一种电力机车牵引系统的制作方法

本实用新型涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种电力机车牵引系统。

背景技术：

在轨道车辆运行过程中，线路由于条件限制，无法架设接触网线路，例如入库线路、机车卸货线路、某些线路条件限制无法架设触网的线路等；或者是由于线路故障导致全线或者某一节线路存在接触网失电的故障情况，导致电力机车经常存在无网区运行的情况，即电力机车没有电网提供能源，整车无法工作。

在现有的轨道交通领域中，针对电力机车无法在由于无法架设线路的无网区运行问题，一般可通过调车机车(内燃调车机车或者储能调车机车)进行牵引运行或者是电力机车上新增储能元件牵引运行。

而利用内燃调车机车进行牵引时，由于内燃机车运行存在碳排放和污染的问题。且为了牵引电力机车，内燃调车机车整车功率配置很大，利用率较低。

利用储能调车机车进行牵引运行驱动时，储能调车需要自身配备一套电传动系统、控制系统和制动系统，原有电力机车的电传动系统和整车控制系统在被牵引时无法工作，车载部件利用率很低。同时由于储能调车机车功率和能量需求比较大，除了电传动系统和整车控制系统之外还需要配置储能电源，因此储能调车机车设备布置空间比较紧凑，限制了储能调车机车的性能。

在电力机车会增加储能电源，为电力机车在无网区运行时提供电能。但是由于电力机车通常采用紧凑的结构设计，且电力机车的功率需求和能量消耗都很大。大容量储能电源通常没有足够的安装空间，无法满足整车运行时的能量和功率的需求。此外，车上新增的储能元件只能为本车提供能量，能源利用率相对低。

但是，针对由于线路故障导致接触网失电的故障情况时，尽管可采用内燃/储能式调车机车救援的方式解决电力机车无电线路运行的故障问题，但是这种救援方式过于依靠调车机车。而且调车机车通常停留在线路两端，当故障线路处于整条线路的中间区域时，救援非常困难，需要将调车机车-故障线路中间线路的所有车辆清空后才能够有效救援，救援费时费力。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种电力机车牵引系统，实现了电力机车在无网区的快速线路救援，且电力机车原有的电传动系统、辅助供电系统、控制系统和制动系统等在无电区运行时也能得到有效地应用。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种电力机车牵引系统，包括电力机车和储能轨道车；

所述电力机车与所述储能轨道车通过重联电缆相连接，所述重联电缆一端设置在所述储能轨道车的车端连接器，另一端设置在所述电力机车的车端连接器上；

所述电力机车与所述储能轨道车通过车钩进行连挂运行；

所述电力机车包括储能电源输入端，所述储能电源输入端为开关和预充电电路，所述开关一端与所述电力机车的车端连接器相连，另一端通过所述预充电电路与牵引直流母线和逆变模块相连；

所述储能轨道车包括车架、车轮、带充电连接器的储能电源、电气装置、驱动装置、操作装置及车端连接器，用于通过所述重联电缆为所述电力机车在无网区运行时提供能量，所述驱动装置包括小功率牵引电机和制动机。

可选的，所述储能电源为蓄电池或超级电容，且所述储能电源为容量和功率可调整的电源。

可选的，所述储能轨道车为储能轨道平车。

可选的，所述开关为隔离接触器。

可选的，所述预充电电路包括预充电接触器、短接接触器和与所述预充电接触器相连的电阻；所述短接接触器与所述预充电接触器并联。

可选的，所述储能电源还包括太阳能电池组件。

可选的，所述操作装置为车载手柄操作装置或有线遥控操作装置或无线遥控操作装置。

可选的，所述电力机车的车端连接器为2个，两个车端连接器并联连接。

可选的，所述储能轨道车的车端连接器为2个，两个车端连接器并联连接。

可选的，所述储能轨道车还包括报警装置，用于当检测到所述储能电源中存储电量低于预设电量阈值时，进行报警提示。

本实用新型实施例提供了一种电力机车牵引系统，包括电力机车和通过车钩进行连挂运行的储能轨道车，储能轨道车通过重联电缆为电力机车在无网区提供能量，重联电缆一端设置在储能轨道车的车端连接器，另一端设置在电力机车的车端连接器上；电力机车包括储能电源输入端，储能电源输入端为开关和预充电电路，开关一端与电力机车的车端连接器相连，另一端通过预充电电路与牵引直流母线和逆变模块相连；储能轨道车包括车架、车轮、带充电连接器的储能电源、电气装置、驱动装置、操作装置及车端连接器，驱动装置包括小功率牵引电机和制动机。

本实用新型的优点在于，在电力机车处于无网区运行时，储能轨道车通过车端连接器向重联的电力机车提供能量，电力机车利用自身的电传动系统、辅助供电系统、控制系统和制动系统进行正常的运行操作，实现了电力机车在无网区的快速有效救援。整个系统不仅结构简单、配置灵活、成本低廉，使电力机车原有的电传动系统、辅助供电系统、控制系统和制动系统等在无电区运行时也能得到有效地应用，提升了电力机车自身系统的利用率，储能轨道车还可以自身单机运行，有效解决电力机车在无网区运行时的污染排放、低效率的问题，同时还能够提升电力机车在无网线路的运行能力。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型实施例提供的电力机车牵引系统的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的储能轨道车的电气原理示意图；

图3为本实用新型实施例提供的储能轨道车的一种具体实施方式的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种电力机车主电路的原理示意图；

图5为本实用新型实施例提供的图4中的电力机车在电力机车牵引系统中的主电路原理示意图；

图6为本实用新型实施例提供的电力机车牵引系统的一种电气原理示意图和能量流向图；

图7为本实用新型实施例提供的另一种光电力机车主电路的原理示意图；

图8为本实用新型实施例提供的图7中的电力机车在电力机车牵引系统中的主电路原理示意图；

图9为本实用新型实施例提供的电力机车牵引系统的另一种电气原理示意图和能量流向图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

首先参见图1，图1为本实用新型实施例提供的电力机车牵引系统在一种具体实施方式下的结构示意图，本实用新型实施例可包括以下内容：

电力机车牵引系统可包括电力机车1和储能轨道车2，电力机车1和储能轨道车2一方面通过车钩在结构相连，进行连挂运行。另一方面，通过重联电缆3相连接，重联电缆3一端设置在储能轨道车的车端连接器，另一端设置在电力机车的车端连接器上。当然，重联电缆也可替换为其他任何一种能量传输装置，只要可实现将储能轨道车2中的储能电源传输到电力机车1中即可。

车端连接器，也即为车端重联插座，或者为重联插座，用于连接重联电缆，在一种具体实施方式中，车端连接器有2个，即储能轨道车有2个车端连接器，电力机车也有2个车端连接器为，当然，也可为其他任何个数，本申请对此不作任何限定，各车端连接器彼此并联。

电力机车1可包括储能电源输入端和相应的电气连接，储能电源输入端用于接收储能轨道车2传输的电能。储能电源输入端具体可为开关和预充电电路，开关一端与电力机车的车端连接器相连，另一端通过预充电电路与牵引直流母线和逆变模块相连。

可选的，开关可为隔离接触器，预充电电路可包括预充电接触器、短接接触器和与预充电接触器相连的电阻；短接接触器与预充电接触器并联。预充电接触器用于机车启动阶段的牵引逆变模块预充电过程。

储能轨道车2的电气原理示意图和结构示意图，请参阅图2-图3所示，具体的可包括车架21、车轮22、储能电源23、电气装置24、驱动装置25、操作装置26、车钩27、充电连接器(充电插座)28及车端连接器29，用于通过重联电缆为电力机车在无网区运行时提供能量，驱动装置25可包括小功率牵引电机和制动机。

当储能轨道车2与电力机车1重联运行时，车载储能电源23经过重联电缆、车端连接器后经过电力机车开关和预充电电路后通过牵引逆变模块后驱动机车牵引电机运行，同时通过机车辅助逆变模块后向交流辅助负载供电，工作人员可在电力机车的操纵台进行整车运行操控。同时机车再生制动的能量也可以反馈向储能轨道车2的储能电源23充电，牵引时能量流与再生制动时的能量流正好相反。

当储能轨道车2单机运行时，车载储能电源23经过车载电气装置24逆变后驱动牵引电机运行(工作人员可以通过车载/遥控式操纵系统进行操作)。当车载储能电源23需要充电时，也可以利用地面的充电机通过充电连接器向车载储能电源23充电，即可在储能电源23增加充电机，利用地面的通用电源(例如AC380V)经过车载充电机后向车载储能电源充电。

储能轨道车2在一种具体实施方式中，可为储能轨道平车，当然，也可为敞车或篷车，这均不影响本申请的实现。

车架21可采用板材焊接的箱式梁结构，用于安装和承载储能电源23、电气装置24、驱动装置25、车钩27、充电连接器(充电插座)28及车端连接器2。

车轮22用于车辆在轨道上的行走。

驱动装置25可包含小功率牵引电机和制动机，以满足轨道车单机低速运行要求。

电气装置24可包含牵引逆变器和电气元件，利用车载储能电源23驱动牵引电机。

车端连接器29用于将储能轨道车2通过重联电缆向所重联的电力机车1提供能量。

充电连接器29用于地面电源向车载储能元件充电。

车钩27用于与电力机车1的连挂运行。

操作装置26用于在储能轨道车2单机低速运行时，操纵该车向前、向后运行以及停车。具体的可采用车载手柄操纵模式或者有线/无线遥控操作模式。

储能电源23为大容量储能电源，用于向本车或者向其他电力机车提供能量。储能电源23可为蓄电池或者超级电容。并且储能电源23的容量和功率配置可以根据实际运行要求、线路运行工况等调整。

为了增大储能电源23包含的电能，考虑到储能轨道车2在室外运行，可增加太阳能板，也就是太阳能电池组件，将太阳辐射能量转化为电能，尤其是适合光照资源丰富的区域，有利于提升电力机车在无网线路的运行能力以及救援时长和效率。

在一种具体的实施方式中，为了避免在线路救援过程中出现能源不足情况，可在储能轨道车设置报警装置，用于当检测到储能电源23中存储电量低于预设电量阈值时，进行报警提示。以及时提示相关工作人员进行充电或替换储能电源，保证电力机车在无网区的及时有效救援。

现有的电力机车1的主电路主要包括图4和图7两种结构，针对这两种结构，在电力机车牵引系统中对电力机车分别进行改进，具体的电气原理图和电路原理图请参阅图5-图6及图8-图9，为了更好的理解本实用新型实施例的原理和思想，分别以图和图5两种结构为例，阐述本申请的技术方案，具体可为：

针对图4中的现有电力机车的主电路原理而言，为了实现在无网区的牵引，需要增加储能输入端，也即图5中云线部分为新增加的部件，储能输入端具体的可为增加开关和预充电电路，开关可为隔离接触器K01，预充电电路可为预充电接触器K02、短接接触器K03和与预充电接触器K02相连的电阻R01；短接接触器K03和预充电接触器K02并联。隔离接触器K01一端与电力机车的车端连接器C1相连，另一端通过预充电电路与牵引逆变模块、辅助逆变模块、第一牵引直流母线和第二牵引直流母线相连。针对图4的电力机车，在无网区进行线路救援时，构成的电力机车牵引系统的电气原理示意图和能量流向图如图6所示，其中，箭头方向为能量流向，图中电力机车的电路原理图请参阅图5所示，储能轨道车的电气原理图请参阅图2所示。当储能轨道车2与电力机车1重联运行时，车载储能电源23经过重联电缆、车端连接器(第一车端连接器或第二车端连接器)后经过电力机车隔离接触器K01和短接接触器K03后通过牵引逆变模块后驱动机车牵引电机运行，同时通过机车辅助逆变模块后向交流辅助负载供电，工作人员在电力机车的操纵台进行整车运行操控，从而实现电力机车在无网区的快速有效救援。

针对图7中的现有电力机车的主电路原理而言，为了实现在无网区的牵引，需要增加储能输入端，也即图8中云线部分为新增加的部件，储能输入端具体的可为增加开关和预充电电路，开关可为隔离接触器K01，预充电电路可为预充电接触器K02、短接接触器K03和与预充电接触器K02相连的电阻R01；短接接触器K03和预充电接触器K02并联。隔离接触器K01一端与电力机车的车端连接器C1相连，另一端通过预充电电路与牵引逆变模块、辅助逆变模块和牵引直流母线相连。针对图7的电力机车，在无网区进行线路救援时，构成的电力机车牵引系统的电气原理示意图和能量流向图如图9所示，其中，箭头方向为能量流向，图中电力机车的电路原理图请参阅图7所示，储能轨道车的电气原理图请参阅图2所示。当储能轨道车2与电力机车1重联运行时，车载储能电源23经过重联电缆、车端连接器(第一车端连接器或第二车端连接器)后经过电力机车隔离接触器K01和短接接触器K03后通过牵引逆变模块后驱动机车牵引电机运行，同时通过机车辅助逆变模块后向交流辅助负载供电，工作人员在电力机车的操纵台进行整车运行操控，从而实现电力机车在无网区的快速有效救援。

由上可知，本实用新型实施例在电力机车处于无网区运行时，储能轨道车通过车端连接器向重联的电力机车提供能量，电力机车利用自身的电传动系统、辅助供电系统、控制系统和制动系统进行正常的运行操作，实现了电力机车在无网区的快速有效救援。整个系统不仅结构简单、配置灵活、成本低廉，使电力机车原有的电传动系统、辅助供电系统、控制系统和制动系统等在无电区运行时也能得到有效地应用，提升了电力机车自身系统的利用率，储能轨道车还可以自身单机运行，有效解决电力机车在无网区运行时的污染排放、低效率的问题，同时还能够提升电力机车在无网线路的运行能力。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

以上对本实用新型所提供的一种电力机车牵引系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。