电力机车过分相装置的装车改造与安装与试验毕业论文

1、 . PAGE53 / NUMPAGES54毕业设计（论文）电力机车过分相装置的装车改造与设计、安装与试验摘要随着国铁路的跨越式发展，铁路进行了六次大的提速，电气化铁路也在我国得到了越来越多的普与在交流的电气化铁路上，牵引供电网采用单相工频流供电方式，铁路上每隔2030km，就有一个段长约30米的无电区，此处称为分相区。传统的过分相方法是由司机手动进行分合闸操作，但是当列车高速行使时，机车每小时通过十几个分相点。这样也给司机带来很大的工作量，并且会因为司机的疲劳驾驶产生很多安全隐患为了使列车安全，快速的通过分相区，各国研究不同的过分相方案流行的方案主要有三种：地面开关自动切换方案，柱上开关自动

2、断电方案和车载自动控制断电方案其中车载自动过分相方案设计简单，为了保证机车运行的可靠性，我们添加了机车定位系统。本系统是由RFID定位系统，GPS定位系统组成。首先，本文介绍了定位系统准确判断机车到达分相区的工作原理。车上自动过分相控制最关键的技术是要能够精确、可靠地识别分相点位置。本改造设计以韶山6B型电力机车为实际依托，对一整套车载自动过分相控制系统进行了实际的分析。并对控制系统和定位系统的实现进行了论述。对于本系统的可靠性，本文也进行了比较详细的论述。 基于RFID和GPS的自动过分相系统已经在广深，肃黄等多条铁路线上投入使用，运行情况良好。关键词：RFID定位系统，GPS定位系统，过分

3、相，可靠性AbstractWith the development of the national railway industry,China railway experienced six speed increasedElectrical railway was prevalenced all around the countryPhaseSplitter exited at intervais 2030 km in AC electric railwayElectrolocomotive going through phase-Splitter reliably is always a

4、 problem to be solvedThe traditional way to pass the PhaseSplitter is operated by handWhen the train driving in high speed it should passes more than ten phasesThere are realy some hiden trouble behind this condition and it is very easy to make drivers feel tiredMany countries have had researchedSom

5、e ways to solved problem，that how to pass the phase-Splitter quickly and safyThere are three popular methods following：“onbody automatic convert”，“on-Pole automaticconvert”and“gound automatic converttf”.As above conven methods，on-body automaticconvert is easily designed，more credible and it cost les

6、sSo we designed locomotive antomatic passing over of neutral section systern based on build-up Orientation The system is make up of：RFlD oriental systemGPS oriental system First，the paper discusses the truth of the train position oriented by RFID and GPS in detailThen it discuss the constitutes and

7、the theory of the main operatorWe have designed the whole systern for the SS6B electrical train for automatically passing the Phase-SplitterOn a set of automatic on-board neutral-section passing system for practical analysis. And the control system and system software is presented in the paper. For

8、the reliability of the system, this article also undertook comparative detailed treatise.At the same time，the principle of system reliability design is given，stronglystrengthen the system reliability designThis system is now running in the Guangshenand SuHuang railway lineIt works smoothlyKeywords：R

9、FID，GPS，Phase-Splitter，Credibility目录TOC o 1-8 h u HYPERLINK l _Toc20826 Abstract PAGEREF _Toc20826 3 HYPERLINK l _Toc6143 目录 PAGEREF _Toc6143 4 HYPERLINK l _Toc32608 第1章 绪论 PAGEREF _Toc32608 7 HYPERLINK l _Toc20349 1.1课题研究背景 PAGEREF _Toc20349 7 HYPERLINK l _Toc25562 1.2 改造设计电力机车自动过分相装置的目的与意义 PAGEREF

10、 _Toc25562 7 HYPERLINK l _Toc4697 1.3关于SS6B型电力机车 PAGEREF _Toc4697 8 HYPERLINK l _Toc5892 1.4我国自动过分相装置应用情况 PAGEREF _Toc5892 9 HYPERLINK l _Toc8123 1.4.1地面转换方式 PAGEREF _Toc8123 10 HYPERLINK l _Toc11232 1.4.2柱上开关自动转换方式 PAGEREF _Toc11232 11 HYPERLINK l _Toc5446 1.4.3车上自动转换式 PAGEREF _Toc5446 11 HYPERLINK

11、 l _Toc28033 1.4.4主要技术参数与性能比较 PAGEREF _Toc28033 13 HYPERLINK l _Toc11709 1.4.5 讨论 PAGEREF _Toc11709 14 HYPERLINK l _Toc16306 第2章 SS6B机车自动过分相系统介绍 PAGEREF _Toc16306 15 HYPERLINK l _Toc18821 2.1 系统组成 PAGEREF _Toc18821 15 HYPERLINK l _Toc1512 2.2系统设备图 PAGEREF _Toc1512 15 HYPERLINK l _Toc14428 2.2.1 控制装置

12、 PAGEREF _Toc14428 15 HYPERLINK l _Toc19096 2.2.2 车载感应接收器 PAGEREF _Toc19096 16 HYPERLINK l _Toc13771 2.2.3 信号指示 PAGEREF _Toc13771 16 HYPERLINK l _Toc29290 2.2.4 地面磁性感应器 PAGEREF _Toc29290 17 HYPERLINK l _Toc22039 2.3自动过分相装置主要功能 PAGEREF _Toc22039 17 HYPERLINK l _Toc25059 2.4自动过分相系统的一般工作原理 PAGEREF _Toc

13、25059 17 HYPERLINK l _Toc11690 2.5针对自动过分相系统的改进 PAGEREF _Toc11690 18 HYPERLINK l _Toc11054 2.5.1现有自动过分相装置存在的问题 PAGEREF _Toc11054 18 HYPERLINK l _Toc6410 2.5.2 改进方案的提出 PAGEREF _Toc6410 18 HYPERLINK l _Toc26154 2.6 RFID系统与GPS系统的介绍 PAGEREF _Toc26154 19 HYPERLINK l _Toc7394 2.6.1 RFID系统的组成与识别原理 PAGEREF _

14、Toc7394 19 HYPERLINK l _Toc14308 2.6.3 射频卡S1456 PAGEREF _Toc14308 20 HYPERLINK l _Toc7441 2.6.4 RFID系统识别原理 PAGEREF _Toc7441 20 HYPERLINK l _Toc12254 2.6.5 GPS卫星定位系统在过分相系统中的工作原理 PAGEREF _Toc12254 22 HYPERLINK l _Toc16815 第3章 控制装置与机车各部件的改进与调试 PAGEREF _Toc16815 24 HYPERLINK l _Toc14851 3.1 机车感应器的改进 PAG

15、EREF _Toc14851 24 HYPERLINK l _Toc25187 3.1.1 机车感应器实际运行的发现的问题 PAGEREF _Toc25187 24 HYPERLINK l _Toc9505 3.1.2 机车感应器的改进方案 PAGEREF _Toc9505 24 HYPERLINK l _Toc30239 3.2 调试通电前检查 PAGEREF _Toc30239 25 HYPERLINK l _Toc9424 3.3 感应接收器的调试 PAGEREF _Toc9424 25 HYPERLINK l _Toc13778 3.4 控制装置的调试 PAGEREF _Toc1377

16、8 25 HYPERLINK l _Toc10938 3.4.1 控制装置上电自检 PAGEREF _Toc10938 25 HYPERLINK l _Toc5801 3.4.2 通过控制装置试验按钮进行试验 PAGEREF _Toc5801 26 HYPERLINK l _Toc27544 3.4.3 通过划动磁铁进行高压试验 PAGEREF _Toc27544 27 HYPERLINK l _Toc30853 3.5 GPS定位系统试验 PAGEREF _Toc30853 28 HYPERLINK l _Toc27842 3.5.1GPS性能测试 PAGEREF _Toc27842 28

17、HYPERLINK l _Toc17521 3.5.2室静态定位试验 PAGEREF _Toc17521 29 HYPERLINK l _Toc20444 3.5.3室外动态定位试验 PAGEREF _Toc20444 29 HYPERLINK l _Toc10021 3.6阅读器与射频卡可行性试验 PAGEREF _Toc10021 30 HYPERLINK l _Toc25053 3.6.1射频卡性能试验 PAGEREF _Toc25053 30 HYPERLINK l _Toc1875 3.6.2车载动态试验 PAGEREF _Toc1875 30 HYPERLINK l _Toc201

18、90 3.6.3接触网现场静态试验 PAGEREF _Toc20190 30 HYPERLINK l _Toc6045 第4章 自动过分相系统的安装使用 PAGEREF _Toc6045 31 HYPERLINK l _Toc15021 4.1各部件的安装要求 PAGEREF _Toc15021 31 HYPERLINK l _Toc1854 4.1.1 自动过分相控制装置的安装尺寸 PAGEREF _Toc1854 31 HYPERLINK l _Toc14137 4.1.2 灯显指示盒的安装 PAGEREF _Toc14137 32 HYPERLINK l _Toc368 4.1.3 转换

19、插座的安装 PAGEREF _Toc368 32 HYPERLINK l _Toc705 4.1.4 感应接收器的安装 PAGEREF _Toc705 33 HYPERLINK l _Toc21406 4.1.5 地面磁感应器的安装 PAGEREF _Toc21406 34 HYPERLINK l _Toc17545 4.1.6 机车相关电路与说明 PAGEREF _Toc17545 34 HYPERLINK l _Toc24948 4.2自动过分相装置的使用说明 PAGEREF _Toc24948 35 HYPERLINK l _Toc11546 4.3 自动过分相装置的一般检查 PAGER

20、EF _Toc11546 35 HYPERLINK l _Toc20132 4.3.1通电试验前检查 PAGEREF _Toc20132 35 HYPERLINK l _Toc22919 4.3.2自动过分相控制装置通电自检 PAGEREF _Toc22919 36 HYPERLINK l _Toc13197 第5章 自动过分相装置的装车接线 PAGEREF _Toc13197 37 HYPERLINK l _Toc6623 5.1 机车布线 PAGEREF _Toc6623 37 HYPERLINK l _Toc7273 5.1.1取样电路 PAGEREF _Toc7273 37 HYPER

21、LINK l _Toc31801 5.1.2执行机构： PAGEREF _Toc31801 37 HYPERLINK l _Toc20148 5.2车载控制装置与机车控制回路接线图 PAGEREF _Toc20148 39 HYPERLINK l _Toc18673 5.2.1芯插座 PAGEREF _Toc18673 39 HYPERLINK l _Toc28383 5.2.2芯插座 PAGEREF _Toc28383 40 HYPERLINK l _Toc16920 5.3 自动过分相车载装置的相关说明 PAGEREF _Toc16920 40 HYPERLINK l _Toc12434

22、5.3.1技术指标 PAGEREF _Toc12434 40 HYPERLINK l _Toc18216 5.3.2过分相系统各项技术参数 PAGEREF _Toc18216 41 HYPERLINK l _Toc19976 5.4 装置装车接线校线说明 PAGEREF _Toc19976 41 HYPERLINK l _Toc18289 5.4.1校线说明 PAGEREF _Toc18289 41 HYPERLINK l _Toc10061 5.4.2接线说明 PAGEREF _Toc10061 41 HYPERLINK l _Toc224 第6章 自动过分相装置的日常故障处理与维护 PAG

23、EREF _Toc224 43 HYPERLINK l _Toc12389 6.1 日常维护 PAGEREF _Toc12389 43 HYPERLINK l _Toc13836 6.1.1地面磁感应装置的日常维护和定期检修 PAGEREF _Toc13836 43 HYPERLINK l _Toc19874 6.1.2车载装置的日常维护 PAGEREF _Toc19874 43 HYPERLINK l _Toc7604 6.2可靠性设计措施 PAGEREF _Toc7604 44 HYPERLINK l _Toc30642 6.2.1机车定位故障，相应的可靠性设计 PAGEREF _Toc3

24、0642 44 HYPERLINK l _Toc7948 6.2.2车速度故障，相应的可靠性设计 PAGEREF _Toc7948 45 HYPERLINK l _Toc18825 6.3运行注意事项 PAGEREF _Toc18825 45 HYPERLINK l _Toc9680 6.4故障基本处理方法 PAGEREF _Toc9680 46 HYPERLINK l _Toc11286 6.4.1信号处理器故障指示灯闪烁 PAGEREF _Toc11286 46 HYPERLINK l _Toc6947 6.4.2 制动机系统故障产生的惩罚制动 PAGEREF _Toc6947 47 HY

25、PERLINK l _Toc3791 6.4.3“零压”、“主断”指示 PAGEREF _Toc3791 47 HYPERLINK l _Toc24067 第7章 总结与展望 PAGEREF _Toc24067 48 HYPERLINK l _Toc27573 致 PAGEREF _Toc27573 50 HYPERLINK l _Toc8929 参考文献 PAGEREF _Toc8929 51 HYPERLINK l _Toc9731 附录1 PAGEREF _Toc9731 53第1章 绪论1.1课题研究背景 随着国铁路跨越式发展，铁路进行了六次大提速使人们乘坐火车更加舒适安全，便捷。然而

26、随之带来机车的原有的技术已经无法满足要求。随着国民经济和科学技术的发展，电气化铁路正在我国迅速普与。在电气化牵引区段，牵引供电网采用单相工频交流供电方式“1。为使电力系统三相负荷平衡和提高电网的利用率，电气化铁路的供电接触网采用分段换相供电，在换相点有一段绝缘物将两相接触网电气分隔，即每隔20km30km左右就有一段长约30米的无电区，此处称为分相区。为了避免拖带电弧损坏供电设备，电力机车通过分相区时必须断电惰性，传统的电力机车过分相的方法是机车司机按照线路上设置的断合标志进行手动操作：接近分相区时，先将机车操纵手柄回零，再断开主断路器，通过分相区后，再以相反的顺序操作。这种手动操作通过分相区

27、的主要问题是：在准高速、高速线路上，一辆机车每小时要通过十多个分相区，频繁通过分相区时，手动操作很难把握最佳的分主断时刻，也无法控制最佳的降电流和升电流速率，因而造成较多的机车速度损失和较大的机车冲动。这不仅影响旅客乘车的舒适度，也会缩短机车设备的使用寿命。同时司机操作稍有疏忽或了望不与时就会拉电弧烧分相绝缘器，直接危与设备与行车安全。当运行速度达到200300kmh时，1840m的电分相中性区仅需001800305s的时间，靠人工分合闸，是无法实现的。因此，传统的手动切换方式已无法适应我国电气化铁路的发展，尤其无法满足高速电气化铁路发展的需要。自动过分相装置的改进就显得尤为重要。1.2 改造

28、设计电力机车自动过分相装置的目的与意义 我国电力系统供电网络采用三相交流方式供电，而在铁道电气化牵引区段，电气机车的供电方式采用单相工频交流方式。为使电力系统三相供电网络的负荷平衡以与提高电网利用率，电气化铁路接触网采用分段分相供电方式。为防止相间短路，各相间用空气或绝缘物分割，称为电分相。铁路供电网络的换相间隔为20km-30km，不同相位之间存在个长约30m的电分相区。为保证机车受电弓与铁路接触网的电寿命，必须保证车受电弓在无电流情况下进出分相区。传统的电力机车过分相技术采用车上手动切换方法，即电力机车通过分相区时，司机按照操作规，进行人为过分相操作。接近分相区时，司机先将机车调速手轮回零

29、（也称降流过程），再断开主断路器、辅断路器等器件，保证受电弓无电进入分相区机车利用惯性作用通过分相区后，再以相反的顺序操作，恢复机车电力供应。这种手动操作通过分相区的方法主要存在三个缺陷：第一，降低了行车安全。采用人工过分相方法，行车安全完全依赖于机车司机的注意力和技术水平，没有技术设备保障，对行车安全极为不利；第二，加大了司机的劳动强度；第三影响了行车速度。特别对高坡重载区段，手动过分相会引起机车大幅降速，延长咽喉区段的运行时间，降低线路运送能力。这种手动切换方式己无法适应我国电气化铁路重载和高速发展的需要，所以在运用自动过分相保证自动过分相装置的正常工作研究就显得十分必要。1.3关于SS6

30、B型电力机车SS6B型电力机车是在SS系列机车的设计平台上开发的一种交直型6轴货运电力机车，目前，已生产148台，分别用作京广线和宝凤线货运列车的牵引动力。SS6B型电力机车装有两台一样CO转向架，牵引电机的悬挂方式采用滚动抱轴承半悬挂，并采用单边直齿刚性齿轮传动方式。SS6B型电力机车车体为整体承载结构，用高强度低合金钢焊制而成。SS6B型电力机车装有一台牵引变压器，两台整流器，每台整流器给三台并联的直流牵引电机供电，每台牵引电机在故障情况均可单独隔离，保证其他电机正常工作，以提高机车的利用率。SS6B型电力机车空气制动采用SS系列电力机车使用的DK-1型电空制动机，动力制动采用加馈电阻制动

31、。SS6B型电力机车采用相控调压、有级磁场削弱方式，实现恒流、准恒速特性控制，机车司机室布置符合UIC6175规定牵引电机主要参数:型号ZD114额定功率： 800 kW额定电压： 1183V最高电压： 1020 V额定电流： 845A最大电流： 1200A额定转速： 960 r/min最大转速： 1925 r/min绝缘等级： C级(200)极数： 6极冷却方式： 外通风强迫冷却重量： 3680 kgSS6B机车主要参数:轴式： CO CO轨距： 1435mm前后车钩中心距： 21416 mm全轴距： 15800 mm转向架固定轴距： 2300+200 mm车轮直径： 1250 mm(新轮)

32、机车整备重量： 138t,允差： %轴荷重： 23 t电流制单相交流： 25 kV ，50 Hz持续制功率： 4800 kW持续速度： 50 km/h最高速度： 100 km/h起动牵引力： 485kN持续牵引力： 337.5kN电制动力最大： 280.3kN(10 km/h50 km/h)轮周电制动功率： 4029kW(50 km/h80 km/h1.4我国自动过分相装置应用情况 我国自20世纪80年代就开始研究相分段自动转换装置，由于受当时设备功能的限制，直到1994年底，采用真空开关的方案才在西正式实施并于1995年投入运行试验。鹰厦电气化铁路开通后，为解决高坡区段的电分相问题，安装了瑞

33、士AF公司的网上自动转换装置，1997年11月投入试运行。此后，京电气化工程中的广武站也采用了该类型过分相装置。对国外的自动过分相装置进行了综合经济技术比较后，广深线采用了地面磁铁传感、车上自动转换方式。2年多来，经过SS8电力机车、X-2000摆式列车与广九KTT双层列车的运行考验，较好地满足了200 km/h速度电力机车的运行要求。国自动过分相装置的分析比较如下。1.4.1地面转换方式铁路局科研所研究开发的接触网相分段自动转换装置，方案原理与日本的地面转换方式基本一样，机车通过分相区的断电时间约为0.100.15 s。系统构成见图5S1S5：真空负荷开关 D：三极隔离开关 D1、D2：单极

34、隔离开关 A r：避雷器 CT：电流互感器 PT：电压互感器 FU：熔断器 G1G4：机车位置传感器 图5地面开关自动转换方式构成图 G1G4为设置在线路上的无绝缘轨道电路，是机车位置传感器。S1S5为真空负荷开关，由控制系统按照传感器的信息自动控制其断开或闭合，其中，S1、S2为主用开关；S4、S5为检修备用开关；S3是S1、S5的在线备用开关，平时处于闭合位。当S1或S5发生拒分故障时，S3迅速分断，然后再闭合S2或S4。D为三极隔离开关，便于装置的投入或撤出；D2为单极隔离开关，在S3检修时将其旁路；D1为单极隔离开关，正常时处于分断位，在装置停用时，如中性段上有机车途停，D1闭合后机车

35、受电驶离中性段。这种过分相转换方式，中性段长度的确定必须考虑机车运行编组的多样性，对于单受电弓的列车或是双机重联、2台机车紧靠的列车，中性段的长度可以按双机长度来确定。对于双机重联，机车分布在首尾的列车或是多弓动力分散型列车，中性段要按整个列车长度来考虑。电力机车通过分相区后的合闸涌流最大可达机车原负荷的9.5倍，较大的电流冲击有可能造成电机环火，列车冲动也使乘坐舒适度降低。改进控制回路可以减小电流冲击，即机车上检测到连续60 ms无网压时，把司机手柄回到零，延时0.5 s，然后再重新启动机车。司机手柄由零位到(电流)额定值最大延时约46s。该方案经过试验改进后已在2个分相所投入使用。1.4.

36、2柱上开关自动转换方式1993年，铁路分局从瑞士AF公司引进2组自动分相装置，安装于鹰厦线杏林至前场区间。分相装置长7.3 m，如果机车速度为30 km/h，通过分相区时，机车受电弓失电时间为0.86 s，超过了SS1、SS4型电力机车零压保护整定时间（0.110%s），为此，调整了试验机车零压保护整定时间，为保证辅机可靠启动，还对控制回路进行了改造。该方案运行的可靠性与机车通过分相区时的速度有关，即通过速度必须在一定围。如果机车速度太低，机车尚未到达d点就过早地断电，靠惯性闯过无电区，则速度损失很大，严重时甚至接近停车；如果机车速度太高，机车通过a-c段的时间太短，A组开关线圈受电时间过短，

37、A组开关不能正常闭合，所以这种方案难于适应临时限速、一度停车等特殊情况。机车通过分相区过程中，开关A断开时，牵引电机电流由司机手柄给定值突变为零；通过无电区以后，由零突变为手柄给定值，产生很大的冲击电流，在辅机回路产生过电流，甚至引起机车主断路器跳闸。调整过流保护的时间参数后，情况有所改善，但电力机车电气系统的稳定性受到一定影响。在试运行过程中还发现，机车的三相接触器和受电弓滑板均有烧伤现象。这主要是机车进入分相区a-c段时，由于真空开关线圈的接入，在断口处产生电弧和机车上的网压突变造成的。1.4.3车上自动转换式地面磁铁传感车上转换方式广深线200 km/h电气化铁路为适应直通九龙的需要，采

38、用了地面磁铁传感、车上自动转换式过分相装置，全线上、下行共设5套。转换装置由接触网、地面磁铁和车上接收、控制设备3部分组成。接触网为七跨绝缘锚段关节，以减少硬点，减轻磨耗。地面磁铁安装在离分相区两端约60 m处的线路左、右两侧，固定在轨枕上，每分相处共安装4块。机车接收设备安装于转向架两侧，与地面磁铁在同一垂直面上，距离为120125 mm。车上安装个接收装置，相应的2个进行并联，提高装置的可靠性。当机车通过磁铁时，感应器接收到信号，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

39、感应器复位，预告信号消失。 延迟时间主要考虑完成对预告信号的确认、封锁发脉冲、等待电机电流衰减、断开主断路器和一裕度，延时时间不能过长，必须保证机车开始进分相区时使感应器复位，以便进行下一次检测。机车驶离分相区时，感应器也相应动作，机车在过同样延时后，再次使感应器复位，而这一次感器所发的信号只是为了线路上车辆反向行驶的需要才设置的。过分相信号的时序图如图6 图6预告信号与复位信号的时序进分相出分相这种自动转换方式，要利用机车微机控制系统的数字输入、输出口，检测预告信号、发出感应器复位信号与主断路器动作命令。电力机车必须在主断路器前设置25 kV电压互感器，以检测接触网电压。国产相控电力机车一般

40、都装有高压互感器，所以这种方案实现自动过分相，一般不需另行增加机车上的设备。这种转换方式，机车断电时间式中：l1为分相区接触网中性段长度，约60 m；l2为第一组电磁铁距中性段长度，60 m；0.43为机车收到预告信号至主断路器断开的时间（3次确认180 ms,封锁脉冲延时200 ms,主断路器分断50 ms）;0.2为收到信号至主断路器闭合的时间(3次确认180 ms，主断路器闭合20 ms)；若运行速度v分别为160，200，250，300 km/h，则相应的断电时间t分别为2.47，1.93，1.50，1.21 s。机车通过电分相，主断路器闭合后，可以自动控制牵引电流上升率，限制冲击电流

41、，对机车的机、电冲动较小。电流上升到额定电流约需4 s。这种车上自动转换方式，投资较低，设备可靠性高，检修维护简单。主断路器只分断辅机的小电流，而不需分断牵引电机电流，对主断路器寿命影响小，适应多种速度要求。对微机控制型机车(如SS8、SS9、SS4B)可以通过软件来实现，对模拟控制型相控机车(如SS4改、SS3B、SS6、SS6B)，需进行少量改造，对于用调压开关进行调压的机车(如SS1、SS3)则较难实现。1.4.4主要技术参数与性能比较地面开关自动转换、柱上开关自动转换和车上自动转换这3种过分相方案的主要技术参数与性能比较见表。容地面自动转换方式接触网柱上开关自动转换方式车上自动转换方式

42、允许最大车速/km.h260200300机车失压时间/s0.250.350.15（200km/h）1.22.5装置总长度/m20002350（货车）10001250（客车）13420（单弓）机车允许工作电流/A12002000/开关转换时间/ms2.02.820/开关寿命/万次10（电气）20（机械）20/开关维修时间/万次55（滑道调整）10（真空开关调整）/装置主要构成绝缘锚段开关，无绝缘轨道电路，真空负荷开关，隔离开关，互感器，避雷器，电源配电盒。分相绝缘器（由三组分段绝缘器组成），真空开关。绝缘锚段开关，地面磁铁，机车接收，控制装置。造价/万元40030约55主要优点机车断电时间短，可

43、以多弓运行。可适应单机或电气上互连的双机或动车组。能适应多种速度要求机车断电时间较短投资抵，检修维护简单，设备可靠性高。对机车的机，电冲击较少。（3）可适应单机或电气上互连的双机或动车组。（4）能适应多种速度要求主要缺点设备以与结构比较复杂，涉与专业多，维修造价高。选择分相位置受地形限制。对开关寿命，分合闸时间等要求高在过分相时产生过电流，过电压，烧伤机车设备。分相装置结构复杂。存在供电死区。对于国产电力机车需改造。需动作机车主断路器。机车有断电时间，与机车速度有关。机车需要进行相应的改造1.4.5 讨论（1）采用自动过分相装置，要根据实际运行的需要，速度在160 km/h以下时，除线路条件特

44、别困难外，一般可不考虑自动过分相装置。（2）速度为160200km/h时，可采用地面（磁铁）传感、车上自动转换的过分相装置，亦可作为高速电气化铁路的参考方案。（3）在高速200300 km/h时，自动过分相可采用车载控制式，利用行车指挥系统本身的功能来实现。（4）应积极研究采用可关断晶闸管与相应的微机控制装置。（5）自动过分相技术与电力机车的主电路、辅助回路、控制保护回路关系密切，因此，在研究自动过分相方案时，还要研究电力机车相关技术，以优化和改善自动过分相的整体技术性能。第2章 SS6B机车自动过分相系统介绍2.1 系统组成系统由地面磁性感应器、感应接受器（简称车感器）、自动过分相控制装置和

45、信号指示三部分组成，系统结构如下图12.2系统设备图2.2.1 控制装置图2 自动过分相控制装置安装图 主要对外部信号进行处理，实现对机车的自动控制。2.2.2 车载感应接收器图3 车感器安装图机车上的感应接收器是电磁感应线圈感应接收器安装于机车下部转向架的两侧，共4个，前后相互备份在机车行驶过程中，当感应接收器划过地面定位器时，感应接收器产生的感应电动势即为地面定位信号2.2.3 信号指示图4 信号指示器安装图2.2.4 地面磁性感应器图5 地面磁性感应器安装图 电力机车自动过分相地面磁感应装置是基于免维护地面定位技术的车载自动过分相控制系统的地面磁感应装置。机车通过感应地面定位信号确定机车

46、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。2.3自动过分相装置主要功能1、过分相前（接收第一个地感器信号）蜂鸣器蜂鸣提示，机车速度40km/h时，机车能自动退级，机车速度40km/h时机车不能自动退级。2、车越过断闸标时（接收第二个地感器信号）蜂鸣器蜂鸣提示，强迫机车断开主断路器，确保机车不带电过分相区。3、机车越过合闸标时（接收第三个地感器信号）蜂鸣器蜂鸣提示，表明已过分相区，司机合上主断路器并按原有方法操纵机车。2.4自动过分相系统的一般工作原理 机车运行至G，(G。)点，感应接收器感应到预告地面定位信号，信号处理器接收该信号并向

47、微机控制单元发出过分相预告断信号(持续3 s)，微机控制单元根据此时机车运行速度，控制牵引电机电流使其平稳下降到0，发出断“主断”信号给机车控制执行回路，控制机车断劈相机、断“主断”。当G1(G4)信号失效时，机车运行至G2(G3)点，自动过分相信号处理器接收强迫地面定位信号，并向微机控制单元发出过分相强迫断信号(持续1 s)，微机控制单元立即封锁电机电流，发出“主断”信号给机车控制执行回路，控制机车断劈相机、断“主断”在正常接收到G1(G4)信号时，G2(G3)信号(强迫断模式)不起作用机车通过分相(无电)区后，路过G2(G3)点时，信号处理器接收到合闸地面定位信号，继而发出恢复信号(持续3

48、 s)给微机控制单元，微机控制单元随即发出合“主断”信号给机车控制执行回路，控制机车合劈相机、合“主断”之后，微机控制单元控制电机电流缓慢恢复到过分相前的工况在正常接收到G2(G3)信号时，G1(G4)信号不起作用。 地面定位铺设方式2.5针对自动过分相系统的改进2.5.1现有自动过分相装置存在的问题（1）机车定位采用磁铁感应定位，如果磁铁发生丢失，失效等现象时，将直接影响到系统的正常运行，系统的可靠性不高。（2）在机车进入分相区前，此系统直接封锁晶闸管的触发脉冲，而没有设计降流过程，这样将直接影响到旅客长乘坐的舒适度，再者该系统也无法满足不同车速的机车通过分相区。 (3) 车载传感器电流随车

49、速降低而逐渐减弱，要达到一定的判断阀值，传感器必须具有较高的灵敏度，而灵敏度过高又会对在高速运行下散落在路基或枕木上的一般磁性体的误识别，使过分相定位的可靠性降低；(4) 埋在枕木中的钕铁硼磁块由于磁性较强，极易将散落在附近的磁性体或铁性物质吸附其上。改变磁场分布，大大降低了磁感应电流传感器工作的可靠性；(5) 为不使磁铁丢失而将磁铁铸在枕木中，使安装难度显著提高；2.5.2 改进方案的提出 针对以上存在的问题，经过多方面调研、论证，本人认为车载自动过分相方式的缺点经过努力是可以克服的；从机车运行的可靠性，技术的先进性、系统可靠性、目前国铁路现状与未来发展方向等因素考虑，本人提出了下面的一个改

50、进方案。即改善原设备的同时加装一套GPS和RFID双重机车定位系统，机车识别以RFID为主，GPS用于备份和故障诊断。采用射频识别对机车进行定位，有以下几个显著的优点：一个射频卡一个ID号，不易发生误识别现象；由于射频卡结构简单，被密封在名片大小的塑料壳，免于维护，可在恶劣的环境下工作；作为唯一的车外设备射频卡，可以安装在远离地面的承力索上，不易受到人为破坏；2.6 RFID系统与GPS系统的介绍2.6.1 RFID系统的组成与识别原理 RFID系统由两部分组成：阅读器和射频卡。 阅读器S1566本系统所使用的阅读器是由瑞典泰戈马斯特公司生产的RFID识别系统S1566系列。TagMaster

51、的射频识别(RFID)阅读器有极可靠的设计、极佳的性能和极灵活的用户适应性。本次研发所选用的阅读器型号为S156 S1566阅读器有如下特征： 阅读距离：最远可达6米(1)抗强电磁干扰。(2)提供RS232、RS485接口。(3)低RF功率输出，具有权威CE和FCC认证一无需其它授权。(4)易于实现有系统集成。技术参数；S1566I业级阅读器根据阅读器的设置和安装确定工作频率2435GHz至2465GHz阅读距离最远6米规格31020061mm电源12VDC或24VDC重量36kg功率6W36W存储：FLASHRAM16MB32MB工作温度-25摄氏度至+60摄氏度(5)可实现高速识别要求：最

52、高时速可达400kmh。下表1列出rSl566的技术参数，图2是S1566的外观：表1 S1566阅读器技术参数图2 S1566阅读器外观另外，阅读器的发射功率和接受灵敏度可通过软件指令调整。S1566阅读器具有运动检测功能，能够检测到车辆、人员、甚至更小的运动物体。S1566部存储容量大，具有置的数据库，便于实现单机与时、高效地运作。用户应用程序通过串行接口下载到阅读器，并存储在EEPROM。阅读器EEPROM中的数据库可容纳15000个标签信息，能够快速地完成阅读一核对一动作的过程。处理器模块包含一个实时时钟，一个看门狗。应用程序出错时，引起阅读器自动复位。通信器置一个可充电电池，为SRA

53、bl和实时时钟供电。一旦通信器上电，立即对充电电池充电。该充电电池的电量能够维持两周。2.6.3射频卡S1456 射频标签(即射频卡)S1455只读标签卡的频率为2456Hz，其阅读时间极其短，因此允许车辆以极快的速度通过。它是为适应恶劣环境和高低温度而特别设计的。典型应用于火车、高速度的机动车辆与其他快速运动的物体，可靠性很高。每个卡芯在出厂时已带有一个永久性的、独一无二的8位数身份编码。这个身份码同32位校验和进行比较，以此实现自动确认。 此项功能同具有随机间隔的反射阅读器信号相结合，就能在远距离同时阅读多标签卡时消除误读错误。环保型锂电池保证标签卡长距离、快速度的阅读。阅读器读卡的次数对

54、标签卡的寿命没有影响。临近工作寿命终结时，标签卡会产生一个状态位，通过阅读器软件向用户发出警示。S1456使用的锂电池是专门厂家生产的，其寿命为15年该锂电池满足安全标准，不含腐蚀性或放射性物质。2.6.4 RFID系统识别原理阅读器信息场为一个垂直于S1566通信器前面板的椭圆球体。如下图2.7.1所示。图2.7.1 读卡器S1566的信息场图2.7.2读卡器读卡围与收发状况 射频卡是一个无源ID号无线发射电路。当识别器从射频号附近通过时，射频卡接收识别器发送的电波信号，经过整流后作为射频卡的电源并启动发射电路将ID号发送给识别器，识别器收到这个ID号后传送给主控系统，作为一个带编号的定位信

55、号。 识别器读卡围是长轴长为6m，短轴长35m，夹角为70。的瓣状球形的信号场。读卡时间约为20ms，按此计算时速在315kmh以下，读卡没有问题。由识别器和射频识别卡组成的RFID系统是过分相过程中位置信息识别的主要手段。其中识别器安装在机车顶部，射频卡固定在电力接触网的承力索上。图 2.7.3 单线射频卡安装示意图射频卡在分相点的安装位置如图2.7.3，图2.7.4所示。由于识别器安装于机车项部，工作环境比较恶劣，因此为识别器设计了置半导体空调且防水密封性能极好的机箱，确保识别器在适宜的环境下正常工作。图2.7.4复线射频卡安装示意图2.6.5 GPS卫星定位系统在过分相系统中的工作原理随

56、着GPS系统的发展，民用领域的GPS应用显示出强大的生命力。全天候、全球表面、高精度的定位技术，使得GPS在航海、航天、测量、运动载体监控调度等诸多领域得到了广泛的应用。GPS技术的成熟与发展，为各类运动载体的精密实时定位提供了美好前景。星导航定位系统作为一门新兴的信息通讯技术，己被广泛应用在飞机船舰的导航、高精度测量、农业监控、车辆定位等领域，它的发展和应用，拓展了信息科学研究的发展空间，渐渐成为当今科技进步的一个重要组成部分。一个普通的GPS定位精度已经小于15M，完全可以满足自动过分相系统的定位要求。 在本次设计的车载自动过分相控制系统中，GPS完成二个功能：其一是根据GPS定位经纬度在

57、全国2632个区域中找出目前所处的区域，然后在这个区域中编查所有的铁路线，找到在哪条铁路线上的哪个区间。其二是根据机车运行的方向计算出目前所处的位置距下一个GPS相点的距离，从而完成定位的目的。如图所示。GPS在线定位示意图GPS卫星定位系统硬件组成如图所示图 GPS卫星定位硬件组成这部分电路由GPS接收机与其天线、微处理器与其外围电路组成。 主要实现如下功能：开机自检；实时接收GPS定位信息(1次秒)；实时搜索线路信息；自动判断机车行驶线路；自动判断机车行驶方向；自动发送卡位信息；和主控制器进行通信，向其发送机车运行信息和行驶速度，并根据接收到的速度调整信息调整轮径参数；保存主控制器发来的故

58、障信息；实时检测车速脉冲；断电自动保存线路数据与速度数据；故障报警与记录等。第3章 控制装置与机车各部件的改进与调试3.1 机车感应器的改进3.1.1 机车感应器实际运行的发现的问题 (1) 车载传感器电流随车速降低而逐渐减弱，要达到一定的判断阀值， 传感器必须具有较高的灵敏度，而灵敏度过高又会对在高速运行下散落在路基或枕木上的一般磁性体的误识别，使过分相定位的可靠性降低；埋在枕木中的钕铁硼磁块由于磁性较强，极易将散落在附近的磁性体或铁性物质吸附其上。改变磁场分布，大大降低了磁感应电流传感器工作的可靠性；3.1.2 机车感应器的改进方案 根据以上机车感应器实际运行发现的问题提出了如下改进方案：

59、针对车载信号接收传感器灵敏度的问题，主要原因在于传感器电流的控制。 在传感器电路中加入了一个恒流二极管如下图：恒流二极管的性能特点：其电路符号和伏安特性如图所示。 恒流二极管（CRD）属于两端结型场效应恒流器件。恒流二极管在正向工作时存在一个恒流区，在此区域I 不随VH I而变化；其反向工作特性则与普通二极管的正向特性有相似之处。在电路中并入恒流二极管之后，车载信号接收传感器灵敏度的问题就可以解决了。 （2）针对地面磁体磁性强，磁场极易分散的问题提出了如下改进： 1）将磁体位置改变置于两轨道之间尽量远离铁轨，可以解决此问题，但这个方法实施工程量太大。 2）采用电磁装置，当感应有列车驶来时电磁装

60、置才导通，通过后延时断电，这样磁场就不会长时间存在也就不容易使磁场分散。3.2 调试通电前检查各部件外观无损伤，安装牢固，安装螺钉拧紧。各连接线、插头、插座正确连接，安装牢固。接线排上接线端子正确连接，连接螺母拧紧。机车控制电源电压大于88V（注意电源极性不能接反）。3.3 感应接收器的调试感应接收器的位置：以施工图为准，检查感应接收器高度和中心位置。感应接收器接法：由机车厂配线时，应检查感应接收器接线是否正确。电缆线：各电缆线务必根据自动过分相控制装置安装电路图进行正确装配，每条线必须正确。3.4 控制装置的调试3.4.1 控制装置上电自检将控制装置电源开关拨至开位，从控制装置观察窗可看到P