浅谈动车组过分相实现方式-深圳坐动车可直达温州 杭州 南京 上海

邵秀海++袁旭景

中图分类号：U231.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0291-01

1.概述

我国电气化铁路使用25KV单相工频交流供电方式。为了保持电力系统三相负载平衡，

提高电网的电能利用率，电气化铁路采用分段分相供电方式，各相之间设有分相区。

我国电气化线路采用车载自动过分相方式，即只允许动车组使用断开主断路器的方式通过分相区。目前动车组过分相装置主要分为磁钢感应器式过分相装置（简称GFX-3A）和列车自动运行保护系统过分相装置（简称ATP）两种，ATP过分相装置分CTCS2和CTCS3两种控制系统，在CTCS2和CTCS3两种控制系统中优先采用CTCS3系统。正常运行时，动车组优先使用ATP自动过分相。但由于运行线路的不同或ATP系统故障，CTCS2、CTCS3控制系统均无法使用时，列车会自动采取GFX-3A控制列车过分相区。当ATP和GFX-3A两者都无法正常工作时，可由司机对过分相装置进行隔离，通过手动方式控制列车过分相区。

2.磁钢感应器式过分相装置GFX-3A

2.1 过分相实现方式简述

动车组上装有过分相装置GFX-3A及磁钢感应器（磁钢感应器装在转向架上），在分相区附近轨道两侧装有磁钢。当车上磁钢感应器接收地面的磁钢信号后，GFX-3A主机对前方是否进入分相区或离开分相区进行判定。当接收到进入或离开分相区信号后，GFX-3A主机向动车组网络控制系统TCMS发出数字信号DI，由TCMS控制牵引变流器和主断路器进行相应操作。

图1为当动车组以200km/h速度（最高运营速度为250km/h）过分相区时，动车组断主断路器、合主断路器的示意图。图中，G1、G2、G3、G4为地面磁钢，“断”、“合”为地面指示牌。

2.2 进入分相区

当动车组按图1前进方向运行至分相区G1点时，GFX-3A主机通过磁钢感应器检测到进入分相区预告信号后，GFX-3A主机通过DI信号将进入分相区的预告信号传递给动车组TCMS。TCMS立即忽略牵引手柄设定的牵引力要求，并将进入分相区信号通过列车网络告知各牵引控制单元PCU。PCU收到进入分相区信号后，在限定时间内开始建立再生制动，以保持牵引变流器中间环节电压稳定，并且PCU控制不向接触网反馈电能。当到达TCMS计算的收到进入分相区预告指令后的限定时间时，TCMS断开主断路器。此限定时间根据动车组接收到进入分相区预告信号时的速度来确定。如果动车组进入分相区时的速度高，那么限定时间就短；如果动车组进入分相区时的速度低，则限定时间长，以保证在进入无电区前到达限定时间，使动车组在进入无电区前断开主断路器。

当动车组运行至分相区G1点，但GFX-3A主机并未通过磁钢感应器检测到进入分相区预告信号时，动车组不做任何动作，继续运行。当动车组到达G2点时，GFX-3A主机通过磁钢感应器检测到进入分相区强断信号，此时GFX-3A主机立即通过DI将强断信号告知动车组TCMS，TCMS立即通过列车网络将进入分相区信号传输至各PCU，并且立即断开主断路器。此时PCU在收到进入分相区指令后立即准备进入再生制动状态，但是能否在主断路器断开后进入再生制动状态，取决于进入分相区前动车组的状态：如果动车组进入分相区前正处于再生制动，那么PCU可以控制变流器以极短的时间进入再生制动状态，保持中间直流环节的电压稳定；如果动车组进入分相区前正处于牵引状态，那么在主断路器断开前，PCU就无法控制变流器进入再生制动状态，无法使中间直流环节的电压保持稳定；如果动车组在进入分相区前正处于惰行状态，那么在主断路器断开前PCU是否有足够的时间控制变流器进入再生制动状态，是否能够保持中间直流环节电压稳定，就取决于当时的动车组速度。

2.3 离开分相区

当动车组离开分相区运行至图1中的G3点时，GFX-3A主机通过磁钢感应器检测到过分相区恢复信号后，立即通过DI将恢复信号告知动车组TCMS，TCMS立即通过列车网络将恢复信号传输至各PCU，并将主断路器闭合，结束向各PCU发送进入分相区信号。同时PCU根据当前收到的牵引手柄位置信息，控制牵引变流器再次处于进入分相区之前的运行状态。

3.ATP过分相装置

ATP过分相装置分CTCS2和CTCS3两种控制系统， CTCS2是第二代动车组过分相控制系统，主要通过接收来自地面应答器的分相区信息，来控制动车组进行断开/闭合主断路器的过分相操作。CTCS3是CTCS2的升级版，主要通过铁路专用移动通信网络GSM-R天线接收来自地面无线闭塞中心RBC的线路信息，来控制动车组进行断开/闭合主断路器的过分相操作。CTCS3系统可降级为CTCS2，降级时，过分相方式与CTCS2相同。

图2和图3分别为CTCS2和CTCS3系统控制动车组过分相区示意图

就动车组断主断路器过分相区的方式来讲，无论使用GFX-3A还是使用ATP控制动车组过分相，其控制步骤基本都是相同的，只不过控制的时序参数略有不同。其目的都是使动车组在通过分相区时可以自动地断开或闭合主断路器，并且尽量保持牵引变流器中间直流环节的电压稳定，以保证辅助变流器不断电，车内的用电设备可以正常使用。

4.未来动车组过分相的发展趋势

我国的电气化铁路线路一般每隔20-30公里设置1个分相区，在分相区两端由不同的两相供电，这样就导致动车组在运行过程中频繁地出现供电电压、电流等参数的变化，导致过电压现象经常出现。如果动车组能够实现不断开主断路器，安全准确地自动通过分相区，则可大大提高动车组过分相的准确性，同时保持动车组的牵引力和运行速度，也可以提高线路的综合运输能力，克服断电惰行过分相损失牵引力等问题。如果手动过分相、车载自动过分相二者与不断开主断路器全自动过分相形成冗余，则可实现真正意义上的自动过分相。在动车组正常运行时，由全自动过分相装置控制（不需断开主断路器），若全自动过分相装置故障时，可由地面RBC控制中心告知动车组，转换为车载自动过分相或手动过分相方式（需断开主断路器），从而大大提高动车组牵引供电系统运行的安全可靠性。