CN110091764B - 铁路地面自动过分相控制方法及地面自动过分相装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铁路地面自动过分相控制方法及过分相装置，该控制方法步骤包括：S1.将跨接在列车驶入侧供电臂与中性区之间的第一换相开关单元配置为闭合状态，以及将跨接在列车驶出侧与中性区之间的第二换相开关单元配置为断开状态；S2.当列车过分相时，通过控制第一换相开关单元、第二换相开关单元的通断，实现换相切换；S3.当列车驶出中性区时，恢复第二换相开关单元为断开状态以及第一换相开关单元为闭合状态。本发明具有实现方法简单、能够降低过分相实现成本，同时保证过分相性能且安全可靠等优点。

Description

铁路地面自动过分相控制方法及地面自动过分相装置

技术领域

本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域，尤其涉及一种铁路地面自动过分相控制方法及地面自动过分相装置。

背景技术

如图1所示，我国电气化铁路牵引供电***是采用27.5kV单相供电方式，牵引变电所将电力***提供的110kV或220kV三相电转换成27.5kV的单相交流电给牵引供电网，但是单相供电容易在电网中产生负序电流，而负序电流对电网中的设备、输电线路、继电保护等会产生很大影响。为平衡电力***的A、B、C三相电流，牵引变电所对接触网实行换相轮流供电方式，同时为防止相间短路及供电电源之间环流，接触网各相间采用绝缘物分割，即为“电分相”，因此在变电所出口处及两牵引变电所之间(供电臂末端)的分区所必须设置电分相装置。

为了避免变电所之间的环流，在物理结构上使用锚段式关节构成电分相区隔开，使得不直接连通，因而电力机车或动车组等从接触网取电行驶时，就存在如何过电分相的问题。为了防止司机手动误操作，带电闯分相引起拉弧造成接触网损毁事故，列车在通过该分相区时，通常是采用车载断电自动过分相或者地面自动过分相两种方式。

目前国内主要是采用车载自动过分相方式断电通过该无电区，但是该类方式会造成列车的牵引力丧失及速度损失，特别在一些高坡度(如坡度大于30％)区段，上述影响尤为严重，而我国高速铁路具有规模大、距离长的特点，长行程高速列车的过分相点多，上述车载过分相方案由于列车动力丢失明显，不能最大限度地压缩运行时间，且高速列车的维护工作量大、维护停运时间长，已无法满足高速铁路的运行需求。

地面自动过分相是通过跨接在中性段与供电臂之间的地面开关切换给中性段供电，中性段无电时间短，且列车无速度损失，同时车上主断路器不动作，减小了开断次数，可延长主断路器的使用寿命，能够满足高速列车动力丢失少、压缩运行时间及降低高速列车的维护工作量、减少维护停运时间等的需求，但目前的地面自动过分相方案尚处于设计试验阶段。

传统的地面自动过分相装置如图2所示，接触网分相处设置中性区，中性区与供电臂之间使用分相绝缘器JY1、JY2进行隔离，在JY1、JY2上分别跨接地面开关K1、K2，在列车行驶路线上安装至少三个列车位置传感器，根据位置传感器的信号控制地面开关K1、K2，以切换两供电臂为中性区供电。过分相控制的具体流程为：当传感器G1检测列车到达时，控制开关K1闭合，使得由A臂给中性区供电；当列车进入中性区到达传感器G2时，开关K1断开，开关K2闭合，切换由B臂给中性区供电；当列车运行至G3时，列车进入B臂供电区域，开关K1断开，中性区断电。

如图2所示的传统地面自动过分相装置执行过分相控制时，两个地面开关正常状态时均断开，中性段为无电状态，当列车过分相时再进行开关通断切换，而由于列车进入中性段之前中性段为无电状态，当列车进入中性区时需立即进行开关切换，以切换供电臂为中性区供电，因而该类过分相控制方式必须实时检测列车进入中性区的状态(对应传感器G1)，当传感器G1检测在列车到达中性区时立即闭合地面开关，再分别检测列车是否到达换相位置(对应G2)以及列车是否离开中性区(对应G3)。上述传统的面自动过分相装置的控制方式中，必须设置传感器实时检测列车是否到达中性区，不仅增加了控制成本，还会增加硬件故障点，检测传感器的性能还会影响过分相的可靠执行，降低列车的运行可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、能够降低过分相实现成本，同时保证过分相性能且安全可靠的铁路地面自动过分相控制方法，及成本低、安全可靠的地面自动过分相装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种铁路地面自动过分相控制方法，步骤包括：

S1.将跨接在列车驶入侧供电臂与中性区之间的第一换相开关单元配置为闭合状态，以及将跨接在列车驶出侧与中性区之间的第二换相开关单元配置为断开状态；

S2.当列车过分相时，通过控制所述第一换相开关单元、第二换相开关单元的通断，实现换相切换；

S3.当列车驶出中性区时，恢复所述第二换相开关单元为断开状态、所述第一换相开关单元为闭合状态。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S2的具体步骤为：

S21.列车进入中性区后，由列车驶入侧供电臂为中性区供电；

S22.检测列车的行驶位置，当检测到列车到达换相位置时，转入执行步骤S23；

S23.控制断开所述第一换相开关单元后，闭合所述第二换相开关单元，使得切换由列车驶出侧供电臂为中性区供电，完成换相切换。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S23中具体分别检测所述第一换相开关单元、所述第二换相开关单元的电流信号、电压信号，根据检测到的所述电流信号、电压信号控制断开所述第一换相开关单元、闭合所述第二换相开关单元。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S3的具体步骤为：

S31.检测列车的行驶位置，当检测到列车即将驶出中性区时，转入执行步骤S32；

S32.断开所述第二换相开关单元后，闭合所述第一换相开关单元，使得恢复由列车驶入侧供电臂为中性区供电。

作为本发明方法的进一步改进：还包括预先在中性区布置用于检测列车是否到达需换相位置、以及列车是否即将驶出中性区的位置检测单元，所述步骤S2、步骤S3中根据位置检测单元检测到的信号，控制所述第一换相开关单元、第二换相开关单元的通断。

一种地面自动过分相装置，包括控制单元以及分别跨接在两供电臂与中性区之间的两个换相开关单元，所述控制单元分别与两个所述换相开关单元连接，两个所述换相开关单元中位于列车驶入侧的第一换相开关单元配置为闭合状态、跨接在列车驶出侧与中性区之间的第二换相开关为断开状态，所述控制单元在列车过分相时，通过控制所述第一换相开关单元、第二换相开关单元的通断实现换相切换，当列车离开中性区时，恢复所述第一换相开关单元为闭合状态以及所述第二换相开关单元为断开状态。

作为本发明装置的进一步改进：还包括用于检测列车是否到达换相位置以及是否即将离开中性区的位置检测单元，所述位置检测单元与所述控制单元连接。

作为本发明装置的进一步改进：所述位置检测单元包括设置在中性区需换相位置处的第一检测电路以及设置在中性区的第二检测电路。

作为本发明装置的进一步改进：所述换相开关单元为机械式开关电路或电子式开关电路。

作为本发明装置的进一步改进：还包括分别用于检测两个所述换相开关单元的电流信号的电流检测单元、以及用于检测两个所述换相开关单元的电压信号的电压检测单元，所述电流检测单元、电压检测单元分别与所述控制单元连接。

作为本发明装置的进一步改进：还包括用于对两个所述换相开关单元执行保护控制的保护单元。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明可以使得不进行过分相控制时，地面自动过分相装置中驶入侧第一换相开关单元始终为闭合状态、另一侧的第二换相开关为断开状态，从而当列车过分相时，由于第一换相开关单元为闭合状态，列车在进入中性区直至换相切换前直接由驶入侧供电臂进行供电，无需实时检测列车是否进入中性区的位置状态，可以减少驶入侧列车位置检测传感器的布置，不会影响过分相控制的性能，且能够降低控制成本，减少了硬件故障点，同时能够使中性区长期带电，避了免列车带电闯分相、掉分相情况的出现，保障列车安全可靠运行，从而提升线路运力。

2)本发明通过在中性区列车需要换相位置处布置第一检测电路，以及在中性区末端位置处设置第二检测电路，由第一检测电路检测列车是否达到达换相位置，第二检测电路检测列车是否即将离开中性区，控制单元根据第一检测电路、第二检测电路检测到的列车位置信号，控制两个换相开关单元执行换相切换，仅需设置两个位置检测电路，相比于传统的地面自动过分相控制方式，减少了一个位置检测电路的布置，能够减少装置成本，同时提高控制的安全可靠性。

附图说明

图1是牵引供电***的结构原理示意图。

图2是传统地面自动过分相装置实现控制的结构原理示意图。

图3是本实施例铁路地面自动过分相控制方法的实现流程示意图。

图4是本实施例采用的地面自动过分相装置的结构示意图。

图5是本实施例地面自动过分相装置实现控制的结构原理示意图。

图6是本实施例地面自动过分相装置执行换相切换时的控制原理示意图。

图7是本实施例地面自动过分相装置在列车离开中性区时的控制原理示意图。

图8是本实施例地面自动过分相装置在检修状态时的控制原理示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图3所示，本实施例铁路地面自动过分相控制方法，步骤包括：

S1.将跨接在列车驶入侧供电臂与中性区之间的第一换相开关单元配置为闭合状态，以及将跨接在列车驶出侧与中性区之间的第二换相开关单元配置为断开状态；

S2.当列车过分相时，通过控制第一换相开关单元、第二换相开关单元的通断，实现换相切换；

S3.当列车驶出中性区时，恢复第二换相开关单元为断开状态、第一换相开关单元为闭合状态。

本实施例通过上述方法，可以使得不进行过分相控制时，地面自动过分相装置中驶入侧第一换相开关单元始终为闭合状态、另一侧的第二换相开关为断开状态，从而当列车过分相时，由于第一换相开关单元为闭合状态，列车在进入中性区直至换相切换前直接由驶入侧供电臂进行供电，无需实时检测列车是否进入中性区的位置状态，可以减少驶入侧列车位置检测传感器的布置，不会影响过分相控制的性能，且能够降低控制成本，减少了硬件故障点，同时能够使中性区长期带电，避了免列车带电闯分相、掉分相情况的出现，保障列车安全可靠运行，从而提升线路运力。

如图4、5所示，本实施例具体采用的地面自动过分相装置包括控制单元以及分别跨接在两供电臂与中性区之间的两个换相开关单元(K1、K2)，由两个换相开关单元(K1、K2)作为控制执行单元，控制单元分别与两个换相开关单元(K1、K2)连接，两个换相开关单元(K1、K2)中位于列车驶入侧的第一换相开关单元K1配置为闭合状态、跨接在列车驶出侧与中性区之间的第二换相开关K2为断开状态，控制单元在列车过分相时，通过控制第一换相开关单元K1、第二换相开关单元K2的通断实现换相切换，当列车离开中性区时，恢复第一换相开关单元K2为闭合状态以及第二换相开关单元为断开状态，使得在不进行过分相控制时第一换相开关单元K1始终为闭合状态、第二换相开关K2为断开状态，当执行过分相控制时，再通过第一换相开关单元K1、第二换相开关K2的通断实现换相切换。

本实施例地面自动过分相装置具体还包括预先在中性区布置用于检测列车是否到达需换相位置、以及列车是否即将驶出中性区的位置检测单元，步骤S2、步骤S3中根据位置检测单元检测到的信号，控制第一换相开关单元、第二换相开关单元的通断。具体在中性区列车需要换相位置处布置第一检测电路PS1，以及在中性区末端位置处设置第二检测电路PS2，由第一检测电路PS1检测列车是否达到达换相位置，第二检测电路PS2检测列车是否即将离开中性区，第一检测电路PS1、第二检测电路PS2分别与控制单元连接，控制单元根据第一检测电路PS1、第二检测电路PS2检测到的列车位置信号，控制两个换相开关单元执行换相切换。本实施例地面自动过分相装置仅需设置两个位置检测电路，相比于传统的地面自动过分相控制方式，减少了一个位置检测电路的布置，能够减少装置成本，同时提高控制的安全可靠性。

上述第一检测电路PS1、第二检测电路PS2具体可采用计轴传感器，当然也可采用如电子应答器等的其他检测装置。

本实施例中，步骤S2的具体步骤为：

S21.列车进入中性区后，由列车驶入侧供电臂为中性区供电；

S22.检测列车的行驶位置，当检测到列车到达换相位置时，转入执行步骤S23；

S23.控制断开第一换相开关单元K1后，闭合第二换相开关单元K2，使得切换由列车驶出侧供电臂为中性区供电，完成换相切换。

如图4、6所示，当列车进入中性区后，由于第一换相开关单元为闭合状态，则列车进入中性区后直至到达换相位置期间，直接由列车驶入侧供电臂为中性区供电，无需进行开关切换，仅需在中性区列车需要换相位置处布置第一检测电路PS1，以检测列车是否达到达换相位置；当第一检测电路PS1检测到列车位置信号时，控制开第一换相开关单元K1、闭合第二换相开关单元K2，切换由另一侧的供电臂为中性区供电，实现换相切换。

本实施例中，步骤S23中具体分别检测第一换相开关单元K1、第二换相开关单元K2的电流信号以及两供电臂的电压信号，根据检测到的电流信号、电压信号控制断开第一换相开关单元K1、闭合第二换相开关单元K2。

本实施例地面自动过分相装置还包括分别用于检测两个换相开关单元的电流信号的电流检测单元(CT1、CT2)、以及用于实时检测两供电臂的电压信号的电压检测单元(PT1、PT2)，电流检测单元(CT1、CT2)、电压检测单元(PT1、PT2)与控制单元连接，控制单元根据电流检测单元(CT1、CT2)检测到的电流信号、电压检测单元(PT1、PT2)检测到的电压信号，控制在第一换相开关单元K1、第二换相开关单元K2通断的相位，即在电流/电压信号到达指定相位时，控制断开/闭合对应的换相开关单元。

本实施例中，步骤S3的具体步骤为：

S31.检测列车的行驶位置，当检测到列车即将驶出中性区时，转入执行步骤S32；

S32.断开第二换相开关单元K2后，闭合第一换相开关单元K1，使得恢复由列车驶入侧供电臂为中性区供电。

如图7所示，当完成换相切换后，需检测列车是否离开中性区，仅需在中性区末端位置处设置第二检测电路PS2，通过第二检测电路PS2检测列车是否即将离开中性区，当第二检测电路PS2检测到列车位置信号时，控制断开第二换相开关单元K2、闭合第一换相开关单元K1，恢复第一换相开关单元K1、第二换相开关单元K2为初始状态，等待下一次过分相控制。

本实施例上述换相开关单元具体可以为如真空断路器、接触器等的机械式开关电路，也可以为如晶闸管、晶体管、场效应管、可控硅等的电子式开关电路。

本实施例中，还包括用于对两个换相开关单元(K1、K2)执行保护控制的保护单元，具体分别在两个换相开关单元的输入端设置检测断路器(QF1、QF2)，以及在两个换相开关单元与两供电臂、中性区之间设置隔离开关(QS1、QS2、QS3)，根据预设的定值和逻辑进行装置保护。

本实施例地面自动过分相装置工作时，由位置检测电路PS1、PS2提供列车位置信号给控制单元，电压互感器(PT1、PT2)和电流互感器(CT1、CT2)提供两个换相开关单元的电压信号、电流信号给控制单元；控制单元根据位置检测单元(PS1、PS2)、电压互感器(PT1、PT2)和电流互感器(CT1、CT2)提供的信号，输出控制信号控制K1、K2的合闸与分闸，并接收K1、K2开关的状态反馈；同时，控制单元接收保护单元(QF1、QF2、QS1、QS2、QS3)的动作预告信号，输出命令信号至保护单元，分断QF1、QF2。

如图4～8所示，本实施例列车(电力机车/动车组)从左侧至右侧行驶，地面自动过分相装置执行过分相控制的详细流程为：

如图4所示，正常情况下隔离开关(QS1、QS2、QS3)、断路器(QF1、QF2)、以及第一换相开关K1均为闭合状态，中性区为带电状态；当列车进入中性区时，直接由左侧供电臂供电；

如图6所示，列车行驶至PS1位置时，PS1检测电路检测到位置信号后发送给控制单元；控制单元接收到PS1位置检测信号，准备进行切换过程，控制单元输出信号使第一换相开关单元K1断开、第二换相开关单元K2闭合，此时中性区切换由右侧供电臂供电；

如图7所示，列车行驶至PS2位置时，PS2检测电路检测到位置信号后发送给控制单元；控制单元接收到PS2位置检测信号，控制单元接收到位置检测信号后，输出信号使第二换相开关单元K2断开、第一换相开关单元K1闭合，此时中性区恢复到由左侧供电臂供电状态；

如图8所示，当在检修情况下，隔离开关(QS1、QS2、QS3)、断路器(QF1、QF2)、以及第一换相开关单元K1、第二换相开关单元K2均为分断状态，中性区不带电以保证安全。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种铁路地面自动过分相控制方法，其特征在于，步骤包括：

步骤S1. 将跨接在列车驶入侧供电臂与中性区之间的第一换相开关单元配置为闭合状态，以及将跨接在列车驶出侧与中性区之间的第二换相开关单元配置为断开状态；

步骤S2. 当列车过分相时，通过控制所述第一换相开关单元、第二换相开关单元的通断，实现换相切换；

步骤S3. 当列车驶出中性区时，恢复所述第二换相开关单元为断开状态、所述第一换相开关单元为闭合状态；

所述步骤S2的具体步骤为：

步骤S21. 列车进入中性区后，由列车驶入侧供电臂为中性区供电；

步骤S22. 检测列车的行驶位置，当检测到列车到达换相位置时，转入执行步骤S23；

步骤S23. 控制断开所述第一换相开关单元后，闭合所述第二换相开关单元，使得切换由列车驶出侧供电臂为中性区供电，完成换相切换；

所述步骤S23中具体分别检测所述第一换相开关单元、所述第二换相开关单元的电压信号、电流信号，根据检测到的所述电流信号、电压信号控制断开所述第一换相开关单元、闭合所述第二换相开关单元。

2.根据权利要求1所述的铁路地面自动过分相控制方法，其特征在于：所述步骤S3的具体步骤为：

步骤S31. 检测列车的行驶位置，当检测到列车即将驶出中性区时，转入执行步骤S32；

步骤S32. 断开所述第二换相开关单元后，闭合所述第一换相开关单元，使得恢复由列车驶入侧供电臂为中性区供电。

3.根据权利要求1或2所述的铁路地面自动过分相控制方法，其特征在于：还包括预先在中性区布置用于检测列车是否到达需换相位置、以及列车是否即将驶出中性区的位置检测单元，所述步骤S2、步骤S3中根据位置检测单元检测到的信号，控制所述第一换相开关单元、第二换相开关单元的通断。

4.一种地面自动过分相装置，包括控制单元以及分别跨接在两供电臂与中性区之间的两个换相开关单元，所述控制单元分别与两个所述换相开关单元连接，其特征在于：两个所述换相开关单元中位于列车驶入侧的第一换相开关单元配置为闭合状态、跨接在列车驶出侧与中性区之间的第二换相开关为断开状态，所述控制单元在列车过分相时，通过控制所述第一换相开关单元、第二换相开关单元的通断实现换相切换，当列车离开中性区时，恢复所述第二换相开关单元为断开状态以及所述第一换相开关单元为闭合状态；还包括分别用于检测两个所述换相开关单元的电流信号的电流检测单元、以及用于检测两个所述换相开关单元的电压信号的电压检测单元，所述电流检测单元、电压检测单元分别与所述控制单元连接，根据检测到的所述电流信号、电压信号控制断开所述第一换相开关单元、闭合所述第二换相开关单元。

5.根据权利要求4所述的地面自动过分相装置，其特征在于：还包括用于检测列车是否到达换相位置以及是否即将离开中性区的位置检测单元，所述位置检测单元与所述控制单元连接。

6.根据权利要求5所述的地面自动过分相装置，其特征在于：所述位置检测单元包括设置在中性区需换相位置处的第一检测电路以及设置在中性区的第二检测电路。

7.根据权利要求4或5或6所述的地面自动过分相装置，其特征在于：所述换相开关单元为机械式开关电路或电子式开关电路。

8.根据权利要求4或5或6所述的地面自动过分相装置，其特征在于，还包括用于对两个所述换相开关单元执行保护控制的保护单元。

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