自动过分相原理

第二节 工作原理
本系统是基于免维护地面定位技术的车载自动过分相控制系统。

机车通过感应地面定位信号确定机车与分相点的相对位置，地面定位和机车感应信号分别采用斜对称埋设和备份接收，以保证自动过分相的安全和可靠。

图5 地面感应器的埋设方式
如图5所示，预先根据要求在每个分相区前后分别埋设两个地面感应器。

以机车Ⅰ端向前运行为例，安装在机车Ⅰ端左侧的感应接收器设为1号，右侧设为2号，Ⅱ端左侧的感应接收器设为3号，右侧设为4号(如图6所示)。

图6 地面感应接收器在机车上安装位置示意图
机车按图5箭头方向运行在通过地面磁性感应器时，T2号或T4号感应接收器接收到车位定位信号(G1感应器信号)，控制装置记录机车即时速度V ，控制装置根据速度计算出延时时间t ，t=170m/v-t 0，t 0时间包括司机指令回零时间、各辅助机组断开时间、劈相机断开时间和主断路器断开时间。

同时，司机台的过分相指示灯亮，表示控制装置已接收到分相点前车位定位信号，控制装置开始进行自动过分相控制。

经过延时t 后，控制装置分别执行司机指令回零，通风机、压缩机和劈相机断开动作，最后执行主断路器断开动作。

机车无负荷通过分相区间后，如控制装置的任何一个感应接收器接收到车位定位信号，表明机车已通过分相区间，控制装置分别执行主断路器闭合，启动劈相机、压缩机和通风机，最 T3 T1
Ⅱ端
端
T4 T2
后恢复司机指令。

机车恢复原有状态。

司机台的过分相指示灯熄灭，表明控制装置已完成自动过分相控制。

在某些特殊情况下，如：地面感应器丢失、感应接收器故障或信号线断等原因。

控制装置的T2号或T4号感应接收器接收不到车位定位信号。

控制装置的T1号或T3号感应接收器接收到车位定位信号(G2感应器信号)，司机台的指示信号灯亮，表示控制装置已接收到车位定位信号，控制装置立即执行司机指令回零，通风机、压缩机、劈相机和主断路器断开动作。

2.1感应接收器
自动过分相的关键技术是定位，定位是否准确是系统准确性和可靠性的关键。

感应接收器安装在机车的转向架上，采用密封防水、防震设计处理，保证系统的可靠运行。

安装在机车转向架上的感应接收器通过地面感应器时，在感应接收器上感应一个幅值和宽度与机车运行速度相对应的信号。

感应接收器安装于机车下部转向架的两侧，共四个，前后相互备份。

感应接收器基于电磁感应原理，感应接收器线圈与地面感应器的磁场相结合，完成系统的定位识别。

具有识别准确度高、响应时间短、抗干扰能力强、无故障运行时间长等优点。

识别时间约为7ms，试验的最高速度达302km/h。

感应接收器的外型尺寸及管脚定义如图7所示
图7 感应接收器外型尺寸
感应接收器安装尺寸如图8所示
图8 感应接收器尺寸
车载自动过分相装置的感应接收器安装要求：距钢轨中心300mm±10mm，距钢轨踏面110mm＋10mm）。

2.2 地面感应器
地面感应器是嵌入到轨枕里的永久磁铁，具有耐高温、耐腐蚀、不会损坏等特点，适合安装在室外。

图9为安装有地面感应器的轨枕。

图9 地面感应器
2.3 控制系统
控制系统是由系统信号处理单元以及控制单元组成。

系统信号处理单元具有采集感应接收器接收的定位信号、机车运行方向、处理相应的信息、发出相关的信息指令、自诊断故障信息、输出显示信息等功能。

系统控制单元则由控制装置的执行电路来实现，主要功能是根据由系统信号处理单元输出的信号，控制牵引电流下降、通风机、压缩机和劈相机断开动作，最后执行主断路器断开动作。

通过分相区后，根据接收到的定位信号，控制闭合主断路器和控制牵引电流平稳上升。

在前进方向右侧的感应接收器分别接收到预告感应器信号和反向强迫感应器信号，以及前进方向左侧感应接收器分别接收到强迫感应器信号和反向预告感应器信号，自动过分相控制装置则屏蔽接收信号16秒后才开始接收感应信号，
否则将屏蔽感应接收信号2分钟后开始感应接收信号。

自动过分相控制装置在通电、屏蔽接收信号结束或通过分相区后进行一次自检。

自检不通过则速度/故障指示灯发出1Hz 的故障信号（红色和绿黄色指示灯交替亮），装置停止使用，采用手动控制过分相。

CRH 自动过分相装置原理
当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，由机车自动检测网压从无到有的跳变并确认，再合主断路器，顺序启动辅机，然后限制电流上升率，启动机车。

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。

在离分相区两端约60 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。

机车头部靠近铁轨处左右各设1个感应器，当机车通过磁铁时，感应器就接收到信号，再由感应器向机车微机控制系统发送110 V 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20 ms 宽、110 V 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。

但延时时间不能太长，必须保证机车开始进入分相区时使感应器复位，以便进行下一次的检测。

当机车驶离分相区时，感应器也相应动作，机车在经过同样延时后再次使感应器复位，而这一次感应器所发的信号没有实际意义，
它只是为了线路上车辆双向行驶的需要才设置的。

图1信号的时序图。

下载(2 KB)
预告信号与复位信号的时序
2007-7-22 17:52
机车上为了实现自动过分相的功能，一是必须在主断路器前设置25 kV的高压电压互感器，以便检知是否已过了分相区；二是利用微机系统已有的硬件：1个数字输入口用于检知预告信号，2个数字输出口，分别发出感应器复位信号及合主断路器命令。

自动过分相分主断路器命令，可与机车保护用的分主断路器命令合用，由软件来区分主断分的原因。

国产相控电力机车上一般都装有高压互感器，用于提供一次侧电压信号和检测无功功率。

所以为了实现过分相的自动控制，一般不需另行增加设备。

实现机车上过分相的自动控制，对微机控制的机车(如SS8、SS9、SS4B)来说是不难解决的，主要通过软件来实现；而对于模拟控制的相控机车(如SS4改、SS3B、SS6、SS6B)，则需进行改造，加装一些小设备；对于用调压开关进行调压的机车(如SS1、SS3)则较难于实现。

优点是：
(1) 投资最低，仅需解决过分相的预告信号问题。

(2) 主断路器只分断辅机的小电流，而不需分断牵引电机电流，因而对主断路器电寿命影响不大。

(3) 过分相区后能自动控制电流上升率，不会有冲击电流，对列车造成的冲动也比较小，
提高了乘客的舒适度。

(4) 过分相的自动控制与列车速度无关，可适应低速、常速、准高速和高速的要求。

(5) 预告信号的检测采用了2套冗余，所以使用可靠，没有发生过问题。

(6) 无需人工干预。

(7) 可以适应多弓的列车。

头车在接到分相预告信号后，发出命令到其他动力车，使各动力车几乎同时封锁脉冲和断开主断路器，由各车自己判断是否通过了分相区。

这样合主断路器命令是相继发出的，因而可减少整个列车牵引力的损失。

昆明至石林的动车组上有3台动车、3弓并举，就是采用这种方法自动过分相的。

缺点是：机车上有一段时间是断电的，且断电时间长，而断电时间的长短与通过速度有关。

假定分相处接触网供电死区长60 m，那就在分相区前60 m处设预告信号。

按SS8目前的控制软件，在预告信号收到后经430 ms(3次确认180 ms，封脉冲延时200 ms，主断路器分断50 ms)机车断电。

过分相区后经200 ms主断路器合、机车得电(3次确认180 ms，主断合20 ms)。

机车完全断电时间按下式计算：
下载(1 KB)
2007-7-22 17:52
若v1=160 km/h，v2=200 km/h，v3=250 km/h，v4=300 km/h，相应t1=2.47 s，t2=1.93 s，t3=1.498 s，t4=1.21 s。

机车过完分相、主断路器合后的情况，不论采用哪一方案都是相同的，这主要取决于辅机的启动时间和旅客的舒适度要求。

电机电流上升到额定电流约需4 s。

相对于4 s而言，在高速时影响甚微，而在低速时影响比较明显。