列车过分相开关组件切换方法、过分相方法、切换装置及过分相装置与流程

1.本发明主要涉及过分相技术领域，特指一种列车过分相开关组件切换方法、过分相方法、切换装置及过分相装置。


背景技术：

2.电气化铁路牵引供电接触网是一种特殊的单相供电网，为保证接触网末端电压不低于列车的最低工作电压，一般每隔20～30km就需要装设一个电分相装置，随着线路运量和运行速度不断提升，要求列车在电分相中性区能不断电运行。为了提升列车过分相能力，降低列车在过分相期间的速度损失及避免异相短路等问题，现阶段主要采用自动过分相技术，已有的自动过分相技术包括通过列车控制系统进行自动控制车载自动过分相方案和通过电力电子开关将电分相两端的供电臂电压依次切换到中性段上，使列车不断电驶过电分相的地面自动过分相方案。电力电子开关地面自动过分相利用电力电子器件具有快速响应、精确控制、长寿命等优点成为目前较理想的地面自动过分相装置，但如何实现对列车受电弓位置进行快速、精确检测是是实现地面自动过分相换相技术及列车顺利通过电分相区的关键问题。如果没有准确的受电弓位置信息，就会造成开关动作时序紊乱，造成中心区供电异常，列车受电弓带载闯分相，甚至造成牵引网相间短路，影响行车安全。
3.在电气化铁路中，主要采用器件式电分相和锚段关节式电分相两种电分相形式。但伴随着我国高速铁路的快速发展，列车速度不断提高，当列车高速通过器件式电分相时会造成受电弓剧烈震动，使得受电弓损坏和分相绝缘器接头处接触线磨损严重，造成弓网事故，同时限制了列车通过速度。关节式过分相具备无硬点、过渡平滑等特点，在我国新建电气化铁路中得到广泛的应用。目前过分相区段大多采用五跨、六跨、七跨和八跨等双绝缘锚断构成的关节式电分相方式，当列车通过过分相时，利用地面自动过分相装置来快速切换一个供电臂电源至中性区段，实现列车不断电快速通过分相区，切换开关部分可采用断路器和电子开关来实现。
4.目前在牵引供电系统中，主要采用轨道电路检测方式、车轮计轴技术、承力索电流检测、磁钢设备检测方式、射频卡检测方式、红外对射检测、雷达反射检测等检测技术，下面对各检测技术进行说明：
5.方案1：轨道电路检测方式，传统列车检测的任务就是确定列车运行的位置，其检测方式是采用轨道电路检测。轨道电路利用其空闲时轨道继电器励磁，分路时轨道继电器落下，来检测列车的占用，利用连续安装的轨道电路，通过轨道电路占用的顺序，就可以对列车运行位置进行追踪。但应用于地面自动过分相时，不容易准确确定列车位置，多数情况下用来确定列车所处在的大致线路区段。在列车进入分相区时，在列车受电弓长前弓还是升后弓的状态下不能确定进入分相区的具体位置，方案的应用需要为这一位置偏差提供一个距离的缓冲区段，势必要增加距离计算的长度，且不能确保过分相控制的可靠性，容易引起误动作，造成故障。
6.方案2：车轮计轴技术，它通过安装在钢轨外侧的轮轴检测设备(也称车轮传感器)，通过列车车轮切割传感器所产生的磁力线，形成反馈信号来检测列车通过时的轮轴数量，产生计轴数据及方向信号，并将计轴数据送至运算计算机，判断列车在某一段区域的占用和出清状态。为保证计轴结果的准确，通常在每一个计轴点都安装有2套轮轴检测设备，2套设备产生的计轴数据要在运算计算机中进行比较，一致时才会给出占用和出清结果。其应用于地面过分相系统时，主要依靠第一个计轴信号来判定列车位置，不能准确判定列车受电弓具体位置，同样存在当列车升前弓与升后弓的不同情况下的适应性问题。
7.方案3：承力索电流检测，此方案通过在接触网的承力索(或吊弦)上装设一个电流传感器，用于检测列车受电弓进入被检测区段时所产生的电流来判断列车位置及受电弓位置，此方案根据接触网的结构，利用承力索与接触线并联分流的原理实现对受电弓在分相区运行的位置检测，相比方案1、方案2在受电弓位置检测上更加准确，但因电流传感器的安装容易造成接触网受力不均，容易引起局部重力位置，同时高低压绝缘问题也极易造成绝缘击穿、对地短路故障产生，若采用光传感器，势必在传感器中存在一个电流转光信号的处理单元，其处理单元的供电、抗振动问题将会突出，且容易造成装置可靠性及信号误差等问题。
8.方案4：磁钢设备检测方式，磁钢检测方式，是目前车载设备自动过分相的常用检测方式，通常采用一种预埋在轨道上的一种带有位置信息的地磁或感应设备，当列车通过时，车载装置扫描或感应地磁或感应设备，来确定列车位置信号，大多应用于车载过分相，用于列车判定到达分相区位置，实现车载过分相装置的预告、减载、断电等过分相操作，也可用于地面自动过分相列车位置检测，其地磁或传感器装置的安装方式相反，同样此方案存在受电弓位置检测不准确问题，同时其安全可靠性还有待于进一步验证。
9.方案5：射频卡检测方式，是一种较新的检测方案，但需在列车上安装相应的射频卡，对列车交路规定较严，其他未安装射频卡的列车不能上道运行，其通用性仍需要进一步验证。
10.方案6：红外对射检测，红外对射检测设备一般由红外发射器、红外接收器或红外组合收发器组成，当列车经过时，列车阻挡或反射信号，红外接收器形成列车到达输出信号。该检测方式设备简单，但易受外部环境影响，尤其现场粉尘影响将大大降低其可靠性。
11.方案7：雷达反射检测,雷达反射检测设备由雷达发射机、接收天线、接收机、信号输出单元和电源等部分组成。当列车经过时，列车阻挡形成反射信号，经过信号处理接收机形成列车到达信号经输出单元发出信号。该检测方式原理较为简单，但雷达探测距离近、回波信号微弱、易受相邻信号源干扰，全天候工况下可靠性相对较低。
12.在上述各技术方案中，在列车进入分相区时，由于不能确定列车受电弓是升前弓还是升后弓，因此需要延长中性段无电区的长度来适应列车的多种升弓模式，在极端情况下，如中性段无电或故障时，无电区越长，特别是在线路处于上坡段时，列车因失电导致速度下降或停车而无法驶离长距离的中性区，极易造成线路阻滞或瘫痪。


技术实现要素：

13.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种简单可靠、检测精准的列车过分相开关组件切换方法和过分相方法，并相应提供一种结
构简单、安全可靠的切换装置及过分相装置。
14.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
15.一种列车过分相开关组件切换方法，包括以下步骤：
16.s01、在列车过分相过程中，实时检测过分相区各开关组件与中性段之间的公共段电流；
17.s02、根据步骤s01检测到的电流值来判断列车受电弓是否脱离供电臂；当判断所述电流值大于预设阈值时，判断所述受电弓脱离供电臂，并开始计时；
18.s03、根据步骤s02的计时时间控制开关组件的切换；当计时时间达到预设延时时间t后，关断当前开关组件，切换至另一开关组件导通；其中预设延时时间t根据受电弓脱离供电臂的位置点与开关组件切换的位置点之间的距离s、以及列车在过分相区的平均速度v得到。
19.作为上述技术方案的进一步改进：
20.在步骤s03中，根据受电弓在列车驶入过分相区时的位置点与受电弓脱离供电臂的位置点之间的距离l以及时间，得到列车在过分相区的平均速度v。
21.本发明还公开了一种列车过分相控制方法，包括以下步骤：
22.步骤a、当检测到列车驶入过分相区时，控制当前开关组件导通；
23.步骤b、根据如上所述的列车过分相开关组件切换方法，控制当前开关组件关断，另一开关组件导通；
24.步骤c、当检测到列车驶离过分相区时，控制另一开关组件关断。
25.作为上述技术方案的进一步改进：
26.在步骤a中，通过位置检测件检测列车第一个车轮来判断列车是否进入过分相区。
27.在步骤c中，通过位置检测件检测列车的最后一个车轮来判断所述列车驶离过分相区。
28.本发明进一步公开了一种列车过分相切换装置，包括
29.电流检测单元，安装于过分相区中性段的公共段，用于实时检测过分相区各开关组件与中性段之间的公共段电流；
30.控制单元，用于根据电流值来判断列车受电弓是否脱离供电臂；当判断所述电流值大于预设阈值时，判断所述受电弓脱离供电臂，并开始计时，并根据计时时间控制开关组件的切换；当计时时间达到预设延时时间t后，关断当前开关组件，切换至另一开关组件导通；其中预设延时时间t根据受电弓脱离供电臂的位置点与开关组件切换的位置点之间的距离s、以及列车在过分相区的平均速度v得到。
31.本发明还公开了一种列车过分相装置，包括由两个开关组件、用于检测列车位置的位置检测组件和如上所述的列车过分相切换装置，所述位置检测组件包括用于检测列车驶入过分相区的第一位置检测件和用于检测列车驶离过分相区的第二位置检测件；各所述开关组件用于将中性区分别与两相供电臂连接。
32.作为上述技术方案的进一步改进：
33.所述开关组件为电子开关或者机械开关。
34.所述位置检测组件还包括位于开关组件切换位置点的中间位置检测件。
35.各开关组件均对应设有电流检测件，用于检测对应开关组件所在回路的电流。
36.与现有技术相比，本发明的优点在于：
37.本发明的列车过分相开关组件切换方法及切换装置，通过中性区公共段电流变化来检测受电弓位置，检测精准，便于后续实现各开关组件的切换，保障列车不断电平滑过分相；在中性区通过电流变化来检测受电弓位置，不受列车升前弓或升后弓的影响，从而可以缩短中性区中的无电区，保障过分相在不同工况下(包括极端工况下)的可靠性；而且整体结构简单、成本低且易于实现。
38.本发明的列车过分相控制方法及过分相装置，采用位置检测和电流检测相结合的方式，通过位置检测件来检测列车驶入或驶离过分相区，通过中性区公共段电流变化来检测受电弓位置，检测精准，便于后续实现各开关组件的切换，从而实现列车不断电平滑过分相；另外在中性区通过电流变化来检测受电弓位置，不受列车的升前弓或升后弓的影响，从而可以缩短中性区中的无电区，保障过分相在不同工况下(包括极端工况下)的可靠性；而且整体方法及结构简单、易于实现，不会对供电系统产生其它干扰源及附加的影响。
附图说明
39.图1为本发明的过分相装置在具体应用实施例的结构状态示意图之一。
40.图2为本发明的过分相装置在具体应用实施例的结构状态示意图之二。
41.图3为本发明的过分相装置在具体应用实施例的结构状态示意图之三。
42.图4为本发明的过分相装置在具体应用实施例的结构状态示意图之四。
具体实施方式
43.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
44.如图1至图4所示，本实施例的列车过分相开关组件切换方法，应用于列车过分相系统中，具体包括以下步骤：
45.s01、在列车过分相过程中，实时检测过分相区各开关组件连接中性段的公共段电流；
46.s02、根据步骤s01检测到的电流值来判断列车受电弓是否脱离供电臂；当判断电流值大于预设阈值时，判断受电弓脱离供电臂，并开始计时；
47.s03、根据步骤s02的计时时间控制开关组件的切换；当计时时间达到预设延时时间t后，关断当前开关组件，切换至另一开关组件导通；其中预设延时时间t根据受电弓脱离供电臂的位置点与开关组件切换的位置点之间的距离s、以及列车在本次过分相区的平均速度v得到。当然，在其它实施例中，也可以采用固定的预设延时时间t或者通过其它方式得到。
48.如图2到图4所示，在步骤s01中，通过在各开关组件连接中性段的公共段设置电流传感器ct0，如图2所示，通过电流传感器ct0实时检测公共段的电流；在步骤s02中，当电流传感器ct0检测电流超过预设阈值时，即电流突变时，则判断受电弓此时脱离当前供电臂a，此时开始计时，如图3所示，此时受电弓处于即将脱离供电臂a的状态；在步骤s03中，当计时时间达到预设延时时间t后，关断当前开关组件，切换至另一开关组件导通；其中预设延时时间t根据受电弓脱离供电臂的位置点与开关组件切换位置点之间的距离s(如图4所示)、以及列车在本次过分相区的平均速度v得到。具体地，由于受电弓脱离供电臂的位置点与开
关组件切换的位置点之间的距离s是已知的，如图4所示，故只需要计算列车在本次过分相区的平均速度v。在本实施例中，以受电弓在列车驶入过分相区时的位置点至受电弓脱离供电臂的位置点之间的距离l(如图2中的l1+l2，其中l1为受电弓与第一个车轮之间的距离)以及时间，得到列车在过分相区的平均速度v。
49.本发明的列车过分相开关组件切换方法，通过中性区公共段电流变化来检测受电弓脱离供电臂的位置，检测精准，便于后续实现各开关组件的切换，保障列车不断电平滑过分相；在中性区通过电流变化来检测受电弓位置，不受列车升前弓或升后弓的影响，从而可以缩短中性区中的无电区，保障过分相在不同工况下(包括极端工况下)的可靠性；而且整体方法简单、易于实现。
50.如图1至图4所示，本发明还相应公开了一种列车过分相控制方法，包括以下步骤：
51.步骤a、当检测到列车驶入过分相区时，控制当前开关组件导通；
52.步骤b、根据如上所述的列车过分相开关组件切换方法，控制当前开关组件关断，另一开关组件导通；
53.步骤c、当检测到列车驶离过分相区时，控制另一开关组件关断。
54.本实施例中，在步骤a中，通过位置检测件检测列车第一个车轮来判断列车是否进入过分相区，如图2所示，此时位置检测件cg1(如位置传感器)检测到列车的第一个车轮，列车开始进入分相区；在步骤c中，通过位置检测件(如图2中的cg2，采用电流传感器等)检测列车的最后一个车轮来判断列车驶离过分相区。另外，在过分相区还设置有中间位置检测件cg0和cg3，可以作为备用，在公共段电流变化检测失效(如ct0失效或异常)或者列车惰性时，通过位置检测件cg0或cg3来检测是否有车轮通过，并在车轮通过时控制对应的开关组件的状态切换。
55.本发明的列车过分相控制方法，采用位置检测和电流检测相结合的方式，通过位置检测件来检测列车驶入或驶离过分相区，通过中性区公共段电流变化来检测受电弓脱离供电臂的位置，来控制两开关组件的切换，从而实现列车不断电平滑过分相；另外在中性区通过电流变化来检测受电弓位置，不受列车的升前弓或升后弓的影响，从而可以缩短中性区中的无电区，保障过分相在不同工况下(包括极端工况下)的可靠性；而且整体方法简单、易于实现。
56.如图1至图4所示，本发明还公开了一种列车过分相切换装置，包括电流检测单元(如图1中的电流传感器ct0)，安装于过分相区各开关组件连接中性段的公共段，用于实时检测过分相区公共段的电流；控制单元(如plc等)，用于根据电流值来判断列车受电弓是否脱离供电臂；当判断电流值大于预设阈值时，判断受电弓脱离供电臂，并开始计时，并根据计时时间控制开关组件的切换；当计时时间达到预设延时时间t后，关断当前开关组件，切换至另一开关组件导通；其中预设延时时间t根据受电弓脱离供电臂的位置点与开关组件切换的位置点之间的距离s、以及列车在过分相区的平均速度v得到。上述过分相切换装置，用于执行如上所述的切换方法，同样具有如上切换方法所述的优点，而且结构简单、不需要额外增加连接线等，不会对牵引供电系统造成影响。
57.如图1至图4所示，本发明进一步公开了一种列车过分相装置，包括两个开关组件、位置检测组件和如上所述的列车过分相切换装置，位置检测组件包括用于检测列车驶入过分相区的第一位置检测件和用于检测列车驶离过分相区的第二位置检测件；各开关组件用
于将中性区分别与两相供电臂连接。其中开关组件为电子开关，采用晶闸管阀组(如各图中的scr-v1和scr-v2)，当然，在其它实施例中，也可以采用机械开关等。上述列车过分相装置，用于执行如上所述的过分相控制方法，同样具有如上所述控制方法的优点，而且结构简单、不需要额外增加连接线等，不会对牵引供电系统造成影响。
58.本实施例中，位置检测组件还包括位于开关组件切换位置点的中间位置检测件(如各图中的位置传感器cg0和cg3)，其中位置传感器cg0和cg3作为备用，在公共段电流变化检测失效或者列车惰性时，通过位置传感器cg0或cg3来检测是否有车轮通过，并在车轮通过时控制对应的电子开关的状态切换，从而进一步提高列车过分相的安全可靠性。另外，各电子开关均对应设有电流检测件，用于检测对应开关组件所在回路的电流。其中各电流检测件包括电流传感器ct1和ct2，位于各电子开关与对应供电臂之间，用于对电子开关的电流进行监控保护。
59.下面结合一完整的具体实施例对上述切换方法、切换装置、过分相控制方法及装置进行详细说明：
60.如图1至图4所示，各图中包括供电系统和电力列车，供电系统包括供电臂和过分相装置，具体为：
61.供电臂a：电源来自变电所a相绕组，用以提供牵引线a的电源及接触网回路，与b相电源幅值相同或相近，电源相位与b相电源可以为同相位或不同相位情况；
62.供电臂b：电源来自变电所b相绕组，用以提供牵引线b的电源及接触网回路，与a相电源幅值相同或相近，电源相位与a相电源可以为同相位或不同相位情况；
63.j0中性区：过分相区段中的无电区段，设置于a相供电臂末端与b相供电臂末端之间；
64.电力列车：电力列车为单机列车，可将供电系统的电力转换成机械力，提供铁路货车、列车的牵引功率，通过车顶的受电弓从接触网取得电流；
65.位置传感器cg1、cg0、cg2、cg3：其中cg1、cg0和cg2为检测从左向右行驶列车的位置传感器，cg2、cg0和cg3为检测从右向左行驶列车的位置传感器；
66.过分相装置：可由两个电子开关构成，也可由其它开关构成；当列车将要进入中性区时，电子开关1导通使中性区带a相电，保证列车继续以a相电压前行；当列车到达中性区后半段时，电子开关2导通使中性区带b相电，保证列车以b相电压前行；离开中性区后，电子过分相装置复位，为下一次列车过分相做准备；
67.电流互感器ct0、ct1、ct2：ct0用于检测电流的变化，根据检测信号判断受电弓位置，从而控制电子过分相装置的切换，ct1和ct2用于电子过分相装置的保护和监测；
68.过电压吸收装置：由rc构成，主要用来抑制列车过分相时的过电压。
69.在进行列车过分相时，以从左至右的行车方向为例，包括如下步骤：
70.1、当列车驶入过分相区段时，位置传感器cg1检测到电力列车通过，控制电子开关1导通，供电臂a给中性区供电。此时，电流互感器ct0中有电流流过，电流大小为i0，通过过电压吸收装置的电流i2＝i0，通过列车的电流为i1，电流流向如图2所示；
71.2、当列车正常运行到受电弓离开供电臂a时，即受电弓刚离开图2中的k点(供电臂a的末端)。此时的电流流向如图3中的虚线箭头所示，i'1为列车电流，i'2为流过过电压吸收装置的电流，电流互感器ct0检测到的电流i'0＝i'1+i'2，电流发生突变，从而根据电流互感
器ct0的电流跳变判断受电弓是否离开供电臂a；
72.3、图2中的l1为受电弓到列车第一个车轮的距离，l2为位置传感器cg1到k点处的水平距离，通过检测出从cg1到k点的时间t1，计算出从cg1到k点处的列车平均速度v＝(l2+l1)/t1。假设列车以速度v匀速行驶至图4中的位置，行驶距离为s，用时为t2，那么设置控制系统的延时为t2；
73.4、当受电弓刚离开k点时，电流互感器ct0检测到电流跳变；经过t2延时后，控制电子开关1关断，电子开关2导通，供电臂b给中性区供电；
74.5、当列车驶离分相区时，位置传感器cg2检测到车轮通过时，此时列车已离开中性区，控制电子过分相装置复位，为下一次列车过分相做准备。
75.当列车由供电臂b向供电臂a方向行驶时(图中从右到左行驶时)，过电分相时的过程和机理与上述过程和机理相同，此处不再赘述。
76.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。