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摘要：本文阐述了电力机车2种主要的过分相控制方法，并对具体控制策略及控制逻辑实现进行了研究分析。电力机车过分相控制过程主要是通过TCMS列车网络控制系统实现的，同时，地面磁感信号、车载过分相装置及变流器等配合TCMS系统共同完成整个过分相过程。
关键字：过分相；TCMS；车载过分相装置；
1 引言
分相区是电气化铁路的无电区间。在电气化铁路牵引区段，牵引供电采用单工频供电方式，为使电力系统三相尽可能平衡，需进行单相分段供电，或者是将不同变电所供出的不用相位的电进行隔离。为防止相间短路，必须在各独立供电区之间建立分相区，各相之间用空气或绝缘子分割，称为电分相。分相区一般设置于交流电线路的变电站附近或两交流变电站供电区域的分隔处。在我国，电力机车运行距离远，因此，在运行区间的电气化铁路沿线，会存在多个分相区间。因此，研究过分相控制方法，使机车特别是重载货运机车能够平稳地，安全可靠地通过分相区具有重要意义。
2 过分相信号配置
2.1地面信号配置
在分相区附件设置有4个磁钢信号，如图2.1所示。机车按箭头所示方向运行，依次通过G1、G2、G3、G4磁钢，G1代表“过分相预备”，G2代表“过分相强迫”，G3代表“过分相恢复”，G4在该列车运行方向时可不使用，即在过分相控制过程中只用到G1，G2和G3三个磁钢信号，因为考虑到机车如果按相反方向运行，而不改变车载过分相装置布线，因此地面磁钢按对称方式布置。如果机车按相反方向运行，G4代表“过分相预备”，G3代表“过分相强迫”，G2代表“过分相恢复”。
图2.1地面磁感信号布置方式
2.2列车信号配置
列车应装有满足标准要求的车载过分相装置，TCMS系统通过采集该装置的信号实现自动过分相功能。同时，机车安装有半自动过分相按钮，TCMS系统通过采集该按钮同时参考接触网电压状态的变化实现半自动过分相功能。涉及的输入输出信号见表2.1。
表2.1过分相输入输出信号
通常，司机室激活端的车载过分相装置处于激活状态，非激活端的车载过分相装置不工作。司机室激活的车载过分相装置用于采集地面磁感信号，并传输给TCMS系统。通过表2.1可知，预告信号G1和恢复信号G3作为车载过分相装置的共用输出端，结合图2.1可知，TCMS可根据时序关系来区分出该信号的具体含义。
3 过分相控制
3.1自动过分相控制
当车载过分相装置无故障时，机车自动过分相功能自动处于激活状态，过分相过程的开始和结束均以地面磁钢信号为准。自动过分相的控制策略为：当机车控制系统收到预告信号G1时，控制系统将根据预先设定分相区距离S1及当前运行速度V实时控制机车卸载牵引或电制动力Tq，保证在达到强断信号G2电前Sr米距离时，将牵引/电制动力卸载至零，然后断开主断路器。当列车通过分相区后，控制系统检测到接触网电压恢复或收到恢复磁钢信号G3后，控制系统将控制主断路器自动闭合，并再次给出司控器主手柄当前设定值的牵引力或定速控制功能的设定力继续运行。过分相卸载/加载过程示意图参考图3.1。
如果由于信号干扰或其它原因导致控制系统未收到预告信号G1，而直接收到强断信号G2时，无论牵引/电制力的卸载程度如何，控制系统将立刻封锁牵引，然后立即断开主断路器，避免机车带电进入无电区。
对于有过分相不间断供电需求的机车，在过分相断主断过程中，辅助逆变器由主变流器中间直流回路供电的列车，在自动过分相过程中，如速度达到技术要求时，辅助电源应不中断，相应辅机应正常工作。用状态机方法实现自动过分相控制策略，如图3.2所示：
状态机中，State0代表初始状态；State1代表控制系统收到自动过分相预告信号后，进入减载控制逻辑状态；State2代表控制系统完成了牵引力卸载和分主断控制操作，进入等待过分相恢复信号状态；State3代表控制系统收到自动过分相恢复信号，开始进入恢复状态；State4代表控制系统完成主断闭合和牵引力恢复动作，状态机回到初始状态等待下一次自动过分相开始。
图3.2 自动过分相过程
3.2半自动过分相控制
当TCMS控制系统接收到半自动过分相按钮指令时，将忽略来自车载自动过分相装置发出的信号直至本次半自动过分相完成或终止。
当控制系统接收到半自动过分相指令时，控制系统将立刻封锁牵引（或以较大的斜率完成牵引/电制力卸载），当卸载完成后，立即断开主断路器。
当列车通过分相区后，控制系统检测到接触网电压恢复正常，控制系统将控制主断路器自动闭合，并再次按照给定斜率恢复司控器主手柄当前设定值的牵引力或定速控制功能的所需的设定力。半自动过分相的重点在于TCMS需根据网压状态变化（高网压->低网压->高网压）判断机车已经通过无电区，网压回复正常后，TCMS需进行主断牵引力恢复操作。
在半自动过分相过程中，如需人为中断半自动过分相，可通过断主断指令终止半自动过分相过程。
状态机中，State0代表初始状态；State1代表控制系统收到半自动过分相按钮信号进行减载、分主断控制逻辑；State2代表控制系统完成牵引力卸载和分主断控制操作，同时控制系统判断机车已经进入了无电区，等待过分相恢复状态；State3代表控制系统检测到机车驶出无电区，接触网电压恢复到正常状态；State4代表控制系统完成主断闭合和牵引力恢复动作，状态机回到初始状态等待下一次半自动过分相开始。
4 重联过分相控制
当机车重载时，往往需要重联运行，因此重载重联机车通过分相区通常需要考虑2个问题：一是进入分相区时，避免列车牵引力损失过快，如果损失过快，机车可能不容易通过分相区；二是出分相区时，保证所有机车出分相区后再闭合主断路器，这就要求重联车在出分相区的控制上存在时序上的差异性。可以按照以下策略进行重联过分相控制。
图4.1 重联过分相示意图
进入分相区时，可以考虑2种方案：
方案1：首尾重联车同时减载，同时分主断。操控节机车TCMS接收车载过分相装置信号或半自动过分相按钮信号后，同时把过分相信号通过列车总线发送到从控车。所有重联车按照上文所述同时进行牵引/电制力卸载与分主断控制。
方案2：首尾重联车分别减载，分别分主断。操控节机车TCMS接收车载过分相装置信号或半自动过分相按钮信号后，按照上文所述进行牵引/电制力卸载与分主断控制，同时把过分相信号通过列车总线发送到从控车。从控车考虑计算精度及中间拖车长度数据等因素，计算卸载与分主断时机，保证在强断前完成卸载和分主断控制。该方案可保证位于列车尾部的机车不过早的损失牵引力。
首车通过分相区后，禁止所有重联车同时进行合主断控制，首尾重联车应分别合主断，并分别进行牵引/电制力加载控制。
参考文献
[1]姚孝刚.电力机车自动过分相装置的程序[J].铁道机车车辆，2001.1
论文作者:鲁振山,刘宇婷
论文发表刊物:《防护工程》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/29
标签：过分论文; 信号论文; 机车论文; 控制系统论文; 牵引力论文; 代表论文; 状态论文; 《防护工程》2018年第4期论文;