CN101837744A - 一种新型的地面过电分相控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的地面过电分相控制方法及装置，根据设于轨道上的机车位置传感器CG1、CG2、CG3、CG4以及用于测量接触网电压相位的接触网电压相位检测模块M1和M2对接触网A和B相电压相位的确定，用控制器控制全控型电力电子器件构成开关器件K1和K2的开断实现电力机车地面无冲击切换过电分相；本发明实现了电力机车(动车组)地面过电分相时无冲击切换，从而可以避免产生截流过电压以及合闸浪涌过电流，并且能够降低对开关器件的要求。具有较高的开关速度，能够缩短列车通过分相区的断电时间。
Description
所属技术领域
本发明涉及交直交电力机车(动车组)、交直电力机车地面过电分相装置制造领域。
背景技术
电力机车(动车组)过电分相的方法有多种，早期列车速度较慢，通常采用手动过电分相，在分相区设有分相标志指挥司机过电分相操作。到中性段前，司机先将牵引级位降到0，断开辅助系统，再将牵引变压器原边的主断路器断开，使机车不带电通过中性段。机车进入下一相供电臂的供电区后，司机合上主断路、并启动辅助系统、逐步恢复牵引级位。手动过电分相司机劳动强度大，在过分相时必须由司机断电，如果没断电过电分相，会在进入中性段时牵引网与受电弓产生过电压拉弧，烧坏牵引网和受电弓，甚至两相短路等严重事故，随着列车运行速度的不断提高这一问题将更为突出。
目前，电力机车(动车组)通常采用自动过电分相方法，主要有二种方法：地面自动过分相和车上自动过分相。采用地面过电分相时，电力机车(动车组)不需要任何动作，主电路断电时间很短，适合坡度较大的和运量大的困难地段，日本将这种方法用于高速动车组。
附图1为传统地面自动过分相装置的工作原理图，其工作过程如下：当电力机车(动车组)运行到CG1时(列车运行方向如图所示；CG1～CG4为机车位置传感器，用于产生开关切换信号，列车运行到某一位置时，相应的开关动作)，开关K1闭合，中性段接触网由A相供电，待机车进入中性段，到达CG3时，K1断开，K2迅速合上，完成中性段供电的换相变换。由于此时中性段已由B相供电，电力机车(动车组)可以在不用任何附加操作，负荷基本不变的情况下通过分相段，待机车驶离CG4处时，K2断开，各个设备恢复原始状态。反向行驶时，由控制系统控制两个开关以相反顺序轮流断开与闭合。地面过电分相时，电力机车(动车组)在中性段进行电压转换，是带载断开分相开关，会生产截流过电压，对开关要求较高；同时是满载闭合另一个分相开关，机车上有牵引变压器，因为两相相位不一样，变压器的稳态磁通有相差，合闸时会因为动态磁通饱和导致合闸浪涌过电流。对于旋转电机并从牵引变压器取电的机车，合闸时还会导致辅助系统过流。
针对传统地面过电分相装置的缺点，有研究人员提出了改进措施，改进后的地面过电分相装置如附图2所示，其工作原理如下：当电力机车(动车组)运行到CG1时(列车运行方向如图所示；CG1～CG4为机车位置传感器，用于产生开关切换信号，列车运行到某一位置时，相应的开关动作)，控制器发出控制信号使晶闸管SCR1、SCR2导通。A相电压通过降压变压器TX1，晶闸管SCR1、SCR2，升压变压器TX3到达中性段。晶闸管SCR1、SCR2的触发采用电压过零触发。当机车行驶到CG3时，控制器发出控制信号使晶闸管SCR1、SCR2关断，同时控制器发出控制信号使SCR3、SCR4导通。这样中性段就由A相供电转变为B相供电。B相电压通过降压变压器TX2，晶闸管SCR3、SCR4，升压变压器TX3到达中性段。当机车行驶到CG4处时，控制器发出控制信号使晶闸管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4关断。系统恢复到原始状态。可见，改进后的方案仍然不能完全解决传统地面过电分相装置的缺点，由于需要采用升降压变压器，增加了系统的复杂程度和成本。
综上所述，现有技术的地面过电分相装置存在的以下问题：1)由于在整个过程中是满载分断开关，对开关要求较高；2)中性段电压转换时，是带载断开分相开关，会生产截流过电压；3)在中性段进行电压切换时，切换前后电压相位不一致，机车上牵引变压器的稳态磁通就会有相差，合闸时会因为动态磁通饱和导致合闸浪涌过电流。对于旋转电机并从牵引变压器取电的机车，合闸时还会导致辅助系统过流。
发明内容
鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种新型的地面过电分相方法，使之克服现有技术的以上缺点。
本发明的目的还在于，为上述方法提供实现装置。
本发明的目的是通过如下的手段实现的。
一种新型的地面过电分相控制方法，根据设于轨道上的机车位置传感器CG1、CG2、CG3、CG4对机车位置的确定以及用于测量接触网电压相位的接触网电压相位检测模块M1和M2对接触网A和B相电压相位的确定，用控制器控制全控型电力电子器件构成开关器件K1和K2的开断，实现电力机车地面无冲击切换过电分相；其正向行驶进入分相区时采用如下的分相操作步骤：列车运行到CG1，开关K1闭合，中性段接触网由A相供电；待电力机车进入中性段，到达CG3并且A相电压过零点时，断开K1，并记录电压变化方向；K1完全断开后，B相电压过零点并且电压变化方向与已经记录的电压变化方向一致时，触发导通K2，完成中性段供电的换相变换；待机车到达CG4时，K2断开，各个设备恢复原始状态；反向行驶时，其执行步骤与上对称变换，由CG2完成CG3的测位。
采用本发明，能够在断开与A相连接开关K1时，减小甚至消除截流过电压；在合上与下一供电段连接的开关K2时，消除接触网电压相位与机车牵引变压器相位差，避免开关闭合时因为动态磁通饱和导致合闸浪涌过电流；同时，还能避免辅助系统过流。断开和接通开关时，能够减小开关应力，提高装置的寿命。实现了电力机车(动车组)地面过电分相时无冲击切换，从而可以避免产生截流过电压以及合闸浪涌过电流，并且能够降低对开关器件的要求。具有较高的开关速度，能够缩短列车通过分相区的断电时间。
附图说明
图1是传统地面过电分相装置的工作原理图
图2是一种改进的地面过电分相装置工作原理图
图3是本发明设计的地面过电分相装置工作原理图
图4是电力电子器件构成开关的示意图
图5是本发明地面过电分相装置的控制流程图(列车运行方向如附图3所示)
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
根据设于轨道上的机车位置传感器CG1、CG2、CG3、CG4对机车位置的确定以及用于测量接触网电压相位的接触网电压相位检测模块M1和M2对接触网A和B相电压相位的确定，用控制器控制全控型电力电子器件构成开关器件K1和K2的开断，实现电力机车地面无冲击切换过电分相；如图3所示，本发明的地面过电分相装置的具体实施方式如下：
1)利用全控型电力电子器件构成开关K1、K2，其导通、关断的控制信号由控制器KZ发出。在当前的技术水平情况下需要采用若干个电子电子器件串联构成开关。
2)在供电段A相、B相各设置一套电压传感器M1、M2，检测接触网电压相位；
3)设置一套控制器，控制器主要完成以下功能：当电力机车(动车组)到达CG1时(列车运行方向如附图3所示；CG1～CG4为机车位置传感器，是开关切换的必要条件之一，列车运行到某一位置并满足相关条件时，相应的开关动作)，开关K1闭合，中性段接触网由A相供电，待电力机车(动车组)进入中性段，到达CG3并且A相电压过零点时，断开K1，并记录电压变化方向；K1完全断开后，B相电压过零点并且电压变化方向(如图5所示)与已经记录的电压变化方向一致时，触发导通K2，完成中性段供电的换相变换。由于此时中性段已由B相供电，机车(动车组)可以在不用任何附加操作，负荷基本不变的情况下通过分相段，待机车到达CG4时，K2断开，各个设备恢复原始状态。反向行驶时，由控制系统控制两个开关以相反顺序轮流断开与闭合。
附图4为电力电子器件构成交流开关的示意图。由于电力电子器件具有单相导电性，因此必须采用两只器件反向并联，让电流在正负半周分别通过不同的器件。当用于高压交流电路时，由于电力电子器件的耐压值有限，需要采用附图4所示的单元串联构成开关。
附图5为本发明地面过电分相装置的控制流程图
本发明通过设计一种新型的地面过电分相装置，实现了电力机车(动车组)地面过电分相时无冲击切换，从而可以避免产生截流过电压以及合闸浪涌过电流，并且能够降低对开关器件的要求。另外，由于是采用电力电子器件构成的开关器件，因此具有较高的开关速度，能够缩短列车通过分相区的断电时间。所述装置由设于轨道上的机车位置传感器CG1、CG2、CG3、CG4，以及接触网电压相位检测模块M1和M2构成的检测单元、由控制器和全控型电力电子器件开关器件K1和K2构成的开关控制单元所组成。其中列车位置传感器可以用磁铁及磁感应器构成，控制器可采用常规的可编程序控制器，如单片机、CPLD等等；电压相位检测模块M1和M2为高压电压互感器；K1和K2为采用全控型电力电子器件开关器件，全控型器件可以采用GTO、IGBT、IGCT等等。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对其进行的关于形式和细节的种种显而易见的修改或变化均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种新型的地面过电分相控制方法，根据设于轨道上的机车位置传感器CG1、CG2、CG3、CG4对机车位置的确定以及用于测量接触网电压相位的接触网电压相位检测模块M1和M2对接触网A和B相电压相位的确定，用控制器控制全控型电力电子器件构成的开关器件K1和K2的开断，实现电力机车地面无冲击切换过电分相；其正向行驶进入分相区时采用如下的分相操作步骤：列车运行到CG1，开关K1闭合，中性段接触网由A相供电；待电力机车进入中性段，到达CG3并且A相电压过零点时，断开K1，并记录电压变化方向；K1完全断开后，B相电压过零点并且电压变化方向与已经记录的电压变化方向一致时，触发导通K2，完成中性段供电的换相变换；待机车到达CG4时，K2断开，各个设备恢复原始状态；反向行驶时，其执行步骤与上对称变换，由CG2完成CG3的测位。
2.实现权利要求1所述之新型的地面过电分相控制方法之装置，其特征在于，所述装置由设于轨道上的机车位置传感器CG1、CG2、CG3、CG4，以及接触网电压相位检测模块M1和M2构成的检测单元、由控制器和全控型电力电子器件开关器件K1和K2构成的开关控制单元所组成。
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