一种机车自动过分相控制方法及装置与流程

本申请属于机车控制技术领域，涉及一种机车自动过分相过程中的控制方法及装置。

背景技术：

机车通过受电弓从接触网获取电能，接触网通常采用单相交流制供电，为使电力系统三相负荷平衡，接触网每隔一段距离便会换相供电，为防止不同相接触网发生相间短路，在其结合部设有一段绝缘区，该绝缘区称之为分相。机车在进入分相前要求将动力逐渐卸载至零并断开主断路器，呈失电状态惰行，通过分相之后再闭合主断路器以恢复供电，并逐渐恢复动力。机车自动过分相控制系统，就是利用自动化控制技术实现机车过分相过程的自动控制，以减轻人工操作的强度。

已有的自动过分相控制技术中，在分相前后位置设有磁感应器(或其他如射频等类型感应器)，当机车经过时，感应器会向机车传送信号。一般地，沿机车行驶方向，至少会设置三个感应器。其中第一个感应器为“预告信号”，当机车接收到该信号之后，开始以一定的斜率卸载机车动力，以使得在断开主断路器和进入分相之前将机车动力卸载至零。第二个感应器为“强断信号”，当机车接收到该信号之后，便立即断开主断路器，以使得在进入分相之前断开负载。第三个感应器为“恢复信号”，当机车接收到该信号之后，表示已通过分相，可以闭合主断路器，恢复机车动力。

机车动力的卸载需要一定的时间。在实际应用中，线路的情况不同，机车的运行工况不同，会导致机车从动力开始卸载到卸载为零期间的行驶距离不同，由此，总会出现机车在距离分相较远距离时便过早卸载动力的情况，通过分相后，也要检测“恢复信号”后才能闭合主断路器，存在过晚加载动力的情况，如果机车速度较低或在上坡区段运行，会导致机车动能不足，无法通过分相，严重时会造成停车事故。即使能够安全通过分相，但失电距离越长，必然速度损失越大，这对列车正常行驶也有不利影响。

一般地，机车有两个受电弓，机车运行时，其中一个升弓运行，另一个降弓备用，不同的受电弓运行，其与分相的距离相差数十米至数百米，具体因车型不同而存在差异。上述的机车自动过分相控制技术均没有考虑机车运行受电弓与分相的实际距离对机车自动过分相的影响，从而仍然存在机车过早卸载机车动力和过晚加载机车动力的弊端。

另外，为防止双弓运行造成分相短路事故，机车过分相时严格要求“禁止双弓”运行，而现有技术中，“禁止双弓”依靠人工控制，如果人工控制出现失误，则存在很大的安全风险。

因此，研究机车如何安全通过分相是一项具有实际意义的课题。

袁璐等人的发明“一种机车自动过分相过程中的机车动力卸载方法及装置”，介绍了通过运算机车实时运行速度和安全距离得到适当的卸载时间来优化机车自动过分相控制。樊运新等人的发明“一种机车过分相控制方法”，介绍了根据机车当前速度、牵引力和安全距离计算得出牵引力卸载斜率或延迟卸载时间来优化机车自动过分相控制。这些发明均没有完全解决上述问题。

技术实现要素：

本申请提供一种更加优化的机车自动过分相控制方法及装置，具体为一种增加了机车受电弓、机车速度、机车动力和网压信号的自动过分相控制方法，应用于机车自动过分相控制装置，以克服现有技术的不足。

本申请的技术方案为：在现有以线路上安装感应器为控制信号的机车自动过分相技术的基础上，增加以机车受电弓、机车速度、机车动力和网压信号作为控制依据来调整机车自动过分相过程中各项控制信号的输出时间。具体是，在进入分相前，以受电弓信号结合机车速度、机车动力来调整卸载机车动力和断开主断路器的时间，在通过分相后，以网压信号作为控制机车闭合主断路器和加载机车动力的依据，可有效减少机车在过分相过程中的失电时间，从而减少机车失电时间过长带来的弊端。同步地，机车过分相前判断受电弓信号，如为双弓运行，则立即立即降下一个受电弓，从而保持只有一个受电弓运行，以满足机车过分相时“禁止双弓”的要求，防止在人工控制失误的情况下发生双弓运行，造成分相短路事故。

一般地，在机车行驶方向上会设置四个感应器，依次为g1、g2、g3、g4。其中g1为“预告信号”，当机车接收到该信号，便启动自动过分相控制程序，开始卸载动力，以使得在断开主断路器和进入分相之前将动力卸载至零。g2为“强断信号”，当机车接收到该信号，便立即断开主断路器，以使得在进入分相之前断开负载。g3为“恢复信号”，当机车接收到该信号，表示已通过分相，可以闭合主断路器。g4作为反方向行车时的“预告信号”，在正方向行车时无实际意义，需要忽略。

机车自动过分相控制装置除接收前面所述的感应器信号外，还接入受电弓、机车速度、机车动力和网压信号。

当机车自动过分相控制装置接收到g1的信号后，立即获取受电弓、机车速度、机车动力和网压信号，计算出：t1＝s1/v-f/k，t2＝(l+s1)/v-f/k，t3＝(s2+s3)/v。根据受电弓信号判断，如果是受电弓1运行，执行步骤1；如果是受电弓2运行，则执行步骤2；如果是受电弓1、2同时运行，则执行步骤3。

步骤1：延迟t1时间后，开始卸载机车动力，卸载至零后，断开主断路器，执行步骤4。

步骤2：延迟t2时间后，开始卸载机车动力，卸载至零后，断开主断路器，执行步骤4。

步骤3：判断为双弓运行，立即降下受电弓1，保持受电弓2运行，并执行步骤2。

步骤4：延迟t3时间，且机车接收到网压的变化为从无到有后，立即闭合主断路器，并开始加载机车动力。

其中,t1、t2、t3分别为三个延迟时间，l为机车两个受电弓之间的距离,s1为所述g1和g2之间的距离，称为“预告距离”，s2为安全预留区长度，长度s3为分相长度，v为机车速度，f为机车动力，k为机车动力卸载斜率。

所述的受电弓1为机车行驶方向的前方受电弓，受电弓2为机车行驶方向的后方受电弓。所述的受电弓运行为受电弓升起运行，否则为受电弓降下备用。

所述的网压为接触网电压，所述的网压的变化，具体为：由于分相存在绝缘区，绝缘区内相比正常接触网为无电状态，在机车进入分相的过程中会检测到接触网的电压从有到无的变化，而在离开分相的过程中会检测到网压从无到有的变化。

其有益效果是：

1、在机车过分相时，结合机车运行速度，区分受电弓1和受电弓2运行的情况，分别延迟t1、t2时间开始卸载机车动力，消除机车低速运行、受电弓2运行情况下导致过早卸载机车动力的不利影响。

2、在机车通过分相后，以网压从无到有的变化信号为依据来闭合主断路器，消除受电弓1运行的情况下依靠g3信号来闭合主断路器造成过晚闭合主断路器的不利影响。

3、针对机车过分相时“禁止双弓”的要求，在人工控制失效的情况下，自动过分相装置会立即降下一个受电弓，从而保持只有一个受电弓运行，防止双弓运行造成分相电气短路的安全风险。

通常所说的动车与机车在电气工作原理上相似，二者自动过分相控制原理也相似，只是因为用途、性能参数不同，使得内部设备构造、布局不同，从而使用不同名称以示区分。如：机车的动力全部集中在机车本体之内，其与车厢可连接、可分解，两种情况下机车均可以正常工作；而动车通常为多节车厢固定编组，其动力通常分布在多节车厢内，以提高其动力均衡性能，但也有一种特殊的动车－－集中动力动车组，其全部动力集中在动车组一端的一节车厢内，动力分布与机车相似，但动力车厢与其它车厢固定编组。针对本申请的技术内容，动车与机车的不同之处仅为：动车的两个受电弓间距明显大于机车的两个受电弓间距，具体的间距又因不同车型而存在差异，机车两个受电弓间距约20米，动车的两个受电弓间距约80-120米。因此本申请的所有内容同样包含和适用于动车自动过分相。

另外，也有通过atp系统(列车超速防护)代替感应器向机车提供分相位置信号的过分相控制方法。本申请的所有内容同样包含和适用于atp自动过分相模式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请一种机车自动过分相控制方法及装置的机车轨道分相示意图；

图2为本申请一种机车自动过分相控制方法及装置的控制方法流程图；

图3为本申请一种机车自动过分相控制方法及装置的原理框图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本申请所保护的范围。

本申请的核心在于提供一种机车自动过分相控制方法及装置，以便机车通过分相前在更适当的时机卸载动力、断开主断路器，通过分相后在更适当的时机闭合主断路器、加载动力，从而缩短机车失电时间，保障机车顺利、安全地通过分相，降低行车安全风险，同时，如机车过分相前为双弓运行，则立即降下一个受电弓，防止双弓运行的风险。

如图1所示，一般地，沿机车行驶方向，依次设置有四个感应器g1、g2、g3、g4，其中，第一感应器g1与第二感应器g2设置在分相之前，第三感应器g3与第四感应器g4设置在分相之后。

第一感应器g1发送的信号称为“预告信号”，表示机车前方将要进入分相，需要进行动力卸载，以便在动力卸载至零后断开主断路器。如此，在分相内接触网无电，机车主断路器断开，机车不从接触网取电。

第二感应器g2发送的信号称为“强断信号”，在分相之前设置有第一安全预留区，g2安装在第一安全预留区的起点位置，当机车接收到g2发送的“强断信号”后，无论此时机车动力是否卸载至零，自动过分相控制装置都会立即断开主断路器，以确保机车以主断路器断开的状态进入分相。

第一安全预留区的长度与第二安全预留区的长度均为s2，第一感应器g1与第二感应器g2间的距离为s1,称为“预告距离”，分相的长度为s3。

与第一安全预留区类似，机车通过分相之后将进入第二安全预留区，第三感应器g3安装在第二安全预留区的终点位置，当机车接收到g3发送的“恢复信号”，表示机车已通过分相，第四感应器g4发送的信号并无实际意义，是为了机车反向行驶时作为“预告信号”而设置的，同时，第三感应器g3也作为机车反向行驶时的“强断信号”。

图2为本申请一种机车自动过分相控制方法及装置的控制方法流程图，应用于自动过分相控制装置。

在机车接收到第一感应器g1发送的“预告信号”之后，立即获取机车受电弓、机车速度、机车动力和网压的信号。根据公式：t1＝s1/v-f/k，t2＝(l+s1)/v-f/k，t3＝(s2+s3)/v，计算出t1，t2，t3。根据受电弓信号判断，如果是受电弓1运行，执行步骤1；如果是受电弓2运行，则执行步骤2；如果是受电弓1、2同时运行，则执行步骤3。

步骤1：延迟t1时间后，开始卸载机车动力，卸载至零后，断开主断路器，执行步骤4。

步骤2：延迟t2时间后，开始卸载机车动力，卸载至零后，断开主断路器，执行步骤4。

步骤3：判断为双弓运行，立即降下受电弓1，保持受电弓2运行，并执行步骤2。

步骤4：延迟t3时间，且机车接收到网压的变化为从无到有后，立即闭合主断路器，并开始加载机车动力。

其中,t1、t2、t3分别为三个延迟时间；l为机车两个受电弓之间的距离,v为机车速度，f为机车动力，k为机车动力卸载斜率。

受电弓1为机车行驶方向上的前方受电弓，受电弓2为机车行驶方向上的后方受电弓。受电弓运行为受电弓升起运行，否则为受电弓降下备用。

所述的网压为接触网电压，所述的网压的变化，具体为：由于分相存在绝缘区，绝缘区内的一段接触网无电，在机车进入分相的过程中会检测到接触网的电压从有到无的变化，而在离开分相的过程中会检测到网压从无到有的变化。

其有益效果是：

1、步骤1使得机车并非在接收到“预告信号”后立即开始卸载动力，而是在延迟t1时间后，开始卸载动力，并在“预告距离”的终点位置恰好卸载至零，t1考虑了机车速度v及动力卸载时间f/k，避免机车过早卸载动力带来的不利影响。

2、步骤2使得机车并非在接收到“预告信号”后立即开始卸载动力，而是在延迟t2时间后，开始卸载动力，并在“预告距离”的终点位置恰好卸载至零，t2考虑了受电弓2较受电弓1的落后距离l、机车速度v及动力卸载时间f/k，避免机车过早卸载动力带来的不利影响。。

3、步骤3针对机车过分相时“禁止双弓”的要求，在人工控制失效的情况下，自动过分相装置会立即降下一个受电弓，从而保持只有一个受电弓运行，防止双弓运行造成分相电气短路的安全风险。

4、步骤4使得机车并非在通过第二安全预留区并接收到“恢复信号”后才闭合主断路器，而是在运行受电弓通过分相，接收到网压从无到有的变化后就闭合主断路器，避免机车过晚闭合主断路器的不利影响。

图3为本申请一种机车自动过分相控制方法及装置的原理框图，包括信号输入模块、运算模块、控制输出模块。

信号输入模块接收感应器、机车受电弓、机车速度、机车动力和网压的信号，并将处理后的信息发送给运算模块。

运算模块接收信号输入模块发送的信息，运算机车动力卸载的延迟时间及机车动力状态的判断、网压的变化及判断、受电弓运行状态及判断，并将运算信息发送给控制输出模块。

控制输出模块接收运算模块发送的信息，并输出控制信号。