具有弓靴及車間電源三種供電方式的軌道車輛電路控制方法

生魯平　張紅潮　張紅江

[摘 要] 文章介紹同時具有受電弓、集電靴以及車間電源三種供電方式的軌道車輛電路控制設(shè)計方法，分析三種供電方式的電路控制安全設(shè)計原則和實現(xiàn)方法。

[關(guān)鍵詞] 受電弓；集電靴；車間電源；供電方式；弓靴控制；互鎖；邏輯

[作者簡介] 生魯平，南車青島四方機車車輛股份有限公司技術(shù)中心電氣開發(fā)部工程師，山東 青島，266111；張紅潮，華北石油管理局華興綜合服務(wù)處，河北 廊坊，065007；張紅江，南車青島四方機車車輛股份有限公司技術(shù)中心電氣開發(fā)部，山東 青島，266111

[中圖分類號] U270.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）04-0066-0003

一、概 述

國內(nèi)軌道車輛的受電方式主要有受電弓、集電靴以及車間電源供電方式。通常情況下，軌道車輛僅采用車間電源與受電弓或車間電源與集電靴兩種組合方式。目前在國內(nèi)僅有廣州地鐵直線電機車輛同時采用三種供電方式。

受電弓供電具有用電安全的優(yōu)點，但具有檢修維護繁雜、影響城市景觀等缺點；集電靴供電采用第三軌，具有檢修維護方便的優(yōu)點，但是用電安全性較差，需要嚴格的安全管理制度。同時使用三種供電方式將集成弓、靴兩種供電的優(yōu)點，但是電路控制更加復(fù)雜，對供電的安全性提出了更高的要求，必須對相應(yīng)的高壓電路、低壓控制電路進行嚴密完善的互鎖控制邏輯，否則將造成各種供電方式使用混亂發(fā)生嚴重的電氣安全事故。

二、三種供電方式的功能需求

在不同工況下，輸入電源電路各高壓電氣部件被接入電路狀態(tài)描述如下表1：

根據(jù)上述功能要求，在設(shè)計電路時，必須遵循幾個重要原則：

受電弓、集電靴和車間電源的低壓控制電路之間必須互鎖，即當升弓時，必須同時收起集電靴，同時不允許投入車間電源；當升靴時，必須降下受電弓，同時不允許投入車間電源。

三種供電方式的高壓回路也要相互封鎖，不允許任何兩個方式的高壓回路同時接通供電。

車間電源與隔離接地開關(guān)KS實行電氣互鎖，列車兩個車間電源不能同時投入使用，相互連鎖。

緊急制動情況下，受電弓降弓，但不收靴。

受電弓和集電靴僅能在激活的主控制司機室控制升降。

三、控制原理設(shè)計與分析

（一）設(shè)備說明

為實現(xiàn)上述功能和安全互鎖要求，假設(shè)4編組車輛安裝有2個受電弓，8個受流器，2個車間電源插座，2個轉(zhuǎn)換開關(guān)箱、2個車間電源箱、以及2個接地開關(guān)箱，2個弓靴轉(zhuǎn)換開關(guān)。

車輛供電時2個受電弓或8個集電靴同時投入工作狀態(tài)。受電弓和集電靴 都采用電控氣動工作方式。其中受電弓氣路采用常供電工作方式的電磁閥進行控制，集電靴采用脈沖供電方式的電磁閥分別對升、降靴氣路進行控制。

轉(zhuǎn)換開關(guān)箱內(nèi)安裝有集電靴供電接觸器Pancgs1和受電弓供電接觸器Pancgs2，同時還有受電弓、集電靴與車間電源互鎖的高壓電路通斷接觸器K1。同時箱內(nèi)安裝有檢測受電弓、集電靴兩種供電電源的電壓互感器用于測量電壓。

車間電源箱SPS內(nèi)有車間電源連接器，以及限位開關(guān)SPSCO，當車間電源箱箱蓋打開時，限位開關(guān)SPSCO閉合，車間模式繼電器SPSCOR線圈得電。當車間電源連接器接入時，車間電源指示繼電氣SPSR線圈得電，禁止高壓電路通斷接觸器K1線圈得電。

接地開關(guān)箱具有3個位置，正常位、接地位、車間電源位。當使用受電弓、集電靴供電時，接地開關(guān)箱在“正常位”接通；當使用車間電源供電時，接地開關(guān)箱在“車間電源位”接通，同時通過限位開關(guān)KS使得車間模式繼電器KSR線圈得電。

弓靴轉(zhuǎn)換開關(guān)是根據(jù)弓靴轉(zhuǎn)換需求設(shè)計的六位置帶自復(fù)位及鎖定鑰匙的控制開關(guān)，見下圖1：

（二）控制邏輯條件

1. 在投入主控信號MCR的條件下，受電弓、集電靴升起使用的基本條件包括：

列車完整性TIR，且

緊急制動未投入，且

車間電源未投入SPSCOR，且

主開關(guān)箱MS未在接地位，且

2. 受電弓允許升起的邏輯條件

滿足1的基本條件，且

集電靴收靴，且

弓靴控制開關(guān)置于“升弓”位：

3. 受電弓降弓的條件

不滿足1中任何一個基本條件，或

弓靴控制開關(guān)置于“0”位。

4. 集電靴允許升起的邏輯條件

滿足1中的基本條件，且

受電弓降弓到位，且

弓靴控制開關(guān)置于“升靴”位。

5. 集電靴收靴的條件

主控投入，且

弓靴控制開關(guān)置于“收靴位”。

6. 受電弓高壓接通條件

受電弓升起，且

集電靴收靴。

四、正常操作說明

依據(jù)上述設(shè)計原理，司機對受電弓、集電靴的使用，需進行正確的操作，如下：

升靴操作：手柄處投入鑰匙，從“OFF”位置，旋轉(zhuǎn)至“升靴”位置，請保持開關(guān)在“升靴”位置維持1s以上時間（“升靴”位置為自復(fù)位，不能松手），1s后松手開關(guān)將自復(fù)位到“升靴保持”位置?？砂纬鲨€匙，將“升靴保持”進一步鎖定。集電靴正常升起可以動車。

收靴操作：投入轉(zhuǎn)換開關(guān)鑰匙，將開關(guān)從“升靴保持”位置，旋轉(zhuǎn)至“收靴”位置，請在“收靴”位置保持1s以上時間（“收靴”位置為自保持位，可以松手），收靴電磁閥得電進行收靴操作。完成此步驟后，應(yīng)再繼續(xù)將開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“OFF”位，從而使收靴電磁閥失電，完成完整的收靴操作。

升弓操作：投入轉(zhuǎn)換開關(guān)鑰匙，將開關(guān)從“OFF”位置，旋轉(zhuǎn)至“升弓”位置，請保持開關(guān)在“升弓”位置維持1s以上時間（“升弓”位置為自復(fù)位，為保證集電靴正常收靴，不能松手），1s后松手開關(guān)將自復(fù)位到“升弓保持”位置。可拔出鑰匙，將“升弓保持”進一步鎖定。受電弓正常升起可以動車。

降弓操作：投入轉(zhuǎn)換開關(guān)鑰匙，將開關(guān)從“升弓保持”位，旋轉(zhuǎn)至"OFF"位。

車輛在“MC1”升靴后，換端至“MC2”進行升靴操作：此時MC1車開關(guān)仍舊在“升靴保持”位置，假定MC2車開關(guān)初始狀態(tài)在“OFF”位置，必須將MC2車開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“升靴”位置（會自復(fù)位至“升靴保持”位置），可用鑰匙鎖定“升靴保持”位置后，再投入主控鑰匙。

車輛在“MC1”升靴后，換端至“MC2”進行升弓操作：此時MC1車開關(guān)仍舊在“升靴保持”位置，假定MC2車開關(guān)初始狀態(tài)在“OFF”位置，必須將MC2車開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“收靴” 位置，再投入主控鑰匙，待集電靴收靴后，繼續(xù)將MC2車開關(guān)由“收靴”位置旋轉(zhuǎn)到“升弓”，請保持開關(guān)在“升弓”位置維持1s以上時間，松手開關(guān)將自復(fù)位到“升弓保持”位置。可拔出鑰匙，將“升弓保持”進一步鎖定。受電弓正常升起可以動車。

車輛在“MC1”升弓后，換端至“MC2車”進行升弓操作：此時MC1車開關(guān)仍舊在“升弓保持”位置，假定MC2車開關(guān)初始狀態(tài)在“OFF”位置，必須將MC2車開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“升弓”位置（會自復(fù)位至“升弓保持”位置），可用鑰匙鎖定“升弓保持”位置后，再投入主控鑰匙。

車輛在“MC1”升弓后，換端至“MC2車”進行升靴操作：此時MC1車開關(guān)仍舊在“升弓保持”位置，假定MC2車開關(guān)初始狀態(tài)在“OFF”位置，投入主控鑰匙，受電弓降下，將MC2車開關(guān)從“OFF”位置，旋轉(zhuǎn)至“升靴”位置，保持開關(guān)在“升靴”位置維持1s以上時間（“升靴”位置為自復(fù)位，不能松手），1s后松手開關(guān)將自復(fù)位到“升靴保持”位置?？砂纬鲨€匙，將“升靴保持”進一步鎖定。集電靴正常升起可以動車。

五、誤操作風險分析

1. 在MC1車進行“升弓”操作后，換端到MC2車進行升弓操作時（假設(shè)MC2車開關(guān)初始位置在“OFF”位），如果由于誤操作，首先投入MC2車主控鑰匙，則車輛將降弓，如果繼續(xù)操作MC2車開關(guān)，則車輛將依據(jù)MC2車開關(guān)所在位置狀態(tài)，決定弓靴升降的狀態(tài)。無論對MC2開關(guān)進行何種誤操作都可保證不會發(fā)生“同時升弓和升靴的現(xiàn)象”。

2. 在MC1車進行“升弓”操作后，換端到MC2車進行升靴操作時（假設(shè)MC2車開關(guān)初始位置在“OFF”位），如果由于誤操作，首先將MC2車開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“升靴”位置，1s后松手開關(guān)自復(fù)位到“升靴保持”位置，再投入主控鑰匙，則車輛會降弓，但是不會升靴（因為升弓脈沖閥沒有得到升弓脈沖）。

因此，MC1車如果是首先升弓的換端情況，則換端時無論何種誤操作情況，都保證不會發(fā)生“同時升弓和升靴的現(xiàn)象”。

3. 當在MC1車進行升靴操作后，換端MC2車進行升靴操作（假設(shè)MC2車開關(guān)初始位置在“OFF”位），如果由于誤操作，首先投入MC2車主控鑰匙，車輛仍舊保持升靴。如果繼續(xù)操作MC2車開關(guān)從“OFF”位到“收靴”位置（保持1S以上），則將收靴，造成正線運行換端時車輛失去高壓電。

4. 當在MC1車進行升靴操作后，換端MC2車進行升靴操作（假設(shè)MC2車開關(guān)初始位置在“OFF”位），如果由于誤操作先投入主控，然后再將MC2車的開關(guān)從“OFF”位到“升弓保持”位，則受電弓開始升起，會出現(xiàn)“同時升弓升靴”。但是如果將MC2車開關(guān)繼續(xù)從“升弓保持”位到“升弓”位，并在“升弓”位置維持1s以上時間，集電靴就會收靴。

5. 當在MC1車進行升靴操作后，換端MC2車進行升靴操作（假設(shè)MC2車開關(guān)初始位置在“OFF”位），如果由于誤操作，先將MC2車開關(guān)從“OFF”位到直接旋轉(zhuǎn)并停留到“升弓保持”位置，再投入主控，則會出現(xiàn)“同時升弓升靴”。但是在4、5兩種情況下，受電弓升起后，集電靴高壓供電控制電路中的降弓到位繼電器常閉觸點PDR由于受電弓升起而斷開，從而切斷經(jīng)由Pancgs1觸點供電的集電靴回路供電高壓，同時列車TMS顯示器將出現(xiàn)受電弓升起的顯示畫面，因此并不會對車輛本身和運行造成嚴重影響。

六、結(jié) 論

本文設(shè)計了一種電路控制方法，用于同時使用弓、靴及車間電源三種供電方式的軌道車輛。該方法充分考慮了三種供電方式之間的互鎖邏輯，可有效保證車輛的用電安全性和電路可靠性。