CN103842206A - 用于电力机动车辆的牵引供电的滑接线路设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电力机动车辆（11）的牵引供电的滑接线路设备（1）。滑接线路设备包括可以由机动车辆（11）的集电器（12）为了能量传输而接触的滑接线路（4）。此外，滑接线路设备包括用于将供电电压转换为滑接线路电压的变电站（3），其通过区间输出部（5）与滑接线路（11）电连接以用于能量输送。此外，滑接线路设备包括用于在识别故障情况下中断能量输送的保护装置，其具有用于测量区间输出部（5）中的参量的中央测量装置（7）和用于通过评估参量测量值来识别故障的评估装置（8）。根据本发明，保护装置具有用于在变电站（3）外部采集参量（I，F，S）的分布式布置的测量单元（9）以及用于将参量测量值从分布式测量单元（9）传输至评估装置（8）的数据传输***（10）。评估装置（8）在此被构造为还评估分布式采集的参量测量值以用于故障识别。由此，还在由多个、尤其有反馈能力的机动车辆（11）同时驶过馈电区段的滑接线路（4）的情况下提高根据本发明的滑接线路设备（1）的可用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于电力机动车辆的牵引供电的滑接线路设备。
背景技术
电力机动车辆、尤其是轨道车辆和街道车辆的能量供给通过滑接线路设备进行。在此，变电站将供电网的供电电压转换为滑接线路电压并且将其馈送到滑接线路、例如架空线设备的滑接线中或者馈送到布置在滑接路径侧面的电流轨道中。出于运行或技术原因，滑接线路通过分离位置划分为滑接线路区段，其形成彼此电分离地供电的馈送区段。
已知的是，滑接线路设备通过评估所测量的、到变电站的区间输出部（
）中的电流和电压值来保护避免电过载。在超过或低于边界值的情况下，通过功率开关中断能量输送。监视在装备有不同的保护级的滑接线路保护继电器中进行。在不仅以直流而且以交流供电的情况下，使用不同的保护级，其使用通常由滑接线路设备的运营商决定。详细而言，区分：
-过流保护，也称作大电流保护，
-多级的过流-时间保护，部分地具有接通冲击识别（Einschaltrush-erkennung），
-多级的距离保护，也称作阻抗保护，
-用于监视每时间单位的电流、电压或阻抗变化以区分运行和短路电路的保护级，也称作起动级，
-电流跳变保护、热过载保护，和
-过流-时间保护，也称作NOT-UMZ保护级，其作为在距离保护级失灵情况下的备用保护。
滑接线路设备的保护***也越来越要求其保护措施的选择性，以便实现滑接线路设备尽可能高的可用性。因此，保护措施除了其主要保护作用、例如对于强电流短路的保护作用之外其次还引起有针对性地仅关断直接涉及的滑接线路区段。
随着有反馈能力的机动车辆越来越广泛的应用以及在短的时钟时间或车辆跟随情况下会在馈电区段中存在多个机动车辆。根据机动车辆的行驶状态，即制动、持续、加速、滑行，其表现为能量消耗器或产生器。越多机动车辆通过紧急制动产生能量，则通过变电站输送越少能量。结果是，由此，馈电区段内的能量在机动车辆之间交换。变电站中的保护部不能再采集这些过程并且保持失效。该特性如今例如在带有低馈电电压和紧密网状网络的高功率近程交通轨道情况下特别显著。
在行驶速度大于250km/h的高速交通中，机动车辆在馈电区段内的停留时间短至使得在那里很少同时存在两个机动车辆。由此，机动车辆之间的能量交换在馈电区段内实际上不出现。然而应该注意的是，由于机动车辆较大的电流负荷、较大的牵引力和较大的速度，车辆和基础设施侧的机械负荷也上升。这引起较大的漂移运动、部件的机械负荷、电缆的***（Anhüben）和侧向移动等。这些作用不能通过现有的保护***来采集。
除了轨道车辆情况下的电驱动技术之外，例如依靠带有馈电区段内强烈增大数目的机动车辆的电气化公路。这在该情况也因此是可靠的，即，因为每个机动车辆的单个功率相对于轨道引导的铁路车辆是较小的，例如一个载重车仅500kW。在这些情况下，恰好需要在下坡路段中增强地考虑到车辆之间的能量交换和滑接线路中相对于变电站中的参考测量有偏差的电流强度。
越多测量通过滑接线路获取用于牵引的电能，则其可用性就越重要。通过滑接线路设备的材料选择和设计来规定其相对于负载的基本耐力。由此，来自运行的影响，例如气候影响因素、磨损或有缺陷的集电器、设备的老化等在带有至今的保护方案的使用期间不能被采集。由此，在没有扩展的保护方案的情况下由于提高的车辆数目和由此的负载而考虑到可用性的减小。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题在于，提供一种开头提及类型的滑接线路设备，其具有在通过也同时驶过一个馈电区段的大量机动车辆、尤其是有反馈能力的机动车辆来使用的情况下的高的可用性。
根据本发明，该技术问题通过带有在权利要求1的特征部分中说明的特征的这种滑接线路设备来解决。本发明基于用于电力机动车辆的牵引供电的滑接线路设备，其包括可以由机动车辆的集电器接触以用于能量传输的滑接线路。用于将供电电压转换为滑接线路电压的中央变电站经由区间输出部与用于能量输送的滑接线路电连接。用于在识别到故障情况下中断能量输送的保护装置具有用于测量区间输出部中的参量的中央测量装置和用于通过评估参量测量值来识别故障的评估装置。根据本发明，保护装置还具有用于在变电站外部采集参量的分布式布置的测量单元和用于从分布式测量单元向评估装置传输参量测量值的数据传输***。在此，评估装置被构造为还评估分布式采集的参量测量值以用于故障识别。本发明的核心是为保护方案扩展了借助空间分布地布置的测量单元分布式采集的参量，以用于改进保护装置的效用。保护作用的基本原理，即在任意过载或危险状态下断开至区间输出部中的能量输送，保持不变。首次分布式地、即也在变电站外部对于基础设施和机动车辆采集不同的参量，并且将其引入保护方案。在此，数据传输和通信匹配于较大数目的测量位置和较大的、待传输的数据量。滑接线路设备和由此总电***的可用性提高，这改进了经济的运行和在运营商方面的接受度。通过分布式采集架空线电流可以省去滑接线路的否则对于选择性保护触发所需的长度分离。由此，例如电损耗降低并且馈电区段中的供电电压例如通过近程交通中的双侧馈电而提高。最后，路径分离器处的电磨损也减小。
在根据本发明的滑接线路设备的一个有利的实施方式中，分布式布置的测量单元中的至少一个被构造为采集对流过滑接线路的滑接线路电流进行描述的参量。通过分布式地采集滑接线路中的电流得到电流分布的精确映射。由此可以改进滑接线路的热学保护。该热学保护还在如下情况下更灵活和可靠地反应，即，当机动车辆的数目上升并且对于每个馈电区段在多个机动车辆之间交换能量。
优选地，在根据本发明的滑接线路设备中作为参量可以采集流过引导电流的滑接线路设备部件的部件电流和/或在机动车辆中流动的车辆电流和/或流过与滑接线路平行引导的电流敏感的导体的导体电流和/或滑接线路的取决于电流的位置参数。
用于采集部件电流的测量单元例如可以布置在横向连接器或者在电缆上，例如在吊绳上，由此可以通过电流分布系数间接计算滑接线路的电流负荷。测量单元例如可以被构造为电流互感器或磁场传感器。
电流测量也可以在机动车辆上执行并且参量测量值被传输到评估中心用于该车辆电流的额定-实际比较。在那里，可以对于每个滑接线路区段，例如每个长度跨度或者一半或整个重拉长度形成总和电流并且将其与滑接线路的所允许的最大电流负载相比较。对于附加的测量单元的投资可以通过如下方式来避免，即，采集关于现有的基础设施的车辆电流，然而现在将其直接传输到变电站中并且输送给保护装置。如果执行车辆电流的额定-实际比较，则例如可以有针对性地确定故障造成者并且将其移出交通，直至排除故障。
作为描述滑接线路电流的参量也可以采集导体电流，其流过电流敏感的导体，例如流过与吊绳或滑接线路的其它纵向导体平行引导的光波导体。由此，可以在没有附加的转换器的情况下连续地确定滑接线路电流。
可以通过将滑接线路的取决于电流的位置参数采集为参量来间接计算滑接线路电流。例如，滑接线路的纵向导体的长度延伸或者由其引起的支持点的侧向运动与滑接线路电流有关。
在根据本发明的滑接线路设备的一个优选构造中，分布式布置的测量单元中的至少一个被构造为采集对滑接线路的状态进行描述的参量。除了流过滑接线路的电流的实际分布之外，按照根据本发明的保护方案还通过测量单元采集描述滑接线路状态的参量。其决定性地确定滑接线路设备的可用性或不可用性。因为滑接线路并不能冗余地实施，所以这种参量可以避免可能的故障，在不可避免的故障中减少用于排除故障的信息时间，或者将带有有针对性的维护任务的状态信息导出给维护运行。例如可以考虑滑接线路的热学后续反应，例如较大的长度延伸和其结果。由此，可以避免由于大的线路下垂造成的集电器出轨，承重柱（
）倒在地上或者行驶质量劣化。
优选地，在其中滑接线路通过由架空线悬链***支承的至少一个滑接线形成的根据本发明的滑接线路设备中，作为参量可以采集在多极滑接线路的滑接线之间的间隔和/或至少一个滑接线的侧向和/或高度位置和/或在至少一个滑接线中和/或在架空线悬链***的另一纵向导体中的牵引力和/或至少一个滑接线的长度变化和/或至少一个滑接线的温度。
在多极的滑接线路中，作为参量例如可以通过分布式地在滑接线路的关键位置上的激光传感器来监视滑接线之间的间隔。该参量的采集然而也可以通过在机动车辆的集电器上的参量单元来进行。于是，在滑接线路悬链***中的间隔采集可以避免由于电缆靠近造成的故障，例如短路。由此，在这些位置上可以省去用于分离相位的绝缘体，并且通过支承***中这样节省掉的附加负荷来改进滑接线路的行驶质量。
可以通过测量气候数据、例如风速来间接确定的滑接线侧向位置的采集可以用以监视用于避免集电器出轨的边界位置。在滑接线路设备的多个位置上采集滑接线高度位置，可以滤除具有超过平均水平地高的损害可能性或者在滑接线路上引起完全不成比例的损害的机动车辆。这样的机动车辆可以在过渡损害情况下在继续行驶方面受阻。通过位置采集还可以检查滑接线路是否受干扰或者是否单个的电缆撕裂。在采集到临界的间隔或位置变化时可以例如在变电站中识别故障。于是在滑接线撕裂情况下通过柏油底土或水泥来高欧姆地接地，其中，仅小电流由于短路回路的高欧姆故障阻抗而出现，其通过纯粹的电流监视并不被明确地识别为故障。由此，明显改进电力滑接线路设备在故障情况下的安全性。然而对于滑接线路的位置采集的考虑还恰好在通过滑接线路电驱动的街道车辆情况下有意义，因为在那里制动路径相对于轨道车辆而言较小并且由此反应性机动（
）是可能的。即使当很迟识别出基础设施的损伤时，仍可以通过快速制动或者集电器的下沉来避免将由于驶过损伤区域而造成的其它后续损伤。
通过采集滑接线路的电缆中的牵引力，可以例如探测到滑接线路撕裂或者连续地监视用于滑接线路的重拉装置的功能准备程度。
将至少一个滑接线的纵向延伸或者支持点的侧向运动采集为参量可以避免在滑接线的高热学或气候负荷情况下集电器的松脱（
）。
对至少一个滑接线的温度采集例如可以通过所嵌入的光波导体和滑接线的位置的间接计算来进行。
在根据本发明的滑接线路设备的一个优选实施方式中，分布式布置的测量单元中的至少一个被构造为采集对集电器的状态进行描述的参量。集电器的、尤其是其滑块的状态采集扩展了根据本发明的用于滑接线路设备的保护方案并且保证了高可用性。测量单元不必布置在每个机动车辆上，而是可以（于是以较小的数目）是位置固定的基础设施的部分。通过测量单元的布置可以规定，在何种间隔中应进行参量采集和由此进行状态分析。相对于从机动车辆出发的采集得到了在投资和维护方面的节省。在每个机动车辆上的连续采集不是必要的。
优选地，在根据本发明的滑接线路设备中作为参量可以采集集电器的滑块的轮廓外形和/或温度分布。通过借助在滑接线路设备的多个位置上的视频分析采集滑块轮廓，可以识别这样的机动车辆，其由于缺口或者过度磨损而具有超过平均水平地高的损害可能性或者引起完全不成比例的损伤。通过借助热成像器采集滑块的温度分布，可以确定过热的滑块。如果通过滑接线路设备内的测量单元确定了与其相关的边界值超过，则可以通知所涉及的机动车辆或者完全自动地阻止继续电运行。由此可以避免集电器处造成使用寿命缩短的强烈磨耗，或者通过运行有缺陷或不良维护的集电器和滑块而造成的在滑接线路处的损伤，例如滑接线撕裂。
在根据本发明的滑接线路设备的一个有利构造中，构造用于无线传输参量测量值的数据传输***。滑接线路设备内或机动车辆上的分布式测量单元的所有出现的参量测量数据首先通过无线通信，例如根据标准UMTS或GSM-R而传送到保护装置的中央评估装置上。
在根据本发明的滑接线路设备的另一优选实施方式中，数据传输***被构造为使得在机动车辆之间传输参量测量值。参量测量值的传输可以有利地在考虑机动车辆的通信装置的情况下进行，其在评估装置中的接口的相应构造中可以用于评估。
在根据本发明的滑接线路设备的另一优选构造中，分布式布置的测量单元中的至少一个具有用于将所采集的参量测量值分布式地数字化和滤波的预处理装置。由于在空间上延伸的滑接线路设备中的许多待采集的参量，在这些测量单元内就已经必须进行测量值滤波。否则，测量值到中央部中的传输将需要过大的数据量。因此，对于预处理装置必须预先给定用于评估状态的明确的边界值。由此，可以在参量特征值处通过聚集和数字化来限制待传输的数据量。
附图说明
其它特性和优点从借助附图对实施例进行的描述中得出。
图1示意性地示出了根据本发明的滑接线路设备。
具体实施方式
根据该唯一附图1，用于电力机动车辆11（例如轨道车辆或街道车辆）的牵引供电的滑接线路设备1具有变电站3、滑接线路4和保护装置。在中央变电站3中将通过供电网络的供电线路2提供的供电电压转换为滑接线路电压，其通过区间输出部5馈送到滑接线路4中。滑接线路4在所示实施例中通过由架空线悬链***的吊绳6支承的滑接线形成。架空线悬链***悬挂在可以通过电线杆或建筑形成的支持点上。未示出的是滑接线路设备部件，诸如横向连接器、重拉装置、绳索、区间分离器、接地和分离开关等。变电站3为滑接线路4的借助区间分离器与相邻的馈电区段电退耦的馈电区段供电。为了将能量传输到机动车辆11上，该机动车辆包括可以与滑接线路4滑动接触的集电器12。为此，该集电器12包括具有两个在行驶方向上先后布置的滑块13的跷板。为了在故障情况下中断至滑接线路4的能量输送，保护装置包括中央测量装置7，以便测量在区间输出部5之中或之处的电参量，诸如电流或电压。参量测量值被输送给保护装置的评估装置8，以便在识别故障方面评估这些参量测量值。根据保护级，将参量测量值与可预先给定的阈值相比较，该阈值的超过或低于被认为是馈电区段中的故障。
然而，根据本发明，保护装置包括多个其它分布式布置的测量单元9，其在变电站3外部采集其它参量I、F、S。保护装置还包括数据传输***10，以便将分布式采集的参量测量值从测量单元9传送至评估装置8。数据传输***10为此包括未示出的、用于无线数据传输的发送和接收装置。在评估装置8中除了中央采集的参量测量值外还评估分布式采集的参量测量值以识别故障。
为此，分布式布置的测量单元9中的数个被构造为用于采集描述流过滑接线路4的滑接线路电流的参量I。作为滑接线路电流的参量I，例如可以从滑接线路电流的电流分布系数中确定流过引导电流的滑接线路设备部件（例如流过吊绳6）的部件电流。作为滑接线路电流的参量I，还可以采集在驶过馈电区段的机动车辆11中流动的车辆电流。此外，作为滑接线路电流的参量I，可以采集流过平行于滑接线路4引导的电流敏感的导体、例如集成在吊绳6中的光波导体的导体电流。也可以将滑接线路4的取决于电流的位置参数作为滑接线路电流的参量I来采集，从其中可以通过滑接线路4的取决于电流的长度变化反推出流动的滑接线路电流。总之，通过分布式采集的特征量测量值而呈现沿着馈电区段的滑接线路电流的实际分布，以用于在保护装置的评估装置9中进行评估。由此，可以识别故障情况，其可以由于多个同时驶过馈电区段的、尤其有反馈能力的机动车辆11而引起并且在评估仅中央地在区间输出部5中采集的电流时未被探测出，并且由此提高根据本发明的滑接线路设备1的可用性。
其它分布式布置的测量单元9被构造为采集描述滑接线路4的状态的参量F。作为滑接线路状态的参量F例如可以采集在多极的滑接线路4的滑接线之间的间隔。同样，可以将至少一个滑接线的侧向和/或高度位置采集为滑接线状态的参量F。在至少一个滑接线中和/或在架空线悬链***的其它纵向导体中的牵引力也可以被采集为滑接线路状态的参量F。此外，可以将至少一个滑接线的长度变化采集为滑接线路状态的参量F。此外，可以将至少一个滑接线的温度采集为滑接线路状态的参量F。通过这些位置参数以及其它状态参数可以识别滑接线路4的出现的或逼近的故障，例如滑接线撕裂、有缺陷的重拉装置或者短路。这些参量测量值与所属的采集时间或位置数据可以一起在保护装置的评估装置8中被用于有针对性地进行运行和维护指示。于是，可以将机动车辆11在驶入馈电区段的受干扰区域之前停止，以便避免具有更严重后果的穿入或者其集电器12的脱轨。对于损伤的位置和类型的有针对性指示加速了维护过程并且提高了根据本发明的滑接线路设备1的可用性。
其它分布式布置的车辆单元9被构造为采集描述集电器12的状态的参量S。作为集电器状态的参量S例如可以采集集电器12的滑块13的轮廓外形和/或温度分布。相应的测量单元9可以通过摄像机和/或热成像照相机来形成并且布置在机动车辆11本身上或者然而为了节省测量单元9而优选布置在基础设施侧。在这些测量单元9的位置固定的布置中，可以通过移除测量单元9来调节状态诊断的间隔。从轮廓外形中可以识别滑块13的缺口或过度磨损。热成像给出关于滑块13的表面加热的结论并且由此可以识别所谓的过热。在保护装置的评估装置8中可以基于这些参量测量值给出用于其集电器12位于不良状态中的机动车辆11的运行指示，以便避免在滑接线路4处的损害和由此避免所引起的故障。这又提高了根据本发明的滑接线路设备1的可用性。
有利地，无线的数据传输***10在其数据传输路径中利用必要时存在的、在机动车辆11之间的通信的装置，以便将参量测量值从参量单元9传输给评估装置8。为了将数据传输的数据量保持为小，分布式布置的测量单元9具有预处理装置，其将所采集的参量测量值分布式地数字化并且在待传输的测量数据的相关度方面进行过滤。于是可以在预处理装置中预先给定阈值，其表征参量的无干扰的趋向。数据传输在超过阈值的情况下才被触发。
Claims (10)
1.一种用于电力机动车辆（11）的牵引供电的滑接线路设备（1），包括：滑接线路（4），其能够被所述机动车辆（11）的集电器（12）接触以用于能量传输；中央变电站（3），用于将供电电压转换为滑接线路电压，该中央变电站通过区间输出部（5）与所述滑接线路（11）电连接以用于能量输送；以及保护装置，用于在识别故障的情况下中断所述能量输送，该保护装置具有用于测量所述区间输出部（5）中的参量的中央测量装置（7）和用于通过评估参量测量值来识别故障的评估装置（8），
其特征在于，
所述保护装置具有用于在所述变电站（3）外部采集参量（I，F，S）的分布式布置的测量单元（9），以及用于将参量测量值从分布式的测量单元（9）传输给所述评估装置（8）的数据传输***（10），其中，所述评估装置（8）被构造为还评估分布式采集的参量测量值以用于故障识别。
2.根据权利要求1所述的滑接线路设备（1），其中，所述分布式布置的测量单元（9）中的至少一个被构造为采集对流过所述滑接线路（4）的滑接线路电流进行描述的参量（I）。
3.根据权利要求2所述的滑接线路设备（1），其中，作为参量（I）能够采集：
-流过引导电流的滑接线路设备部件（6）的部件电流，和/或
-在机动车辆（11）中流动的车辆电流，和/或
-流过与所述滑接线路（4）平行的、电流敏感的导体的导体电流，和/或
-所述滑接线路（4）的取决于电流的位置参数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的滑接线路设备（1），其中，所述分布式布置的测量单元（9）中的至少一个被构造为采集对所述滑接线路（4）的状态进行描述的参量（F）。
5.根据权利要求4所述的滑接线路设备（1），其中，所述滑接线路（4）通过由架空线悬链***支承的至少一个滑接线构成，并且其中，作为参量（F）能够采集：
-在多极的滑接线路（4）的滑接线之间的间隔，和/或
-所述至少一个滑接线的侧向和/或高度位置，和/或
-在所述至少一个滑接线中和/或在所述架空线悬链***的其它纵向导体中的牵引力，和/或
-所述至少一个滑接线的长度变化，和/或
-所述至少一个滑接线的温度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的滑接线路设备（1），其中，所述分布式布置的测量单元（9）中的至少一个被构造为采集对所述集电器（12）的状态进行描述的参量（S）。
7.根据权利要求6所述的滑接线路设备（1），其中，作为参量（S）能够采集所述集电器（12）的滑块（13）的
-轮廓外形，和/或
-温度分布。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的滑接线路设备（1），其中，所述数据传输***（10）被构造为用于无线传输参量测量值。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的滑接线路设备（1），其中，所述数据传输***（10）被构造为使得在机动车辆（11）之间传输参量测量值。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的滑接线路设备（1），其中，所述分布式布置的测量单元（9）中的至少一个具有用于分布式地对所采集的参量测量值进行数字化和滤波的预处理装置。
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