CN110171325A - 地面自动过分相装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及列车过分相技术领域，公开了一种地面自动过分相装置及方法，解决了现有技术中纯机械开关寿命低，维护频繁，以及纯电子开关成本高的问题。所述装置包括：列车识别单元，机械开关，电子开关，电流检测单元，电压检测单元以及逻辑控制单元，逻辑控制单元用于当列车识别单元识别列车到达接触网第一相供电臂所属区域时，控制机械开关闭合；当识别列车到达中性区所属区域，且电流检测单元检测到接触网第一相供电臂的电流相位过零点时，控制机械开关断开；当电压检测单元检测到接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制电子开关合闸；当识别列车到达接触网第二相供电臂所属区域时，控制电子开关分闸。本发明实施例适用于地面自动过分相。

Description

地面自动过分相装置及方法

技术领域

本发明涉及列车过分相技术领域，具体地，涉及一种地面自动过分相装置及方法。

背景技术

我国电气化铁路采用单相工频交流27.5kV供电制式，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，单相供电容易在电网中产生严重的负序电流，而负序电流的产生影响发电厂发电机正常运行，并且降低电网的输送能力。铁路部门为了解决这一问题，通常对相邻牵引变电所换相连接，不同供电区段的供电臂相位不同，需要设置分相绝缘器或锚段关节，电分相由此产生。电分相存在于变电所出口处和不同牵引变电所之间的分区所处，一般情况下，国内铁路每隔20～30km就会存在一处电分相区。

目前的过分相方式中地面自动过分相是通过安装在地面的装置给中性区供电，列车运行在中性区时由地面装置完成供电臂切换，列车不需要任何操作。如图1所示，地面自动过分相的原理是，接触网分相处设置中性区，中性区与供电臂之间为分相绝缘器JY1、JY2，两个换相开关K1、K2分别跨接在JY1、JY2上，中性区供电由两个换相开关完成切换。在列车行驶路线上安装四个列车位置传感器G1～G4。没有列车经过的时候中性区无电，当传感器G1检测列车到达时，换相开关K1闭合，A臂给中性区供电；当列车进入中性区到达G2时，换相开关K1断开，中性区断电，列车惰性；当列车到达G3时，换相开关K2闭合，B臂给中性区供电；当列车运行至G4时，列车进入B臂供电区域，换相开关K1断开，中性区断电，等待下次列车进入。

传统的地面自动过分相中的换相开关一般为机械开关或电子开关。但是纯机械开关寿命低，维护频繁，存在过电压和涌流问题。而纯电子开关成本高，设备占地大。

发明内容

本发明的目的是提供一种地面自动过分相装置及方法，解决了现有技术中纯机械开关寿命低，维护频繁，以及纯电子开关成本高的问题，将机械开关与电子开关结合使用，兼顾两种换相开关的性能优势和成本优势，发挥电子开关控制精度高，电气暂态性能好的优点，同时利用机械开关成本低、占地小的优点。

为了实现上述目的，本发明提供一种地面自动过分相装置，所述装置包括：列车识别单元，用于识别列车的行驶方向以及到达的位置；机械开关，用于当其闭合时，由接触网第一相供电臂为中性区供电，其设置在所述接触网第一相供电臂与中性区列车驶入侧之间；电子开关，用于当其闭合时，由接触网第二相供电臂为所述中性区供电，其设置在所述接触网第二相供电臂与中性区列车驶出侧之间；电流检测单元，用于检测所述接触网第一相供电臂的电流；电压检测单元，用于检测所述接触网第二相供电臂的电压；逻辑控制单元，用于当所述列车识别单元识别到列车到达第一位置时，控制所述机械开关闭合；当所述列车识别单元识别到所述列车到达第二位置，且所述电流检测单元检测到所述接触网第一相供电臂的电流相位过零点时，控制所述机械开关断开；当所述电压检测单元检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸；当所述列车识别单元识别到列车到达第三位置时，控制所述电子开关分闸，其中，所述第一位置位于所述接触网第一相供电臂所属区域，所述第二位置位于所述中性区所属区域，所述第三位置位于所述接触网第二相供电臂所属区域。

进一步地，所述电压检测单元还用于检测所述中性区的电压；所述逻辑控制单元还用于当控制所述机械开关断开，且所述电压检测单元检测到所述中性区的电压相位为零后，当所述电压检测单元检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。

进一步地，所述逻辑控制单元还用于当所述电压检测单元检测到所述中性区的电压相位为零，且间隔预设时间后，当所述电压检测单元检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。

进一步地，所述机械开关为智能选相真空断路器。

进一步地，所述电子开关为反串并联晶闸管。

进一步地，所述装置还包括：接入断路器，用于当线路短路时，切断电路。

进一步地，所述装置还包括：隔离开关，用于在电路检修状态下的电气隔离。

相应的，本发明实施例提供一种地面自动过分相方法，所述方法应用于所述地面自动过分相装置，所述方法包括：当识别到列车到达第一位置时，控制机械开关闭合；当识别到所述列车到达第二位置，且检测到接触网第一相供电臂的电流相位过零点时，控制所述机械开关断开；当检测到接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制电子开关合闸；当识别到列车到达第三位置时，控制所述电子开关分闸，其中，所述第一位置位于所述接触网第一相供电臂所属区域，所述第二位置位于所述中性区所属区域，所述第三位置位于所述接触网第二相供电臂所属区域。

进一步地，所述当检测到接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制电子开关合闸包括：当检测到中性区的电压相位为零，且检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。

进一步地，所述当检测到中性区的电压相位为零，且检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸包括：当检测到所述中性区的电压相位为零，且间隔预设时间后，检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。

本发明实施例提供的地面自动过分相装置采用机械开关和电子开关相结合，兼有电子开关电气暂态性能好和机械开关成本低的优点。机械开关负责列车进入中心区后的分闸，采用智能选相真空断路器的机械开关灭弧能力强，可满足关断要求，且截断过电压并不严重。电子开关负责机械开关分闸后的合闸，根据所述电压检测单元检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时合闸，抑制合闸涌流和过电压。本发明实施例解决了现有技术中纯机械开关寿命低，维护频繁，以及纯电子开关成本高的问题，将机械开关与电子开关结合使用，兼顾两种换相开关的性能优势和成本优势，发挥电子开关控制精度高，电气暂态性能好的优点，同时利用机械开关成本低、占地小的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中的地面自动过分相装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种地面自动过分相装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种地面自动过分相装置的示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种地面自动过分相装置的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种地面自动过分相方法的流程示意图

图6是本发明实施例提供的一种地面自动过分相方法的时序图。

附图标记说明

211，212，213--列车识别单元 24，241，242--电流检测单元

25，251，252--电压检测单元 41，42--接入断路器

51，52，53--隔离开关

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

对于传统地面自动过分相装置中的换相开关均为机械开关时，如图1所示，K1开断迅速，无截流现象，也无过压。但是在K2合闸时，可能产生超过正常范围的过压触发列车过压保护跳闸，涌流也可能使得列车过流保护动作。其中，过压和涌流主要与K1断开后中性区残留的残压有关，当K2闭合供电臂B的相电源与中性区的残压相位相反时，将产生比闭合空载负荷大得多的过电压和涌流。

对于传统地面自动过分相装置中的换相开关均为电子开关，电子开关可控性强，响应快，精确控制开/闭角，抑制过电压和涌流问题，但是成本较机械开关要高。

本发明实施例提供的地面自动过分相装置将电子开关和机械开关相结合，考虑列车进入中性区换相时，在中性区列车驶入侧安装真空断路器的机械开关，分闸过程的截断过电压并不严重，真空断路器灭弧能力强，其关断速度完全满足要求。换相过程中由于分闸后的残压没有消失，另一换相开关的合闸相位如果选择不当，易造成合闸的供电臂相位和残压相位相反，此时将产生远远大于闭合空负荷的暂态过压和过流，可能给车载设备带来损害。这时需要一种换相开关控制精度高，响应速度快，在逻辑控制单元判断合适的合闸相位并发出动作指令后换相开关能够立刻动作，因此只有在中性区列车驶入出侧安装电子开关才能满足这一需求。下面将详细描述本发明实施例提供的结合有电子开关和机械开关的地面自动过分相装置。

图2是本发明实施例提供的一种地面自动过分相装置的结构示意图。如图2所示，所述装置包括：列车识别单元21，用于识别列车的行驶方向以及到达的位置；机械开关22，用于当其闭合时，由接触网第一相供电臂为中性区供电，其设置在所述接触网第一相供电臂与中性区列车驶入侧之间；电子开关23，用于当其闭合时，由接触网第二相供电臂为所述中性区供电，其设置在所述接触网第二相供电臂与中性区列车驶出侧之间；电流检测单元24，用于检测所述接触网第一相供电臂的电流；电压检测单元25，用于检测所述接触网第二相供电臂的电压；逻辑控制单元26，用于当所述列车识别单元识别到列车到达第一位置时，控制所述机械开关闭合；当所述列车识别单元识别到所述列车到达第二位置，且所述电流检测单元检测到所述接触网第一相供电臂的电流相位过零点时，控制所述机械开关断开；当所述电压检测单元检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸；当所述列车识别单元识别到列车到达第三位置时，控制所述电子开关分闸，其中，所述第一位置位于所述接触网第一相供电臂所属区域，所述第二位置位于所述中性区所属区域，所述第三位置位于所述接触网第二相供电臂所属区域。

其中，所述机械开关为智能选相真空断路器。所述电子开关为反串并联晶闸管。JY1和JY2为分相绝缘器。

本发明实施例提供的地面自动过分相装置采用机械开关和电子开关相结合，兼有电子开关电气暂态性能好和机械开关成本低的优点。机械开关负责列车进入中心区后的分闸，采用智能选相真空断路器的机械开关灭弧能力强，可满足关断要求，且截断过电压并不严重。电子开关负责机械开关分闸后的合闸，根据所述电压检测单元检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时合闸，抑制合闸涌流和过电压。另外，电子开关响应快。本发明实施例提供的地面自动过分相装置相比于纯机械开关的地面自动过分相装置的换相时间缩短，中性区长度可减少，列车速度损失小，提高列车的运行效率。

如图3所示，提供了该地面自动过分相装置的示意图。其中，分别在接触网第一相供电臂所属区域、中性区所属区域以及接触网第二相供电臂所属区域设置三个列车识别单元211,212和213，分别用于识别列车驶入接触网第一相供电臂所属区域，识别列车进入中性区所属区域，以及识别列车驶出接触网第二相供电臂所属区域。智能选相真空断路器的机械开关22设置在所述接触网第一相供电臂与中性区列车驶入侧之间，用于当其闭合时，由接触网第一相供电臂为中性区供电。晶闸管的电子开关23设置在所述接触网第二相供电臂与中性区列车驶出侧之间，用于当其闭合时，由接触网第二相供电臂为所述中性区供电。另外，电流检测单元24用于检测所述接触网第一相供电臂的电流，如图3所示，电流检测单元24与所述机械开关串联。所述电压检测单元25用于检测所述接触网第二相供电臂的电压。逻辑控制单元26用于当所述列车识别单元211识别到列车到达第一位置时，即所述接触网第一相供电臂所属区域时，控制所述机械开关22闭合；当所述列车识别单元212识别到所述列车到达第二位置，即所述中性区所属区域，且所述电流检测单元24检测到所述接触网第一相供电臂的电流相位过零点时，控制所述机械开关22断开；当所述电压检测单元25检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关23合闸，从而实现对机车的过电压和电流冲击最小；当所述列车识别单元识别到列车到达第三位置时，即所述接触网第二相供电臂所属区域时，控制所述电子开关23分闸。

另外，所述电压检测单元25除了可以检测所述接触网第二相供电臂的电压，还用于检测所述中性区的电压，如图4所示，所述电压检测单元251和252分别设置在所述接触网第二相供电臂，以及所述中性区。所述逻辑控制单元26还用于当控制所述机械开关断开后，由于机械开关控制精度低，关断效果可能并不明显，存在截流过电压，因此由所述电压检测单元检测所述中性区的电压相位是否为零，以判断机械开关是否完全关断，若为零，则表示机械开关完全关断，然后当所述电压检测单元检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。

优选的，为了进一步保证机械开关完全关断，需要在检测到中性区的电压相位为零后，短暂延时一段时间，然后控制电子开关合闸，具体是所述逻辑控制单元还用于当所述电压检测单元检测到所述中性区的电压相位为零，且间隔预设时间后，当所述电压检测单元检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。所述预设时间可根据具体情况而定，例如为10ms。

另外，可选的，所述电流检测单元可以检测所述接触网第一相供电臂的电流，还可以检测所述接触网第二相供电臂的电流，以用于检测列车电弓的位置。如图4所示，所述电流检测单元241和242分别设置在所述接触网第一相供电臂和所述接触网第二相供电臂。

另外，为了该地面自动过分相装置的安全性，如图4所示，所述装置还包括接入断路器41和42，用于当线路短路时，切断电路，分别于机械开关和电子开关串联，以便于机械开关或电子开关短路故障时，跳闸保护。为了便于维修人员维修，所述装置还包括隔离开关51,52和53，用于在电路检修状态下的电气隔离，分别设置在接触网第一相供电臂、中性区和接触网第二相供电臂。

本发明实施例中提到的电压检测单元可以为电压互感器，电流检测单元可以为电流互感器。

本发明实施例提供的地面自动过分相装置，即可发挥电子开关控制精度高，电气暂态性能好的优点，又可利用机械开关成本低、占地小的优点，整个装置相比于纯机械开关的地面自动过分相装置抑制合闸的过压、过流冲击能力有巨大提升，相比于纯电子开关的地面自动过分相装置可节省成本、减少设备占地。

图5是本发明实施例提供的一种地面自动过分相方法的流程示意图。如图5所示，所述方法应用于上述实施例提供的地面过分相装置，所述方法包括如下步骤：

步骤501，当识别到列车到达第一位置时，控制机械开关闭合；

步骤502，当识别到所述列车到达第二位置，且检测到接触网第一相供电臂的电流相位过零点时，控制所述机械开关断开；

步骤503，当检测到接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制电子开关合闸；

步骤504，当识别到列车到达第三位置时，控制所述电子开关分闸，

其中，所述第一位置位于所述接触网第一相供电臂所属区域，所述第二位置位于所述中性区所属区域，所述第三位置位于所述接触网第二相供电臂所属区域。

以图6所示的所述地面自动过分相装置的工作时序图为例，t1时刻列车识别单元211检测列车到达，控制机械开关22闭合，t2时刻列车到达分相绝缘器JY1，t3时刻列车到达中性区的列车识别单元212处，t4时刻，检测到接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，电子开关23合闸，t5时刻列车经过分相绝缘器JY2，t6时刻列车识别单元213识别列车驶出中性区，控制所述电子开关分闸，整个地面自动过分相过程完成。

结合图6所示的时序图，在本发明实施例中，当识别到列车到达图6所示的第一位置时，即所述接触网第一相供电臂所属区域时，控制机械开关闭合，中性区由所述接触网第一相供电臂供电，等待列车进入中性区。当列车继续行驶进入中性区后，检测到接触网第一相供电臂的电流相位过零点时，控制所述机械开关断开。由于机械开关控制精度低，关断效果可能并不明显，存在截流过电压，但是并不严重。为了进一步保证机械开关完全关断，可检测中性区的电压相位是否为零，若为零则表明机械开关完全关断，然后检测所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。

优选的，可在检测到所述中性区的电压相位为零后，间隔预设时间，跟进一步地保证机械开关完全关断，然后检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。

本发明实施例所述的地面自动过分相方法，将机械开关和电子开关相结合，即可发挥电子开关控制精度高，电气暂态性能好的优点，又可利用机械开关成本低、占地小的优点，相比于纯机械开关地面自动过分相换相时间短，中性区长度可以缩短，列车换相断电时间短，速度损失小，列车运行效率提高，相比于纯电子开关地面自动过分相可节省成本、减少设备占地。另外，换相过程完全由地面自动过分相装置自动完成，降低了司机工作量和操作疲劳度，避免司机误操作造成列车带电闯过分相，烧毁车载和地面设备的事故发生。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种地面自动过分相装置，其特征在于，所述装置包括：

列车识别单元，用于识别列车的行驶方向以及到达的位置；

机械开关，用于当其闭合时，由接触网第一相供电臂为中性区供电，其设置在所述接触网第一相供电臂与中性区列车驶入侧之间；

电子开关，用于当其闭合时，由接触网第二相供电臂为所述中性区供电，其设置在所述接触网第二相供电臂与中性区列车驶出侧之间；

电流检测单元，用于检测所述接触网第一相供电臂的电流；

电压检测单元，用于检测所述接触网第二相供电臂的电压；

逻辑控制单元，用于当所述列车识别单元识别到列车到达第一位置时，控制所述机械开关闭合；当所述列车识别单元识别到所述列车到达第二位置，且所述电流检测单元检测到所述接触网第一相供电臂的电流相位过零点时，控制所述机械开关断开；当所述电压检测单元检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸；当所述列车识别单元识别到列车到达第三位置时，控制所述电子开关分闸，其中，所述第一位置位于所述接触网第一相供电臂所属区域，所述第二位置位于所述中性区所属区域，所述第三位置位于所述接触网第二相供电臂所属区域。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压检测单元还用于检测所述中性区的电压；所述逻辑控制单元还用于当控制所述机械开关断开，且所述电压检测单元检测到所述中性区的电压相位为零后，当所述电压检测单元检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述逻辑控制单元还用于当所述电压检测单元检测到所述中性区的电压相位为零，且间隔预设时间后，当所述电压检测单元检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械开关为智能选相真空断路器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电子开关为反串并联晶闸管。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

接入断路器，用于当线路短路时，切断电路。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

隔离开关，用于在电路检修状态下的电气隔离。

8.一种地面自动过分相方法，其特征在于，所述方法应用于上述权利要求1-7任一项所述的地面自动过分相装置，所述方法包括：

当识别到列车到达第一位置时，控制机械开关闭合；

当识别到所述列车到达第二位置，且检测到接触网第一相供电臂的电流相位过零点时，控制所述机械开关断开；

当检测到接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制电子开关合闸；

当识别到列车到达第三位置时，控制所述电子开关分闸，

其中，所述第一位置位于所述接触网第一相供电臂所属区域，所述第二位置位于所述中性区所属区域，所述第三位置位于所述接触网第二相供电臂所属区域。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当检测到接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制电子开关合闸包括：

当检测到中性区的电压相位为零，且检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述当检测到中性区的电压相位为零，且检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸包括：

当检测到所述中性区的电压相位为零，且间隔预设时间后，检测到所述接触网第二相供电臂的电压相位过零点时，控制所述电子开关合闸。