学文网[摘 要] 文章介绍同时具有受电弓、集电靴以及车间电源三种供电方式的轨道车辆电路控制设计方法，分析三种供电方式的电路控制安全设计原则和实现方法。
[关键词] 受电弓；集电靴；车间电源；供电方式；弓靴控制；互锁；逻辑
[作者简介] 生鲁平，南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心电气开发部工程师，山东 青岛，266111；张红潮，华北石油管理局华兴综合服务处，河北 廊坊，065007；张红江，南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心电气开发部，山东 青岛，266111
[中***分类号] U270.2 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2013）04-0066-0003
一、概 述
国内轨道车辆的受电方式主要有受电弓、集电靴以及车间电源供电方式。通常情况下，轨道车辆仅采用车间电源与受电弓或车间电源与集电靴两种组合方式。目前在国内仅有广州地铁直线电机车辆同时采用三种供电方式。
受电弓供电具有用电安全的优点，但具有检修维护繁杂、影响城市景观等缺点；集电靴供电采用第三轨，具有检修维护方便的优点，但是用电安全性较差，需要严格的安全管理制度。同时使用三种供电方式将集成弓、靴两种供电的优点，但是电路控制更加复杂，对供电的安全性提出了更高的要求，必须对相应的高压电路、低压控制电路进行严密完善的互锁控制逻辑，否则将造成各种供电方式使用混乱发生严重的电气安全事故。
二、三种供电方式的功能需求
在不同工况下，输入电源电路各高压电气部件被接入电路状态描述如下表1：
根据上述功能要求，在设计电路时，必须遵循几个重要原则：
受电弓、集电靴和车间电源的低压控制电路之间必须互锁，即当升弓时，必须同时收起集电靴，同时不允许投入车间电源；当升靴时，必须降下受电弓，同时不允许投入车间电源。
三种供电方式的高压回路也要相互封锁，不允许任何两个方式的高压回路同时接通供电。
车间电源与隔离接地开关KS实行电气互锁，列车两个车间电源不能同时投入使用，相互连锁。
紧急制动情况下，受电弓降弓，但不收靴。
受电弓和集电靴仅能在激活的主控制司机室控制升降。
三、控制原理设计与分析
（一）设备说明
为实现上述功能和安全互锁要求，假设4编组车辆安装有2个受电弓，8个受流器，2个车间电源插座，2个转换开关箱、2个车间电源箱、以及2个接地开关箱，2个弓靴转换开关。
车辆供电时2个受电弓或8个集电靴同时投入工作状态。受电弓和集电靴 都采用电控气动工作方式。其中受电弓气路采用常供电工作方式的电磁阀进行控制，集电靴采用脉冲供电方式的电磁阀分别对升、降靴气路进行控制。
转换开关箱内安装有集电靴供电接触器Pancgs1和受电弓供电接触器Pancgs2，同时还有受电弓、集电靴与车间电源互锁的高压电路通断接触器K1。同时箱内安装有检测受电弓、集电靴两种供电电源的电压互感器用于测量电压。
车间电源箱SPS内有车间电源连接器，以及限位开关SPSCO，当车间电源箱箱盖打开时，限位开关SPSCO闭合，车间模式继电器SPSCOR线圈得电。当车间电源连接器接入时，车间电源指示继电气SPSR线圈得电，禁止高压电路通断接触器K1线圈得电。
接地开关箱具有3个位置，正常位、接地位、车间电源位。当使用受电弓、集电靴供电时，接地开关箱在“正常位”接通；当使用车间电源供电时，接地开关箱在“车间电源位”接通，同时通过限位开关KS使得车间模式继电器KSR线圈得电。
弓靴转换开关是根据弓靴转换需求设计的六位置带自复位及锁定钥匙的控制开关，见下***1：
（二）控制逻辑条件
1. 在投入主控信号MCR的条件下，受电弓、集电靴升起使用的基本条件包括：
列车完整性TIR，且
紧急制动未投入，且
车间电源未投入SPSCOR，且
主开关箱MS未在接地位，且
2. 受电弓允许升起的逻辑条件
满足1的基本条件，且
集电靴收靴，且
弓靴控制开关置于“升弓”位：
3. 受电弓降弓的条件
不满足1中任何一个基本条件，或
弓靴控制开关置于“0”位。
4. 集电靴允许升起的逻辑条件
满足1中的基本条件，且
受电弓降弓到位，且
弓靴控制开关置于“升靴”位。
5. 集电靴收靴的条件
主控投入，且
弓靴控制开关置于“收靴位”。
6. 受电弓高压接通条件
受电弓升起，且
集电靴收靴。
四、正常操作说明
依据上述设计原理，司机对受电弓、集电靴的使用，需进行正确的操作，如下：
升靴操作：手柄处投入钥匙，从“OFF”位置，旋转至“升靴”位置，请保持开关在“升靴”位置维持1s以上时间（“升靴”位置为自复位，不能松手），1s后松手开关将自复位到“升靴保持”位置。可拔出钥匙，将“升靴保持”进一步锁定。集电靴正常升起可以动车。
收靴操作：投入转换开关钥匙，将开关从“升靴保持”位置，旋转至“收靴”位置，请在“收靴”位置保持1s以上时间（“收靴”位置为自保持位，可以松手），收靴电磁阀得电进行收靴操作。完成此步骤后，应再继续将开关旋转至“OFF”位，从而使收靴电磁阀失电，完成完整的收靴操作。
升弓操作：投入转换开关钥匙，将开关从“OFF”位置，旋转至“升弓”位置，请保持开关在“升弓”位置维持1s以上时间（“升弓”位置为自复位，为保证集电靴正常收靴，不能松手），1s后松手开关将自复位到“升弓保持”位置。可拔出钥匙，将“升弓保持”进一步锁定。受电弓正常升起可以动车。
降弓操作：投入转换开关钥匙，将开关从“升弓保持”位，旋转至"OFF"位。
车辆在“MC1”升靴后，换端至“MC2”进行升靴操作：此时MC1车开关仍旧在“升靴保持”位置，假定MC2车开关初始状态在“OFF”位置，必须将MC2车开关旋转到“升靴”位置（会自复位至“升靴保持”位置），可用钥匙锁定“升靴保持”位置后，再投入主控钥匙。
车辆在“MC1”升靴后，换端至“MC2”进行升弓操作：此时MC1车开关仍旧在“升靴保持”位置，假定MC2车开关初始状态在“OFF”位置，必须将MC2车开关旋转到“收靴” 位置，再投入主控钥匙，待集电靴收靴后，继续将MC2车开关由“收靴”位置旋转到“升弓”，请保持开关在“升弓”位置维持1s以上时间，松手开关将自复位到“升弓保持”位置。可拔出钥匙，将“升弓保持”进一步锁定。受电弓正常升起可以动车。
车辆在“MC1”升弓后，换端至“MC2车”进行升弓操作：此时MC1车开关仍旧在“升弓保持”位置，假定MC2车开关初始状态在“OFF”位置，必须将MC2车开关旋转到“升弓”位置（会自复位至“升弓保持”位置），可用钥匙锁定“升弓保持”位置后，再投入主控钥匙。
车辆在“MC1”升弓后，换端至“MC2车”进行升靴操作：此时MC1车开关仍旧在“升弓保持”位置，假定MC2车开关初始状态在“OFF”位置，投入主控钥匙，受电弓降下，将MC2车开关从“OFF”位置，旋转至“升靴”位置，保持开关在“升靴”位置维持1s以上时间（“升靴”位置为自复位，不能松手），1s后松手开关将自复位到“升靴保持”位置。可拔出钥匙，将“升靴保持”进一步锁定。集电靴正常升起可以动车。
五、误操作风险分析
1. 在MC1车进行“升弓”操作后，换端到MC2车进行升弓操作时（假设MC2车开关初始位置在“OFF”位），如果由于误操作，首先投入MC2车主控钥匙，则车辆将降弓，如果继续操作MC2车开关，则车辆将依据MC2车开关所在位置状态，决定弓靴升降的状态。无论对MC2开关进行何种误操作都可保证不会发生“同时升弓和升靴的现象”。
2. 在MC1车进行“升弓”操作后，换端到MC2车进行升靴操作时（假设MC2车开关初始位置在“OFF”位），如果由于误操作，首先将MC2车开关旋转至“升靴”位置，1s后松手开关自复位到“升靴保持”位置，再投入主控钥匙，则车辆会降弓，但是不会升靴（因为升弓脉冲阀没有得到升弓脉冲）。
因此，MC1车如果是首先升弓的换端情况，则换端时无论何种误操作情况，都保证不会发生“同时升弓和升靴的现象”。
3. 当在MC1车进行升靴操作后，换端MC2车进行升靴操作（假设MC2车开关初始位置在“OFF”位），如果由于误操作，首先投入MC2车主控钥匙，车辆仍旧保持升靴。如果继续操作MC2车开关从“OFF”位到“收靴”位置（保持1S以上），则将收靴，造成正线运行换端时车辆失去高压电。
4. 当在MC1车进行升靴操作后，换端MC2车进行升靴操作（假设MC2车开关初始位置在“OFF”位），如果由于误操作先投入主控，然后再将MC2车的开关从“OFF”位到“升弓保持”位，则受电弓开始升起，会出现“同时升弓升靴”。但是如果将MC2车开关继续从“升弓保持”位到“升弓”位，并在“升弓”位置维持1s以上时间，集电靴就会收靴。
5. 当在MC1车进行升靴操作后，换端MC2车进行升靴操作（假设MC2车开关初始位置在“OFF”位），如果由于误操作，先将MC2车开关从“OFF”位到直接旋转并停留到“升弓保持”位置，再投入主控，则会出现“同时升弓升靴”。但是在4、5两种情况下，受电弓升起后，集电靴高压供电控制电路中的降弓到位继电器常闭触点PDR由于受电弓升起而断开，从而切断经由Pancgs1触点供电的集电靴回路供电高压，同时列车TMS显示器将出现受电弓升起的显示画面，因此并不会对车辆本身和运行造成严重影响。
六、结 论
本文设计了一种电路控制方法，用于同时使用弓、靴及车间电源三种供电方式的轨道车辆。该方法充分考虑了三种供电方式之间的互锁逻辑，可有效保证车辆的用电安全性和电路可靠性。
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