CN109532571B

CN109532571B - 一种电气化铁路列车三相供电控制***

Info

Publication number: CN109532571B
Application number: CN201910019448.0A
Authority: CN
Inventors: 李群湛; 赵艺; 解绍锋; 郭锴; 郭育华; 舒泽亮; 黄小红
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2023-05-02
Anticipated expiration: 2039-01-09
Also published as: CN109532571A

Abstract

本发明公开了一种电气化铁路列车三相供电控制***，涉及列车供电与运行控制技术领域。包括设置于地面的交直交变频变压装置、供电轨、走行轨以及设置于列车上的车载集电器、车载三相驱动电机、车载整流储能装置；其中供电轨分为第一供电轨和第二供电轨，并与接地的走行轨构成三相交流供电回路；交直交变频变压装置经三相交流供电回路和集电器向列车车载三相驱动电机供电，通过地面的交直交变频变压装置调频、调压供电实现列车三相驱动和运行控制；车载整流储能装置向列车辅助用电设备供电。通过改变***的供电方式，优化***结构，有效降低轴重，实现列车轻量化，提高列车承载效率，同时用最经济的方式实现列车运行的自动控制和无人驾驶。

Description

一种电气化铁路列车三相供电控制***

技术领域

本发明涉及列车供电与运行控制技术领域。

背景技术

现行干线电气化铁路列车由工频单相交流供电***供电，在列车的机车和动车上，电气设备占有重要地位，其中最重要的就是交直交牵引传动***。交直交牵引传动***由车载牵引变压器、牵引变流器和牵引电机串联而成，驱动牵引电机并通过调频、调压改变牵引电机转速来达到列车驱动和调速运行的目的，这个过程称为列车驾驶。通常，现实情况下，列车驾驶是由人工操作完成的，少数是自动驾驶的。这里存在一些问题。一是，在干线铁路机车、动车上的电气设备中交直交牵引传动***占有绝对分量，其重量大，体积大；重量大就增加轴重，轴重越大，线路造价越高，体积大则将更多占有机车和动车的宝贵空间，降低功率密度和效率。二是，智能控制和自动驾驶（ATC）来取代人工驾驶是必由之路，但是，在现行列车和供电方式下，驾驶所需的执行设备均安装在列车上，列车是移动的，甚至是高速移动的，而自动驾驶（ATC）的命令和组织来源于地面控制中心，这两者之间不能直接进行联系，需要无线***联系，而无线***故障或失灵必将造成一定的安全风险。

现在要解决的技术问题是，一方面，省去车载牵引变压器、牵引变流器，减轻车载电气设备重量，降低轴重，实现列车轻型化，提高列车承载效率，提高机车和动车功率密度，适应更高速度运行，另一方面，通过地面供电直接实现对列车运行的自动控制和无人驾驶。

发明内容

本发明的目的是提供一种电气化铁路列车三相供电控制***，通过改变***的供电方式，优化***结构，有效地降低轴重，提高列车承载效率，提高机车和动车功率密度，适应更高速度运行，同时通过地面供电直接实现列车运行的自动控制和无人驾驶。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁路列车三相供电控制***，包括设置于地面的交直交变频变压装置、供电轨、走行轨以及设置于列车上的车载集电器、车载三相驱动电机、车载整流储能装置；交直交变频变压装置通过供电轨、走行轨以及车载集电器给车载三相驱动电机、车载整流储能装置供电；所述供电轨分为第一供电轨和第二供电轨；所述第一供电轨、所述第二供电轨与所述走行轨构成三相交流供电回路，由地面的交直交变频变压装置供电；所述走行轨接地；所述车载集电器包括第一集电器、第二集电器、第三集电器，其尾端分别连接所述列车车载三相驱动电机三相端子，其前端分别与所述第一供电轨、所述第二供电轨和走行轨接触受电；所述交直交变频变压装置通过第一供电轨和第一集电器、第二供电轨和第二集电器、走行轨和第三集电器向所述列车的车载三相驱动电机供电，并通过控制交直交变频变压装置的调频、调压来控制列车的启停和运行；所述车载整流储能装置的交流端子与所述车载三相驱动电机连接，其直流端子与所述辅助用电设备连接。

优选地，所述走行轨分为第一走行轨和与第一走行轨并联的第二走行轨。所述第一供电轨、第二供电轨铺设在第一走行轨和第二走行轨之间的轨枕或道床上，两者之间通过导线并联；所述第一供电轨、第二供电轨被分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置供电。

优选地，所述列车的车载三相驱动电机为同步电机，或者异步电机。

优选地，所述列车的辅助用电设备主要包括列车空调、照明等；所述辅助用电设备与车载整流储能装置采用同一电压等级。

进一步优选地，所述车载集电器均设置于列车转向架端头且与列车的转向架绝缘，所述车载集电器的第一集电器、第二集电器和第三集电器相互绝缘

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、两个供电轨与走行轨（可以接地）构成三相交流供电回路，地面交直交变频变压装置经三相交流供电回路给列车三相驱动电机供电，实现***供电结构与供电方式的最优化，取消车载牵引变压器、牵引变流器，有效减少轴重，实现列车轻量化，提高机车和动车功率密度，提高列车承载效率。

二、通过地面交直交变频变压装置经三相交流供电回路给列车三相驱动电机供电，通过调频调压直接进行列车驱动与运行的自动控制，实现无人驾驶，实现智能化控制和运行。

三、本发明的供电轨造价低，经济性能好。

四、地面交直交变频变压装置不在电网中产生负序电流，确保电能质量。

五、技术先进，性能优越，易于实施。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图。

图2是本发明实施例二的结构示意图。

实施方式

为了更好理解本发明创造思路，现简要说明本发明的工作原理为：与既有交直交机车和动车相比，可以取消车载牵引变压器、牵引变流器等车载电气设备，有效减轻列车轴重，提高功率密度和承载效率，实现***供电结构与供电方式的最优化，通过地面的三相交流供电回路调频、调压供电来直接实现列车三相驱动和运行控制，实现无人驾驶，通过车载整流储能装置向列车辅助用电设备供电。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种电气化铁路列车三相供电控制***，该***包括设置于地面的交直交变频变压装置3、供电轨1、走行轨R，设置于列车4上的车载集电器2、车载三相驱动电机5、车载整流储能装置6；交直交变频变压装置3通过供电轨1、走行轨R和车载集电器2向车载三相驱动电机5和车载整流储能装置6供电；所述供电轨1分为第一供电轨1a和第二供电轨1b；所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b与所述走行轨R构成三相交流供电回路，由地面的交直交变频变压装置3供电；所述走行轨R接地；所述车载集电器2包括第一集电器2a、第二集电器2b、第三集电器2c，其尾端分别连接所述列车4车载三相驱动电机5三相端子，其前端分别与所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b和走行轨R接触受电；所述交直交变频变压装置3通过所述第一供电轨1a和所述第一集电器2a、所述第二供电轨1b和所述第二集电器2b、所述走行轨R和所述第三集电器2c向所述列车4车载三相驱动电机5供电，并通过控制交直交变频变压装置3的调频、调压来控制列车4的启停以及运行；所述车载整流储能装置6的交流端子与所述车载三相驱动电机5连接，其直流端子与所述辅助用电设备连接（图中未画出，下同）。

所述走行轨R分为第一走行轨R1和与第一走行轨R1并联的第二走行轨R2。所述第一供电轨1a、第二供电轨1b铺设在第一走行轨R1和第二走行轨R2之间的轨枕或道床上。

在本发明实施例中，所述列车4的车载三相驱动电机5为同步电机或异步电机。

所述列车4的辅助用电设备主要包括列车空调、照明等；所述辅助用电设备与车载整流储能装置6采用同一电压等级。

所述车载集电器2均安装于列车4转向架端头且与列车4的转向架绝缘，所述车载集电器2的第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c相互绝缘。

所述交直交变频变压装置通过变电所三相电缆供电。

实施例二

如图2所示，本发明实施例提供了一种电气化铁路列车三相供电控制***，该***包括设置于地面的交直交变频变压装置3、供电轨1、走行轨R，设置于列车4上的车载集电器2、车载三相驱动电机5、车载整流储能装置6；交直交变频变压装置3通过供电轨1、走行轨R和车载集电器2向车载三相驱动电机5和车载整流储能装置6供电；所述供电轨1分为第一供电轨1a和第二供电轨1b；所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b与所述走行轨R构成三相交流供电回路，由地面的交直交变频变压装置3供电；所述走行轨R接地；所述车载集电器2包括第一集电器2a、第二集电器2b、第三集电器2c，其尾端分别连接所述列车4车载三相驱动电机5三相端子，其前端分别与所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b和走行轨R接触受电；所述交直交变频变压装置3通过第一供电轨1a和第一集电器2a、第二供电轨1b和第二集电器2b、走行轨R和第三集电器2c向所述列车4车载三相驱动电机5供电，并通过控制交直交变频变压装置3的调频、调压来控制列车4的启停以及运行；所述车载整流储能装置6的交流端子与所述车载三相驱动电机5连接，其直流端子与所述辅助用电设备连接。

所述交直交变频变压装置通过变电所三相电缆供电。

本发明实施例与上述实施例一中的主要区别在于：所述第一供电轨1a、第二供电轨1b被分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置3供电，以实现列车4运行的分段控制。在本发明具体实施例中，记两个相邻分段为分段i和分段i+1（i大于等于1），每分段通过独立的交直交变频变压装置3供电，便于分段控制列车4。为了保证列车安全、可控，一般每分段仅限于一辆列车通行。

综上所述，本发明通过改变***的供电方式，优化***结构，有效地减轻车载设备重量，有效地降低轴重，实现列车轻量化，提高列车承载效率，提高机车和动车功率密度，适应更高速度运行，同时通过地面供电直接实现列车运行的自动控制和无人驾驶。

Claims

1.一种电气化铁路列车三相供电控制***，包括电气化铁路沿线的走行轨（R）、与走行轨（R）并行铺设的供电轨（1），设置于地面的交直交变频变压装置（3），以及设置于列车（4）上的车载集电器（2）、车载三相驱动电机（5）、车载整流储能装置（6）；其特征在于：所述供电轨（1）包括第一供电轨（1a）和第二供电轨（1b）；所述第一供电轨（1a）、所述第二供电轨（1b）与所述走行轨（R）构成三相交流供电回路，由所述交直交变频变压装置（3）供电；所述走行轨（R）接地；所述车载集电器（2）包括第一集电器（2a）、第二集电器（2b）、第三集电器（2c），它们的尾端通过电缆分别与所述列车（4）的车载三相驱动电机（5）的三相端子连接，它们的前端分别与所述第一供电轨（1a）、所述第二供电轨（1b）和所述走行轨（R）接触受电；所述交直交变频变压装置（3）通过所述第一供电轨（1a）和所述第一集电器（2a）、所述第二供电轨（1b）和所述第二集电器（2b）、所述走行轨（R）和所述第三集电器（2c）向所述列车（4）的车载三相驱动电机（5）供电，并通过控制所述交直交变频变压装置（3）的调频、调压来控制所述列车（4）的启停和运行；所述车载整流储能装置（6）的交流端子与所述车载三相驱动电机（5）连接，其直流端子与辅助用电设备连接。

2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路列车三相供电控制***，其特征在于：所述走行轨（R）包括第一走行轨（R1）和与所述第一走行轨（R1）并联的第二走行轨（R2）。

3.根据权利要求1或2所述的一种电气化铁路列车三相供电控制***，其特征在于：所述第一供电轨（1a）、第二供电轨（1b）铺设在第一走行轨（R1）和第二走行轨（R2）之间的轨枕或道床上；所述第一供电轨（1a）、第二供电轨（1b）按列车运行区间设置分段，每个分段均通过独立的交直交变频变压装置（3）供电。

4.根据权利要求1所述的一种电气化铁路列车三相供电控制***，其特征在于：所述列车（4）的车载三相驱动电机（5）是同步电机，或者是异步电机。

5.根据权利要求1所述的一种电气化铁路列车三相供电控制***，其特征在于：所述车载集电器（2）均设置于列车（4）转向架端头且与列车（4）的转向架绝缘，所述车载集电器（2）的第一集电器（2a）、第二集电器（2b）和第三集电器（2c）相互绝缘。