏蔽GFX过分相不允许切换模式。具体如下:

收到ATP的发来的“过分相选择”指令为高电平时，进入ATP过分相模式，同时屏蔽GFX过分相模式并且整个过程不允许选择信号进行切换。

6 结束语

车辆多种过分相方式往往是因为我国铁路不同区段条件不同，有些区段还不能运行在中国列车运行控制系统CTCS-2或者CTCS-3[3]环境下，今后CTCS-4级列车控制系统[4]可能更加先进更加普及，不再需要多种分相方式，但目前多种过分相方式逻辑优化仍存在讨论的意义。

国产动车组面向更加智能化与数字化方向迅速发展，车辆功能逻辑必然越来越复杂。某些情况下车辆单个功能逻辑正常，在多种因素叠加的特殊情况下往往出现少量难以避免的缺陷，正是由于这些缺陷正不断被修复，国产动车组必然越来越完善，越来越智能。