一种高速列车新型接地系统、自动控制系统及控制方法与流程

本发明属于接地系统技术领域，具体涉及一种高速列车新型接地系统、自动控制系统及控制方法。

背景技术：

高速列车采用分散式动力，牵引电流通过轮对泄入钢轨后，易通过保护接地点重新回流至车体，在各节车体间通过等电位连接线形成局部环流，致使在靠近工作接地点车体和头尾车车体的保护接地电流较大。现有高速列车的工作接地采用直接接地方式，保护接地采用直接接地或经接地电阻器接地方式，虽然采用接地电阻器接地方式在一定程度上可抑制接地电流进入车体形成环流，但其致使车体电位的抬升，不利于列车升降弓、过分相等情况下所产生的车体浪涌过电压的泄放，这对车载电器设备的耐绝缘性能提出了更高的要求。现有高速列车接地方式存在保护接地电流分配不均、头尾车车体电流过大，车体浪涌过电压较高的问题，对其接地方式进行改进优化，有助于提升高速列车的安全稳定运行性能。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提出一种高速列车新型接地系统、自动控制系统及控制方法，用于解决现有技术存在的保护接地电流分配不均、头尾车车体电流过大以及车体浪涌过电压较高的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种高速列车新型接地系统，包括依次电性连接的接触网、高速列车以及钢轨，高速列车包括拖车、动车、阻容式连接装置、保护接地装置以及工作接地装置；

动车和相邻的拖车或动车的等电位连接线设置有阻容式连接装置，其底端均设置有转向架，车体和轴端之间至少设置有一路保护接地装置；

拖车包括列车车头和位于中间位置的变压器车，变压器车的内部设置有牵引变压器，其底端的原边中性点设置有工作接地点，且其顶端与接触网电性连接；

工作接地点并联设置有三路工作接地装置，工作接地装置与轴端电性连接。

进一步地，阻容式连接装置为并联设置的电容装置和可变电阻器；

电容装置的电容值范围为1μf～10μf，可变电阻器的阻值小于0.5ω。

进一步地，列车车头、变压器车以及动车的底端均设置有两个转向架，列车车头和动车的每个转向架的底端并联设置两路保护接地装置，保护接地装置远离车体的一端与轴端连接；

变压器车的车体与轴端之间并联设置有一路保护接地装置，且牵引变压器原边中性点与碳刷之间设置有三路工作接地装置。

进一步地，工作接地装置为牵引变压器的原边中性点与接地碳刷连接的导体，接地碳刷与轴端电性连接，保护接地装置为采用直接接地方式的连接导线。

一种基于高速列车新型接地系统的自动控制系统，包括数据采集单元、数据处理单元以及动作单元，数据采集单元和动作单元均与数据处理单元通信连接。

进一步地，数据采集单元包括设置于各保护接地点的电流传感器和位于列车车头的控制室的数据采集卡，电流传感器的信号输出端与数据采集卡的输入端相连，数据采集卡的输出端与数据处理单元通信连接；

动作单元包括设置于动车和相邻的拖车或动车的等电位连接线的可变电阻器，可变电阻器串联在等电位连接线上，且与位于等电位连接线的电容装置并联；

数据处理单元位于列车车头的控制室，且其分别与数据采集卡的输出端以及可变电阻器的阻值控制端通信连接。

一种自动控制系统的控制方法，包括如下步骤：

s1：进行自动控制系统的初始化，包括对系统的容许误差参数和可变电阻器的动作速率进行参数设定，以及对高速列车的车体进行编号；

s2：使用电流传感器和数据采集卡定时采集各保护接地点的电流值；

s3：根据采集到的电流值，进行求和处理，获取流经各节车体的电流总值，计算该时刻下各节车应承担的均分电流量的标准值，并根据其获取各节车体电流偏差值；

s4：判断电流偏差值是否符合要求，即各节车体电流偏差值是否大于容许误差参数，若是则根据各节车体电流偏差值的大小和正负，获取车体进行电流重新分配所应调整的电流大小和电流流向，并找到对应涉及的车体编号，进入步骤s5，否则结束控制，等待下一次电流采集；

s5：根据车体编号、调整的电流大小和电流流向，以及预设的动作速率，调整对应的可变电阻器，并向数据处理单元反馈动作后的电流检测结果，返回步骤s4；

调整的电流大小和电流流向为各节车体电流偏差值的大小和方向。

进一步地，步骤s3中，各节车体电流偏差值的计算公式为：

δin＝in-i'

式中，δin为各节车体电流偏差值，即该时刻下各车电流实际值与均分电流量标准值之间的偏差；in为流经各节车体上的电流总值；i'为该时刻下各节车应承担的均分电流量的标准值。

进一步地，该时刻下各节车应承担的均分电流量的标准值的计算公式为：

式中，为高速列车流经所有车体的总电流值；n为车体编号；n为车体总数。

本发明的有益效果为：

(1)两节列车车体之间串接一个可变电阻器，并且在可变电阻器两端并联一个电容装置，可实现在不同的工况和运行环境下，能通过调整可变电阻器的阻值来实时调控车体电流在各节车体之间分配的功能，有效限制了牵引回流通过保护接地点进入车体的分流在各节车体之间相互流通的路径，使各个车体的环流可根据调配需要按相应的大小进行定向分配，解决了牵引回流通过保护接地点进入车体的分流及其他泄露电流在各车体之间因分配不均而产生的车体局部环流问题，同时，该种连接方式避免了车体环流通过头尾两车的保护接地点重新汇流的问题；

(2)车体间的电容装置能保证在列车遭受过电压时，浪涌电压通过该低阻抗路径在各车体间进行快速泄放；

(3)通过采用分散式的直接接地保护方式，不仅可以保证每节车体能通过钢轨的直接连接实现等电位，还可以使车载电子设备的漏电流及车体感应电流直接泄放至钢轨，有效限制了车体电位的抬升；

(4)自动控制系统实时监测保护接地点电流，通过列车运行情况自动调节各车间的可变电阻阻值，实时调控接地回流及车体其他泄露、感应电流在各车间分配，使电流在各车体之间均匀分配，减少车体环流现象的发生，提高了实用性。

附图说明

图1为高速列车新型接地系统结构示意图一；

图2为高速列车新型接地系统示意图二；

图3为自动控制系统结构框图；

图4为控制方法流程图。

其中，1、接触网；2、高速列车；21、动车；22、变压器车；221、牵引变压器；23、受电弓装置；24、阻容式连接装置；25、保护接地装置；26工作接地装置；3、钢轨；4、转向架；5、轴端；6、减震气囊；7、电流传感器；8、可变电阻器。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1和图2共同所示，一种高速列车新型接地系统，包括依次电性连接的接触网1、高速列车2以及钢轨3，高速列车2包括依次连接的拖车和动车21，高速列车前后四节车体关于中心对称设置，高速列车2还包括阻容式连接装置24、保护接地装置25以及工作接地装置26；

动车21和相邻的拖车或动车21的等电位连接线设置有阻容式连接装置24，其底端均设置有转向架4，车体和轴端5之间至少设置有一路保护接地装置25；

拖车包括列车车头和位于中间位置的变压器车22，变压器车22的内部设置有牵引变压器221，其底端的原边中性点设置有工作接地点，且其顶端设置有与接触网1电性连接的受电弓装置23；

工作接地点并联设置有三路工作接地装置26，工作接地装置26与轴端5电性连接。

本实施例中，阻容式连接装置24为并联设置的电容装置和可变电阻器8；

电容装置的电容值范围为1μf～10μf，可变电阻器8的阻值小于0.5ω；

车体间的电容装置能保证在列车遭受过电压时，浪涌电压通过该低阻抗路径在各车体间进行快速泄放；车体间的可变电阻器8可实现在不同的工况和运行环境下，能通过调整可变电阻器8的阻值来实时调控车体电流在各节车体之间分配的功能。可有效限制牵引回流通过保护接地点进入车体的分流在各节车体之间相互流通的路径，使各个车体的环流可根据调配需要按相应的大小进行定向分配。同时，该种连接方式避免了车体环流通过头尾两车的保护接地点重新汇流的问题。

本实施例中，列车车头、变压器车22以及动车21的底端均设置有两个转向架4，列车车头和动车21的每个转向架4的底端并联设置有两路保护接地装置25，保护接地装置25远离车体的一端与轴端5连接；

变压器车22的车体与轴端5之间并联设置有一路保护接地装置25，且牵引变压器221原边中性点与碳刷之间设置有三路工作接地装置26。

本实施例中，工作接地装置26为牵引变压器221的原边中性点与接地碳刷连接的导体，接地碳刷与轴端5电性连接，保护接地装置25为采用直接接地方式的连接导线，降低了整个接地系统的阻抗，较大程度的减小了车体浪涌过电压的幅值，有利于车体电位的降低。

本实施例中，受电弓装置23包括依次连接的受电弓机械臂和受电弓滑板，受电弓滑板与接触网11的接触线电性连接，受电弓机械臂与变压器车22的顶端固定连接，且与牵引变压器221电性连接。

如图3所示，一种基于高速列车新型接地系统的自动控制系统，包括数据采集单元、数据处理单元以及动作单元，数据采集单元和动作单元均与数据处理单元通信连接，自动控制系统实时监测保护接地点电流，通过列车运行情况自动调节各车间的可变电阻阻值，实时调控接地回流及车体其他泄露、感应电流在各车间分配，使电流在各车体之间均匀分配，减少车体环流现象的发生，提高了实用性。

本实施例中，数据采集单元包括设置于各保护接地点的电流传感器7和位于列车车头的控制室的数据采集卡，电流传感器7的信号输出端与数据采集卡的输入端相连，数据采集卡的输出端与数据处理单元通信连接；

动作单元包括设置于动车21和相邻的拖车或动车21的等电位连接线的可变电阻器8，可变电阻器8串联在等电位连接线上，且与位于等电位连接线的电容装置并联；

数据处理单元位于列车车头的控制室，且其分别与数据采集卡的输出端以及可变电阻器8的阻值控制端通信连接。

一种自动控制系统的控制方法，如图4所示，包括如下步骤：

s1：进行自动控制系统的初始化，包括对系统的容许误差参数和可变电阻器的动作速率进行参数设定，以及对高速列车的车体进行编号；

s2：使用电流传感器和数据采集卡定时采集各保护接地点的电流值；

s3：根据采集到的电流值，进行求和处理，获取流经各节车体的电流总值，计算该时刻下各节车应承担的均分电流量的标准值，并根据其获取各节车体电流偏差值；

s4：判断电流偏差值是否符合要求，即各节车体电流偏差值是否大于容许误差参数，若是则根据各节车体电流偏差值的大小和正负，获取车体进行电流重新分配所应调整的电流大小和电流流向，并找到对应涉及的车体编号，进入步骤s5，否则结束控制，等待下一次电流采集；

s5：根据车体编号、调整的电流大小和电流流向，以及预设的动作速率，调整对应的可变电阻器，并向数据处理单元反馈动作后的电流检测结果，返回步骤s4；

调整的电流大小和电流流向为各节车体电流偏差值的大小和方向。

本实施例中，步骤s3中，各节车体电流偏差值的计算公式为：

δin＝in-i'

式中，δin为各节车体电流偏差值，即该时刻下各车电流实际值与均分电流量标准值之间的偏差；in为流经各节车体上的电流总值；i'为该时刻下各节车应承担的均分电流量的标准值。

本实施例中，该时刻下各节车应承担的均分电流量的标准值的计算公式为：

式中，为高速列车2流经所有车体的总电流值；n为车体编号；n为车体总数。

本发明提出一种高速列车新型接地系统、自动控制系统及控制方法，解决了现有技术存在的保护接地电流分配不均、头尾车车体电流过大以及车体浪涌过电压较高的问题。