新型電力機車自動過分相裝置的研究?

黃 俊

（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 株洲 412001）

1 引言

現(xiàn)有電力機車自動過分相裝置一般采用RFID射頻識別信息與GPS定位相配合判斷分相絕緣區(qū)的位置，再根據(jù)機車的速度計算出操控機車運行電流及主斷路器分合的時間；控制機車的電子屏柜相應(yīng)設(shè)備動作，以控制機車主斷路器分合，同時控制對應(yīng)的運行電流。由于GPS定位在線路運行中，常出現(xiàn)信號不穩(wěn)定、定位不可靠等問題，目前只是擺設(shè)，只能靠RFID射頻識別信息，一但射頻識別信息出錯，該系統(tǒng)就不能正常工作。

本設(shè)計根據(jù)機車實際情況，采用監(jiān)控系統(tǒng)為主，RFID射頻和GPS為輔的方案設(shè)計：由于機車上的監(jiān)控系統(tǒng)成熟穩(wěn)定，能準確提供公里標、車速、車站號、線路號、支線號等數(shù)據(jù)，所以利用監(jiān)控系統(tǒng)進行分相位置定位，精確定位誤差在10m左右，再利用現(xiàn)有RFID射頻識別與GPS信息做為輔助定位手段進行多重定位技術(shù)，提高了準確性和可靠性。

2 系統(tǒng)工作原理

該裝置基于車載監(jiān)控系統(tǒng)和RFID（無線識別系統(tǒng)）的車載自動過分相裝置。機車位置識別以車載監(jiān)控為主，RFID為用于備份和故障診斷，以保證自動過分相的安全可靠性。在每個相點無電區(qū)前安裝兩個定位卡，設(shè)置一個監(jiān)控定位點，在無電區(qū)后設(shè)置一個合主斷卡，如圖1所示。

當(dāng)機車運行到接近無電區(qū)前時，主機根據(jù)車載監(jiān)控數(shù)據(jù)定位依次向機車發(fā)出降電流和分主斷信號。當(dāng)機車越過分相區(qū)后，主機根據(jù)車載監(jiān)控數(shù)據(jù)與檢測到的接觸網(wǎng)電壓信號或合主斷卡信息向機車發(fā)出合主斷及升流信號。

車載監(jiān)控定位識別機車運行線路、方向及距離前方相點的距離，確定機車位置與分相點位置，RFID閱讀器與射頻卡配合起到輔助監(jiān)督和備份的作用，雙識別手段更有效地提高了系統(tǒng)的可靠性。

1）車載監(jiān)控正常，RFID故障

當(dāng)?shù)竭_車載監(jiān)控805m處時，開始車載監(jiān)控分主斷計程，按照車載監(jiān)控定位信息、車速計算位置，進行降流，分主斷。

2）車載監(jiān)控定位和RFID識別系統(tǒng)均正常

當(dāng)?shù)竭_車載監(jiān)控805m處時，開始車載監(jiān)控分主斷計程；到達275m主機根據(jù)車速計算出分主斷位置后，先降流至“0”位，控制機車分主斷。當(dāng)讀車載監(jiān)控出現(xiàn)錯誤時，以RFID識別系統(tǒng)定位，當(dāng)識別到1#卡后，按1#卡位進行575m分主斷計程；識別到2#卡后，以2#卡位進行275m分主斷計程。主機根據(jù)車速計算出分主斷位置后，先降流至“0”位，控制機車分主斷。

3）當(dāng)機車越過無電區(qū)后，當(dāng)過無電區(qū)計程100m后或者識別到5#（6#）卡、檢測到網(wǎng)壓信號由無到有變化，設(shè)備就發(fā)合主斷信號給機車合主斷回路，保證機車合主斷的可靠性。

有網(wǎng)壓信號變化后，設(shè)備發(fā)合主斷信號給機車。機車預(yù)備信號完成，零位離零，等劈相機機1、2啟后，主機控制機車逐級升流至斷主斷前的級位。

3 裝置硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件框圖如圖2。

圖2 系統(tǒng)硬件框圖

其硬件位置圖如圖3所示。

圖3 硬件位置圖

3.1 車載監(jiān)控裝置

機車上監(jiān)控系統(tǒng)，主機通過RS485通信可實時讀出機車當(dāng)前位置，精度高，再與主機中的數(shù)據(jù)表比較，可以預(yù)先準確知道分相點在前方的位置，當(dāng)機車到過分相點相應(yīng)位置時，控制自動過分相動作。

3.2 車頂定位識別器（RFID射頻閱讀器）

RFID射頻閱讀器作為自動過分相裝置的輔助定位器件，由兩部分組成：識別器（S1566/S156640，車載），射頻卡（S1456，分相點前承力索上吊掛），其工作原理如圖4所示。

圖4 RFID硬件組成示意圖

4 機柜的設(shè)計實現(xiàn)

4.1 主機與顯示器

主機外觀及尺寸如圖5所示；顯示器外觀及尺寸如圖6所示。

圖5 主機外觀及尺寸圖

4.2 車頂定位識別裝置

外觀及尺寸如圖7所示：與原裝置完全互換。

圖6 顯示器外觀及尺寸圖

圖7 車頂定位識別外觀及尺寸圖

5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

自動過分相裝置系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為兩大部分：斷電過程控制和斷電恢復(fù)過程控制。

自動過分相裝置在開機時對裝置的主要通道進行自檢，在裝置的運行過程中，定期對這些通道進行檢查，其中包括4路地感器信號輸入通道、3路控制狀態(tài)信號輸入通道和1路速度信號輸入通道。對發(fā)現(xiàn)的問題做相應(yīng)的標記，當(dāng)裝置已不能完成過分相的控制過程時，封鎖裝置的執(zhí)行通道，并點亮相應(yīng)的信號燈。

圖8 斷電過程軟件設(shè)計流程圖

為了保證機車安全可靠的通過分相點，裝置加入了冗余信號。信號1與信號2互為冗余；信號3與信號4互為冗余；信號5、6、7與信號8互為冗余。

圖9 斷電后恢復(fù)過程軟件設(shè)計流程圖

6 結(jié)語

經(jīng)過以上設(shè)計的過分相裝置，地面的地傳感器與地面控制自動過分相兼容技術(shù)在高坡區(qū)段可以大幅減小機車沖動，防止斷鉤事故的發(fā)生，提高列車的安全運行條件，由于中性段連續(xù)供電，可以防止機車掉入無電區(qū)，經(jīng)過在肅寧北與黃驊港區(qū)間段一年多的運行，安全可靠，達到設(shè)計要求。

［1］梁琰，李剛，陶興華，等.多路絕緣電阻測試儀的設(shè)計［J］.計算機測量與控制，2007，15（12）：1858-1861.LIANG Yan，LI Ggng，TAO Xinghua，et al.Design of multi channel insulation resistance tester［J］Journal of comput?er measurement and control，2007，15（12）：1858-1861.

［2］沈濤.環(huán)形供電直流系統(tǒng)的絕緣檢測解決方案［J］.冶金動力，2005（5）：13-15.SHEN Tao.Insulation detection solution of DC power sup?ply system［J］Journal of metallurgical power，2005（5）：13-15.

［3］魯巖，王強，李通，等.基于51單片機的手持式絕緣電阻測試儀的設(shè)計［J］.電子世界，2011（5）：40-42.LU Yan，WANG Qiang，LI Tong，et al.Design of portable insulation resistance tester based on 51 single chip micro?computer［J］.Electronic world，2011（5）：40-42.

［4］崔生榮，聶鵬，崔新宇.絕緣漏電流傳感器的低溫試驗研究［J］.高電壓技術(shù)，2002（5）：5-7.CUI Shengrong，NIE Peng，CUI Xinyu.Experimental study on low temperature insulation leakage current sensor［J］.High voltage technology，2002（5）：5-7.

［5］喬楠楠，任家富，楊旭超.數(shù)字絕緣電阻測試儀的設(shè)計［J］.儀器儀表用戶，2011，18（5）：33-35.QIAO Nannan，REN Jiafu，YANG Xuchao.Design of digi?tal insulation resistance tester［J］.Instrument user，2011，18（5）：33-35.

［6］佘金濤，陸鴻，謝資明，等.新型絕緣電阻測試儀的開發(fā)［J］.計量裝置及應(yīng)用，2010，3（1）：31-34.SHE Jintao，LU Hong，XIE Ziming，et al.Development of a new type of insulation resistance tester［J］.Metering de?vice and Application，2010，3（1）：31-34.

［7］傅元，鞠躍.絕緣電阻測試儀的高壓電源設(shè)計［J］.電子元器件應(yīng)用，2009，11（5）：51-54.FU Yuan，JU Yue.Design of high voltage power supply for insulation resistance tester［J］.Electronic Component&Device Applications，2009，11（5）：51-54.

［8］蔡啟仲，鄒光波.絕緣電阻測試儀高壓可控電源與量程切換電路設(shè)計［J］.自動化與儀器儀表，2012（1）：98-99.CAI Qizhong，ZOU Guangbo.Design of high voltage con?trollable power supply and range switch circuit for insula?tion resistance tester［J］.Automation and instrumentation，2012（1）：98-99.

［9］趙夢欣，陳國峰，余偉成.直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測的直流漏電流法改進方案［J］.電力系統(tǒng)自動化，2009（14）：83-88.ZHAO Mengxin，CHEN Guofeng，YU Weicheng.Improve?ment of DC leakage current method for DC system insula?tion monitoring［J］.Power system automation，2009（14）：83-88.

［10］蔡婷婷，王巖.直流系統(tǒng)在線絕緣檢測裝置的研究［J］.科技傳播，2012（12）：99-100.CAI Tingting，WANG Yan.Research on on line insula?tion detecting device for DC system［J］.Science and tech?nology communication，2012（12）：99-100.