0引言
為使電力系統三相負荷儘可能平衡，電氣化鐵道的接觸網採用分段換相供電。為防止相間短路，在不同相供電臂之間的連線處用絕緣裝置分割，形成了二個供電臂之間絕緣分割區域，稱為分相區。電力機車在進入分相區前，通過“人控”(司機操作)或“機控”(裝置控制)2種方法，切斷機車用電負載，使電力機車受電弓在無電流情況下滑行通過分相區後，再恢復機車用電負載。上述“人控”和“機控”的2種過分相操作方法，由於受操作者可能存在的失誤和裝置故障失控，帶電過分相的現象還難以杜絕，而一旦發生，輕則受電弓、分相裝置受損，嚴重時造成接觸網燒損，中斷鐵路運輸，給電氣化鐵路行車安全構成嚴重威脅。因此，研究和完善過分相的裝置改進方案，強化配套的管理工作，提升電力機車過分相的可靠性成為十分重要的課題。
1過分相裝置原理簡述
目前國內外研究和採用的自動過分相裝置，技術方案有3種：即地面開關自動切換方案，柱上開關自動斷電方案，車上自動控制斷電方案。
1)地面開關自動切換方案
日本新幹線採用地面開關自動切換過分相方案。在接觸網分相處設定一箇中性區段，兩端分別由絕緣器F1、F2與二相接觸網絕緣，一般採用錨段關節結構，以保證受電弓滑過時能連續受流。2臺真空斷路器S1、S2分別跨接在接觸網兩相上並能通過它們向中性區段供電，在無機車通過時，S1閉合、S2斷開。鋼軌兩側設定4個機車位置感應器CG1~CG4(或利用軌道電路實現位置檢測)，當機車駛入CG1點時，機車自然由A相供電;當機車駛入CG2點，但還未到CG3點時，控制電路使斷路器S1斷開，S2閉合，此時中性段由B相供電;當機車駛出CG4點時，控制電路使S1閉合，S2斷開，恢復到沒機車時的狀態。機車反向通過分相區時CG1~CG4發出相反順序動作。工程實施要考慮裝置線上檢修備份等因素並設定分割槽所，實際方案較以上覆雜得多。這種過分相方案斷電時間約0.1~0.15s，其優點是：接觸網無供電死區，無需司機操作，車上主斷路器無須動作，自動換向時接觸網中性段瞬間斷電時間短，可適用於不同機車速度;缺點是：過分相後合閘的電流衝擊較大，建造和執行維護費用很高。
2)柱上開關自動斷電方案
瑞士等國家採用此方案，我國原福州鐵路分局曾從瑞士AF公司引進，安裝於鷹廈線運用。其結構原理如圖2。它由2個真空磁控線包L1、L2，真空斷路器K1、K2，過電壓吸收器MDA，以及相應的接觸網分段組成。在裝置和結構上對稱分佈，以適應正、反向行車要求。其基本原理是利用機車通過磁控線包受流區b段和h段時使L1、L2受流，產生真空斷路器K1、K2分閘動作和真空滅弧，切斷機車供電，使機車不帶電通過分相主絕緣區e段。其特點是裝置佈置在支柱上，結構簡單，無須設立分割槽所，無需司機操作，機車上主斷路器無需分斷。缺點是：真空開關帶負荷分斷，需要經常維護，柱式安裝，難以實現裝置備份;機車過分相時過渡過程中的過電壓、湧流衝擊大，容易造成列車衝動;接觸網分段較多、結構複雜;機車單方向行駛時，K1、K2開關只有一組動作是必要的，同時存在供電死區，斷電時間也較第一種長並與速度有關。
3)車上自動控制斷電方案
法國、德國、英國、中國等採用車上自動控制斷電過分相。分相區採用錨段關節結構設定中性區段，在機車進出分相區一定距離的線路上安裝磁鋼或其他點式資訊裝置。當機車從A相駛來達到磁鋼1處時，通過車載裝置接受地面資訊並送入機車牽引控制裝置，延時斷開機車主斷路器，使機車惰行通過無電區。在通過無電區後，機車接受到地面磁鋼2的定位資訊，再自動合上主斷路器，然後順序啟動輔機並控制牽引電流逐步載入，其控制過程可完全由車載裝置完成，無需司機操作。
這種方案的優點是：投資費用低，僅增加地面資訊裝置及車上訊號接受裝置，通過車上斷電控制牽引電流的上升率，可減少對列車衝動影響，能適應不同速度的列車通過等。其缺點是：車上斷電時間較長，在高坡困難區段列車速度損失較大，地面資訊裝置缺乏備份，如果該訊號丟失或失效會發生帶電拉弧等故障。
2車上自動過分相裝置運用管理分析
我國鐵路電氣化是從既有線改造起步的，在解決電化區段過分相這一關鍵技術課題上，通過借鑑國外經驗，逐步推廣應用車上自動控制斷電方案。而車上控制過分相方案存在的一些弱點，使我們在完全採取車上自動過分相問題上比較謹慎，其可靠性方面存在的主要問題有：
1)司機頻繁操作，失誤的概率客觀存在
在鐵路高速、高密度執行條件下，單純依靠司機操作過分相存在一定難度。以京滬線為例，上海鐵路局管內上、下行設有64處分相區，平均距離18.6km，最小不足13km，按目前客運機車執行速度約7min左右過一次分相，動車組以最快速度執行時不足4min過一次分相。司機頻繁操作，勞動強度較大，再加上行車過程中的必要操作和訊號瞭望等其他因素干擾，司機對過分相操作的注意力分散，操作失誤的可能性客觀存在。此外，對司機過分相操作過程缺乏記錄分析手段，其作業規範僅依靠司機的行為自律，發生問題也難以追究責任。
2)地面感應器沿線分佈，必須加強管理
預埋在軌道枕木頭部的地面感應器磁鋼訊號源沿線分佈，經對其安裝結構和工藝改進後,目前能有效防止失竊等現象的發生。但磁鋼安裝分佈點多線長，跨部門管理難度較大，特別線上路施工維修過程中，容易出現磁鋼破損、移位、缺失等情況，一旦發生而又未及時發現和處理，會影響自動過分相裝置的正常工作。
3)分相點位置識別可靠性需要提高
自動過分相位置識別資訊的接受和處理是重要的環節。目前採用的自動過分相裝置在設計上已經考慮了增設預斷、強斷2個獨立磁鋼訊號的接受和處理，具有一定的冗餘措施，但其分相點位置識別方式仍屬同一型別。受機車執行速度、橫向擺動、垂直振動、外來物體擊損等引起的磁感應狀態變化，以及沿線電磁訊號對接受線圈的干擾影響等，分相點位置識別，資訊丟失、誤動作的概率客觀存在，探索和完善獨立於磁鋼資訊源的輔助資訊識別系統，可進一步提高自動過分相系統的可靠性。
3解決方案
解決電力機車過分相安全問題，國內外已作了系統的探索和研究。作為運營管理部門，欲從技術方案上徹底解決問題，不僅涉及方案試驗驗證，而且涉及投資及運營線施工改造等難題。基於目前現狀，唯有采取針對性的技術和管理措施配套，創造條件逐步過渡到“機控為主、有序管理”狀態。
1)實施“人控為主、機控為輔”過渡，增強過分相裝置的可靠度
針對司機責任意識、業務素質及能力現狀，在宣傳教育上，著重處理好司機對自動過分相裝置的依靠和依賴關係;在管理措施上，要明確司機操作過分相的具體要求，並列入作業標準化考核範圍，同時要制定並落實過分相裝置檢修和入庫檢查的功能測試規定，以提升車載過分相裝置的可靠性。現階段實施“人控為主、機控為輔”的管理模式，建立機車過分相的二道防線。
2)增設過分相狀態記錄功能，實施對人機控制過程的分析管理
針對不同機型情況，利用機車監控裝置擴充套件介面開發了過分相狀態記錄功能。將車載自動過分相裝置的預斷、強斷輸出和機車主斷路器及司機操作開關資訊作為輸入訊號，實現機車過分相關鍵要素資訊的事件記錄。
結合監控裝置的機車工況(載入、解除安裝)、過分相事件記錄等綜合分析判斷，完成對過分相過程中裝置狀態及司機操作的詳細分析。在監控裝置地面處理軟體功能上，增設了主介面的“過分相”欄目，實現退勤檢索分析。
在過分相記錄事件分析中，設定了5個判斷結果，即：操縱正確、操縱錯誤、操縱警告、裝置不良、裝置正常。一旦軟體檢索到存在操縱錯誤、操縱警告、裝置不良等事件之一，則在相欄目中顯示出紅色背景數字，警示分析人員進行詳細分析，實現了人機控制的過程管理。
3)增加地面磁鋼的檢測功能，及時監測管理
地面磁鋼資訊源是目前車上自動過分相的關鍵環節，必須確保其長期穩定可靠。為防止因線路施工管理不到位，造成磁鋼破損等情況發生，按照“車對地”行車裝置動態檢測的思路，開發過分相磁枕狀態檢測裝置，實現對過分相磁鋼資訊源的數量、安裝地點(位置)的動態檢查，相關監測資訊自動上網實現報警提示，一旦發現問題及時通知裝置維修部門進行現場檢查和維護。目前，該裝置已在上海鐵路局DF11353號機車試裝並多次對京滬、滬昆線的地面磁鋼訊號進行檢測(限於篇幅，本文在此不作詳細介紹)，取得一定效果。
4)補強語音提示功能，彌補人工操縱的`疏漏
目前在機車監控裝置的過分相語音提示設定條件中大多采用對牽引客運列車的機車在到達分相點前的1500m時進行首次語音提示，然後在距分相點前的1000m時進行第2次語音提示;對牽引貨運列車的機車則分別在距分相點前的1000m、500m進行2次語音提示。這種按固定方式設定的2次語音提示模式未充分考慮機車執行速度及實際過分相狀態，應當加以補強。例如在首次語音提示後，應採取連續不斷提示的方法，由監控裝置實時檢測過分相狀態，直至在司機或裝置發生過分相操作後，方才關閉語音，以彌補人工操作過程中的疏漏。
5)探索分相點位置識別冗餘資訊源，提高系統可靠度
在既有分相點位置識別的地面磁鋼資訊源以外，探索不同方式且獨立的分相點位置識別資訊來源，實現資訊源的冗餘備份，對提高自動過分相裝置的系統可靠度，最終實現完全由裝置自動控制過分相具有積極意義。機車監控裝置里程座標相對地面磁鋼資訊來講是完全獨立的，當車載過分相地面感應器的磁耦合迴路任一處環節處於非正常狀態時，利用機車監控裝置里程座標實現過分相冗餘控制能發揮一定的安全保障作用，特別是採用這一方法時幾乎不需要增加投入費用，也不增加裝置管理維修成本，應當積極探索。解決這一問題的技術關鍵，一是要提高監控裝置走行距離累計精度(控制走20m以內)，並有良好的防機車輪對空轉、滑行等距離補償措施;二是要設計好2套控制資訊源並行工作時的控制邏輯關係，要以既有磁鋼控制資訊源為主，監控裝置里程座標控制資訊源為輔，防止出現2種過分相位置識別資訊源在控制時機上出現交叉影響等情況。