列车带电过电分相冲动抑制系统及列车带电过分相系统的制作方法

本发明涉及轨道交通技术领域，具体地说，涉及一种列车带电过电分相冲动抑制系统以及一种列车带电过分相系统。

背景技术：

电气化铁路牵引供电接触网是一种特殊的单相供电网。为防止两供电臂之间发生异相短路和保证接触网末端电压不低于列车的最低工作电压，通常会采用分相、分段供电的方式。国内交流电气化铁路通常每隔几十公里就需要装设一个电分相装置。

根据列车经过分相区时列车的主断路器是否断开，主要分为断电过分相和带电过分相两大类。其中，断电过分相由于断电时间较长而存在列车降牵引、速度损失大等问题，并且随着线路运量和运行速度不断提升，断电过分相的方式越来越不能满足高速铁路和重载铁路的需求。为此，发展出了带电过分相的技术方案。

带电过分相方式主要有柱上式自动过分相和地面自动过分相两种方式。由于柱上开关自动过分相存在结构复杂、易形成硬点、过电压冲击和涌流大等问题，并且无法使用锚段结构，因此不适应电气化铁路的发展，在国内没有得到应用。地面自动过分相通过安装在地面的装置给中性区供电，实现列车在中性区不断电运行，克服了上述过分相方式因断电造成速度损失大等缺点，是牵引供电系统的发展趋势之一。

地面自动过分相方式包括电子开关自动过分相和机械开关自动过分相，其中机械开关自动过分相存在较长的死区时间，导致列车过分相时快速卸力，产生较为明显的冲击，影响司机的驾驶舒适感。电力电子开关自动过分相则利用电力电子器件具有快速响应、精确控制、长寿命等优点而成为目前较理想的自动过分相方式，特别是在分区所过分相时由于断电时间极短，可实现所有列车无感知过分相。

但是，在变电所异相电分相时，由于车网匹配性问题需要10ms以上的换相失电时间，因此仍存在一定的列车冲动问题。为此，本发明针对列车带电过分相时的冲动问题，提出一种列车带电自动过分相冲动抑制的方法。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种列车带电过分相冲动抑制系统，所述系统包括：卸力预告信号生成装置，其设置在地面端，用于在列车进入换相点前的预设位置时生成卸力预告信号；控制装置，其与所述卸力预告信号生成装置连接，用于响应所述卸力预告信号并生成相应的卸力控制信号，以利用所述卸力控制信号通过列车控制系统控制列车缓慢卸力。

根据本发明的一个实施例，所述卸力信号发生装置包括以下所列项中的任意一种：射频识别系统、红外对射检测装置和雷达反射检测装置。

根据本发明的一个实施例，所述卸力信号发生装置设置在承力索或地面上。

根据本发明的一个实施例，所述预设位置位于中性段所对应的区域中。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置设置在列车上并于所述列车控制系统连接，用于向所述列车控制系统传输所述卸力控制信号。

根据本发明的一个实施例，在卸力阶段，所述列车在所述换相点与所述预设位置之间的行程中的牵引力变化率与列车过所述换相点后的牵引力变化率相等。

根据本发明的一个实施例，在卸力阶段，所述控制装置配置为通过所述卸力控制信号控制列车控制系统使得列车在所述换相点与所述预设位置之间的行程中以第一牵引力变化率进行卸力，使得列车在所述换相点后以第二牵引力变化率进行卸力。

根据本发明的另一方面，还提供了一种列车带电过分相系统，其特征在于，所述系统包括如上所述的列车带电过分相冲动抑制系统。

根据本发明的一个实施例，所述列车带电过分相系统还包括地面自动过分相装置。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的列车带电过分相系统的结构示意图；

图2和图3是根据本发明一个实施例的列车带电过分相过程的示意图；

图4是根据本发明一个实施例的列车带电过分相系统的卸力曲线示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

大功率交流传动电力机车具有牵引性能优越、牵引力大、粘着利用率高、启动加速性能好、可靠性高、整备作业时间短、运营费用低、节能减排好等优点，便于实现多机牵引。同时，使用大功率交流传动电力机车牵引重载货物列车可以提高列车运行速度和承载重量，从而大幅度提高铁路的运输能力。

交流重载列车在运行过程中，由于机车及货车的编组方式、运行线路以及机车的牵引特性、操纵方式和制动工况不同等原因，容易引起列车的纵向冲动。为确保重载列车的运行安全，国内外开展了大量列车纵向动力学的相关研究和试验。列车纵向动力学研究以整个列车系统为研究对象，并且综合考虑车钩间隙、缓冲器的非线性特性、机车的牵引及制动特性、列车的空气制动以及机车之间的同步作用等影响。

国内外学者对列车纵向动力学开展了大量的研究和实验，但很少有学者对列车过电分相时因短时断电产生的列车冲动问题进行探索。当列车带电通过异相电分相时，换相失电时间较长，失电时会使列车牵引力快速降为零，造成列车短时冲量和纵向加速度变化较大，从而引起列车冲动，影响列车的安全运行。因此，抑制列车在过分相时因快速卸力引起的列车冲动是保证列车安全运行的重要前提。

针对现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种新的列车带电过分相冲动抑制系统以及应用了该列车带电过分相冲动抑制系统的列车带电过分相系统。该列车带电过分相冲动抑制系统能够使得列车在过分相时自动提前缓慢卸力，从而减小列车短时冲量和纵向加速度，缓解列车冲动，使列车带电平稳通过电分相区。

图1示出了本实施例所提供的列车带电过分相系统的结构示意图。

如图1所示，本实施例所提供的列车带电过分相系统优选地包括：列车带电过分相冲动抑制系统以及地面自动过分相装置101。其中，在本发明的不同实施例中，根据不同的实际需要，上述地面自动过分相装置101既可以是机械开关地面自动过分相装置，也可以是电子开关地面自动过分相装置，抑或是其他合理的在地面端能够实现列车自动过分相的装置。地面自动过分相装置101可以通过控制电力电子开关或机械开关将电分相两端的供电臂(例如第一供电臂a和第二供电臂b)的电压依次切换到中性段上，保证列车不断电通过电分相。

本实施例中，列车带电过分相冲动抑制系统优选地包括：卸力预告信号生成装置102和控制装置103。其中，卸力预告信号生成装置102设置在地面端，其能够在列车进入换相点前的预设位置时生成卸力预告信号。

具体地，本实施例中，卸力预告信号生成装置102优选地选用射频识别系统来实现。当然，在本发明的其他实施例中，卸力预告信号生成装置102根据实际需要还可以选择其他合理的器件或是设备来实现，本发明并不对此进行具体限定。

例如，在本发明的一个实施例中，卸力预告信号生成装置102还可以采用诸如红外对射检测装置或雷达反射检测装置来实现。

本实施例中，卸力信号发生装置102根据实际需要可以设置在承力索或地面(例如地面钢轨侧)上。例如，设置在与换相点m间隔预设距离(该预设距离可以根据实际需要配置为不同的合理值)的地面钢轨侧的预设位置k处。

当然，在本发明的其他实施例中，卸力信号发生装置102的具体设置位置还可以根据实际需要配置为其他合理位置，本发明并不对此进行限定。

如图1所示，本实施例中，控制装置103与卸力预告信号生成装置102连接，控制装置103能够响应卸力预告信号生成装置102所传输来的卸力预告信号并生成相应的卸力控制信号。同时，控制装置103会将上述卸力控制信号发送至与之连接的列车控制信号，以利用卸力控制信号通过列车控制系统来控制列车缓慢卸力。

本实施例中，控制装置103优选地设置在列车上并与列车控制系统连接。需要指出的是，在本发明的不同实施例中，控制装置103在列车上的具体设置位置以及控制装置103与列车控制系统的具体连接方式可以根据实际需要进行具体配置，本发明并不对此进行具体限定。

本实施例中，在卸力阶段(即列车控制系统响应控制装置103所发送来的卸力控制信号而进行进行牵引力的卸力时)，列车在换相点m与预设位置k之间的行程中的牵引力变化率与列车过换相点m后的牵引力变化率相等。

当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，在卸力阶段，控制装置103还可以配置为通过卸力控制信号控制列车控制系统，以使得列车在换相点m与预设位置k之间的行程中以第一牵引力变化率进行卸力，并使得列车在换相点m后以第二牵引力变化率进行卸力。

为了更加清楚地表明本发明所提供的列车带电过分相系统的工作原理、工作过程以及优点，以下结合图2和图3来通过具体的过分相过程来进行进一步的阐述。

如图2所示，当列车未进入中性区时，列车未进入到信号接收区域(即列车未行驶至位于中性区的预设位置k处)，此时由于卸力预告信号生成装置102不会生成卸力预告信号，因此列车上的制装置103也就接收不到卸力预告信号，此时列车将会继续正常行驶。

当列车行驶到信号接收区域(即列车行驶至换相点m前的预设位置k处)时，列车上的控制装置103进入到卸力预告信号生成装置102的信号发射区域时。此时卸力预告信号生成装置102将会生成卸力预告信号，并将该卸力预告信号传输至设置在列车上的控制装置103，控制装置103也就会生成相应的卸力控制信号，从而通过列车控制系统来使得列车自动缓慢卸力。

图4示出了本实施例中列车过分相过程中列车牵引力随时间变化的曲线，其中曲线1为现有技术中列车带电通过异相电分相时列车牵引力随时间变化的曲线，曲线2为利用本实施例所提供的列车带电过分相系统而产生的列车带电通过异相电分相时列车牵引力随时间变化的曲线。

从图4中可以看出，对于现有技术来说，当列车到达换相点m时，因换相失电时间较长，列车快速卸力，即列车牵引力以k1的斜率快速下降。经过δt时长的的卸力时间后，列车牵引力变化量δf1较大，这样也就导致列车的短时冲量δp和列车的纵向加速度变化较大，列车冲动大，从而影响列车驾驶员的舒适性，严重时甚至影响列车的安全稳定运行。

而对于本实施例所提供的列车带电过分相系统来说，其在预设位置k处即开始进行缓慢卸力，经过t1(其中，t1＝l/v,l为k点到换相点m的距离，v为列车的平均速度)的卸力时长后，列车牵引力缓慢下降。当列车到达换相点m处时，列车牵引力以k2的斜率缓慢下降，列车缓慢卸力。经过s时长δt的卸力时间后，牵引力变化量δf2较小，使得列车的短时冲量δp和列车的纵向加速度变化明显减小，达到了减小列车冲动的目的。

具体地，由如下表达式(1)和表达式(2)可知，当列车到达换相点m处，经过缓慢卸力后列车的牵引力f缓慢下降，使得列车的短时冲量δp和列车的纵向加速度变化减小，从而达到减小列车冲动的目的。

δp＝δf×δt(1)

a＝f1/m(2)

f1＝f-f(3)

其中，δf表示牵引力变化量，δt表示变化时长，f表示列车牵引力，f表示列车所受阻力，m表示列车质量，a表示列车加速度。

从上述描述中可以看出，本发明所提供的列车带电过分相冲动抑制系统能够使得列车到达换相点前，即可以基于卸力预告信号来提前通知列车自动缓慢卸力，以达到减小列车冲动的目的。

该列车带电过分相冲动抑制系统在实现过程中并不会影响到现有设备，其只需要在现有设备基础上增加卸力预告信号生成装置和控制装置既可以实现对列车带电过分相冲动的抑制，并且所增加的装置不会对牵引供电系统造成其它干扰源及附加的影响，其具有结构简单、成本低等优点。

同时，本系统可以有效地解决列车带电过分相的冲动问题，从而实现列车安全平稳带电过电分相区，继而提高列车驾驶员的舒适性。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。