CN103857556B - 用于运行电力机车车辆的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行电动机车车辆(10)的系统(1)，该系统带有沿机车车辆(10)的行驶线路(2)布置的接触导线设备(20)。在此，机车车辆(10)的受电弓(11)可与接触导线设备(20)的接触导线(23)滑动接触以传输能量。此外，接触导线(23)通过能够被受电弓(11)以滑动接触的方式驶过的分段开关(24)分为相互隔离供电的接触导线部分(23a、23b)。根据本发明，识别装置(30)设计为识别机车车辆(10)即将驶过分段开关(24)的情形。该识别装置与用于机车车辆(10)的电驱动器(12)的驱动控制装置(13)协作，使得在驶过分段开关(24)期间自动减少或切断通过受电弓(11)的能量传输。以此，可减少分段开关(24)上的磨损。

Description

用于运行电力机车车辆的系统
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于运行电力机车车辆的系统。
背景技术
尤其是轨道车辆或轻轨车辆的电力机车车辆的能量供给通过接触导线设备进行。在此，变电分站将供电网络的供电电压转换为接触导线电压，且将其供给到接触导线内，例如供给到架空线设备的触线内或在行驶线路侧面布置的导电轨内。由于运行或技术原因，接触导线通过分隔位置被划分为接触导线部分，所述接触导线部分形成相互隔离地供电的供电部分。
分隔位置通过所谓的分段开关实现，所述分段开关可被电力机车车辆的受电弓滑动接触地驶过，且纵向电流在分隔位置上被中断。因此形成了一种具有能量技术和运行上的优点的双侧供电。
根据“Fahrleitungen elektrischer Bahnen:Planung,Berechnung,Ausführung”,2.überarbeitete Auflage,Stuttgart;Leipzig:Teubner,1998,ISBN3-519-16177-X中的118页至121页，通过分段开关形成的电隔离应与所谓的保护线路加以区分。保护线路以这种方式隔离架空线的部分，使得在以电力机车车辆运行中，一个或多个受电弓不将该部分桥接。在轨道能量供给系统内，在速度大于160km/h时，保护线路由带有位于其间的中性架空线部分的相互衔接的线路隔离部分形成。在此，中性部分可构造为短于电力机车车辆上的两个受电弓的距离或构造为长于电力机车车辆的最外部的受电弓之间的最大距离。
从欧洲专利文献DE602005002864T2的翻译中已知一种用于控制列车在其中无电力用于驱动机车的中性部分内的运行的方法。为通过中性部分，关闭机车的行驶马达，打开机车的主电流回路断路器，且在一些情况中在到达中性部分前降下受电弓。为了即使在同一列车的随后机车的情况中也可执行此类中性部分工作过程以将引导机车从架空线上电隔离，在道床内在中性部分前定位了应答器，所述应答器通过机车内的应答器读取设备可检测。
与被电力机车车辆与架空线电隔离地驶过的中性部分相比，分段开关受到明显的磨损现象，这尤其由于驶过时的中断电弧和补偿电流导致。尤其是在近程交通设备中对分段开关的此要求由于使用具有三相交流驱动技术的现代车辆而被加强，因为所述现代车辆由于更高的加速度、速度和例如空调设备的舒适性功能而具有更大的功率需求。
在由于受电弓和分段开关之间的接触中断导致的电流中断时可能形成电弧，所述电弧耗损电弧导出设备，例如角形消弧器、选择地存在的滑板和绝缘器。因此，寿命降低且清洁与例如更换角形消弧器的维护工作的周期降低。此外，在电弧形成时，出现无线电通信和远程通信的干扰以及干扰机械或人员的噪声。
公开物EP0592819A1公开了一种用于电力车辆的接触导线，尤其是轨道的分段开关。所述分段开关包括两个连接设备，所述连接设备分别将接触导线线端与角形消弧器连接。连接设备通过绝缘板相互连接，其中角形消弧器在分隔位置上绝缘地对置。在分隔位置上布置了至少一个桥接这些角形消弧器的导板，所述导板与角形消弧器之一导电地连接。以此，牵引电流或制动电流可通过接触导线和滑动条之间的接触位置以及滑动条与滑板之间的接触位置转换，且通过形成电弧不中断。但由于起作用的电感，在此分段开关中也不能可靠地避免电弧形成。
当接触导线部分之间的电势差通过受电弓被临时短路时出现了补偿电流。尤其当相邻的供电部分的负荷率明显不同时，出现大的补偿电流。
流动通过分段开关的补偿电流可通过在分隔位置上结束的接触导线部分的纵向电耦合而避免。在此，纵向电流流动通过平行于分段开关布置的隔离开关，所述隔离开关可例如通过开关遥控驱动器用于连接或隔离相邻的供电部分。但由于保护和运行设计，尤其在近程交通设备中经常普遍的或甚至不可能的是不将供电部分纵向耦合。但在存在纵向耦合时，牵引电流必须总是通过分段开关的分隔位置转换，且在此导致中断火花。
从公开文献DE10319126A1中已知一种用于架空线接触网的到来的接触导线和用于离开的接触导线的分段开关。建议将到来的和离开的接触导线通过开关连接。开关与控制单元连接，以用于在车辆到来时关闭开关且在车辆离开时打开开关。为此，控制单元在输入侧例如与断定车辆的位置的位置传感器连接。在短接状态中，变电分站之间的补偿电流不再流动通过滑动条从而可能形成中断电弧，而是直接通过开关。通过电滑板，虽然尝试使得牵引电流和制动电流不被中断，且因此避免了电弧形成，但这在实践中仅是有条件的，因为牵引电流还是必须通过分隔位置转换。
但此类开关的换位是困难的，且要求类似于变电分站内的开关设备的构造。此外，此类开关和所需的附加元件应布置在架空线内，这提高了架空线的重量负荷。刚好在近程交通中的简单的接触导线中，当完全可获得用于布置附加元件的安装空间时，在相同的速度下的滑行会变差。
也已知通过将分段开关布置在行驶线路的制动区域内可防止电弧的出现，因为接触导线和受电弓之间的电流实际上消失。这当然仅适用在制动中不从接触导线接收电流或仅接收很低的电流的非反馈行驶的电力机车车辆。反馈的车辆将能量馈送到接触导线内，其中在反馈时发出的功率大于此时所接收的功率。在反馈时，车辆将电压升高以可将能量传输到接触导线设备内。在此，在分隔位置上在运行状态中的电压差升高，这导致干扰性的补偿电流的放大。
分段开关被电力机车车辆在双牵引中驶过也导致磨损。分段开关在被前列电力机车车辆驶过时产生振动，以此随后的电力机车车辆的受电弓遇到更差的接触条件。此外在将分段开关布置在行驶线路的加速区域内时，例如在车站位置附近的区域内，随后的电力机车车辆的驶过速度且因此其电流消耗大于先导的电力机车车辆。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于运行前述类型的电力机车车辆的系统，以所述系统可降低分段开关上的磨损。
此技术问题通过一种带有在权利要求1的特征部分中给出的特征的此类运行系统解决。因此，运行系统包括用于识别电力机车车辆即将驶过分段开关的情形的装置，所述装置与用于电力机车车辆的电驱动器的驱动控制装置协作，使得在驶过分段开关期间自动减小或切断经由受电弓的能量传输。通过识别装置，从电力机车车辆方面在驶过前检测到分段开关且通知驱动控制装置，所述驱动控制装置然后自动保证在驶过分隔位置时在受电弓和分段开关之间仅流过降低的电流或根部无电流流过。以此，可很大程度上避免导致磨损的现象，如中断电弧或补偿电流。本发明不通过出现磨损现象的分段开关上的改进应对磨损问题，而通过将用电力机车车辆受电弓的连续能量传输中驶过分段开关识别为问题的原因来应对磨损问题。通过避免形成由于牵引电流或制动电流的中断而导致的电弧而明显降低了磨损。分段开关位置相对于车辆位置的识别可例如在车辆侧通过卫星支持的位置识别系统与包含了分段开关位置的电子地图有效连接来进行，或通过与传输了分段开关位置的控制中心的车辆通信或基于线路侧的装置来进行。
在根据本发明的运行系统的有利的实施形式中，驱动控制装置设计为在电力机车车辆的加速阶段或常速阶段中驶过分段开关时，减小或切断通过受电弓的用于为驱动器供给能量的能量供给。如果在识别到即将驶过分段开关时电力机车车辆的驱动器正通过受电弓获取牵引电流，则通过驱动器控制装置自动地锁闭提供给马达驱动器的驱动电流。
优选地，根据本发明的运行系统的驱动控制装置设计为使得驱动器在减小或关闭通过受电弓的能量供给时从车辆侧能量供给器提供牵引能量。与驱动器构思无关，在驶过布置在行驶区域内的分段开关时，通过从车辆侧能量存储器或从车辆侧电流整流器的输入滤波器获取能量，可减少或甚至避免随着从接触导线的能量供给的临时中断发生的牵引中断。
在根据本发明的运行系统的优选实施形式中，运行控制设计为在电力机车车辆的制动阶段中驶过分段开关时，中断将在以发电机形式运行的驱动器中产生的制动能量经由受电弓的反馈且导致车辆侧制动阻力。有利地，分段开关布置在行驶线路的制动区域内，例如布置在交叉或车站入口的区域内，且也被能反馈的电力机车车辆驶过。在驶过分段开关的短时间内，中断制动能量的反馈，但这使得整个设备的反馈程度仅不明显地变差。当正好在制动区域内中断在接触导线设备内的反馈时，同时降低了在错误的供电部分纵向耦合时的电势差，因为受电弓是能量源且电势在反馈时在受电弓上被升高。因此，与在分段开关上使用导电的滑板无关，在驶过分段开关时补偿电流减少。
在根据本发明的运行系统的有利的构造中，驱动控制装置设计为在可调节的时间段或距离之后，自动地再次升高或接通经由受电弓的能量传输。如果电力机车车辆已经过分段开关，则在经过可调节的距离之后，对经由受电弓的能量传输的减少或切断再次自动地取消。替代地，能量传输也在经过可调节的时间段之后如需要取决于行驶速度再次进行。
在根据本发明的运行系统的优选的构造中，该装置也设计为识别电力机车车辆已完成驶过分段开关，且与驱动控制装置协作使得在已完成驶过分段开关之后经由受电弓的能量传输自动地再次升高或接通。此构造的优点是识别装置向驱动控制装置给出即将驶过分段开关时的第一通知以及在已完成驶过分段开关之后的第二通知，使得驱动控制装置可自动地对经由电力机车车辆的受电弓的能量传输产生影响。
在根据本发明的运行系统的的另外的有利实施形式中，识别装置具有设计为用于在近场区域内发出识别信号的第一线路侧通信单元，和设计为用于在进入到线路侧通信单元的近场区域内时接收识别信号的车辆侧通信单元。通信单元可构造为已知的RFID系统，其中RFID意味着“Radio-FrequencyIdentification”，即“通过电磁波的识别”。线路侧通信单元通过自供能的应答器形成，所述应答器结构尺寸小、无需供能且可直接布置在接触导线的电势上。此外，这是最廉价的工业解决方法。车辆侧通信单元通过用于应答器的读取装置形成，所述读取装置例如可布置在电力机车车辆的顶部上。读取装置包括带有可投影的有效范围的天线，所述有效范围限定了RFID系统的近场区域。所述近场区域的尺寸设计得足够大，使得即使在电力机车车辆通过时也可能出现的最大可能的、通信单元之间的距离时，也总是保证了识别信号的可靠的传输。
优选地，根据本发明的运行系统的识别装置具有设计为用于在近场区域内发出识别信号的第二线路侧通信单元，其中第一和第二线路侧通信单元沿行驶线路布置在分段开关的不同侧上。有利地，由此可以例如在建造工作中也在相反的方向上驶过行驶线路，因为在行驶方向上位于分段开关前方的通信单元通知即将的驶过，而在行驶方向上位于分段开关后方的通信单元通知已完成的驶过。
在根据本发明的运行系统的另外的优选实施形式中，在行驶方向上先导的电力机车车辆以第一受电弓且在其之后的电力机车车辆以第二受电弓双牵引耦合以用于电力机车车辆的运行，其中驱动控制装置设计为减少或切断经由各驶过分段开关的受电弓的能量传输，且通过各另外的受电弓馈入牵引能量。在电力机车车辆以双牵引方式驶过行驶路线时，可与根据本发明的识别装置相结合进行电力机车车辆之间的功率分配。如果先导的电力机车车辆接近分段开关，则限制其功率消耗，而随后的电力机车车辆承担用于车辆组的牵引力的提供。虽然因此使加速受到限制，但如在单牵引中的电力机车车辆功率限制时不完全中断牵引力。在先导电力机车车辆已经过分段开关之后，再次提高先导电力机车车辆的功率且相应地限制随后的电力机车车辆的功率。
在根据本发明的运行系统的另外的有利构造中，电力机车车辆的驱动器以三相交流技术构造，其中分段开关布置在电力机车车辆的制动区域或加速区域内的行驶线路中。在带有三相交流驱动技术的电力机车车辆中，将分隔位置设在直接靠近车站的区域内一般具有有利的效果。如果此电力机车车辆加速，则电力机车车辆的功率升高直至所谓的过渡速度。在供电电压恒定时，电流与速度成比例地升高直至过渡速度，且在此之外保持恒定。如果此电力机车车辆以小于过渡速度的速度驶过分段开关，即以20km/h至40km/h驶过分段开关，则因此也出现了在驶过分段开关时的电流负载降低。此情况也可转用到分段开关在制动区域内的定位。
附图说明
本发明的另外的优点从如下的本发明的实施例的描述中根据附图给出。各图为：
图1在横向于行驶方向的视图中示出了根据现有技术的带有分段开关的分隔位置，
图2在行驶方向上的视图中示出了根据图1的分隔位置，
图3在横向于电力机车车辆的行驶方向的视图中示出了根据本发明的运行系统，
图4示意性地解释了图3的运行系统的接触导线侧部分的放大图。
具体实施方式
根据图3的电力机车车辆10，例如近程交通轨道电力机车车辆，通过根据图1和图2的接触导线设备20被供给以电能。接触导线设备20构造为具有被接触网承载的接触导线23的架空线设备。为此，沿电力机车车辆10的行驶路线2竖立线塔21，在所述线塔21上可旋转地支承侧向突出行驶线路2的悬臂架22。在所图示的线塔21的区域内，接触导线设备20具有分隔位置，在所述分隔位置上，形成为触线的接触导线23被分为两个相互供电隔离的接触导线部分23a和23b。接触导线设备20在分隔位置上具有分段开关24，通过所述分段开关24将接触导线部分23a和23b相互绝缘地连接。为可驶过分隔位置，分段开关24具有滑板，所述滑板实现了被受电弓11无冲击地滑过。分段开关24在通过圈形绝缘器26连接的悬挂索25上悬挂在悬臂架22上。为将接触导线部分23a和23b纵向耦合，在线塔21上安装了隔离开关27，所述隔离开关27通过未图示的操作驱动杆29的开关驱动器被打开和闭合。在隔离开关27闭合时，纵向电流流过分别通过开关线28与接触导线部分23a和23b连接的隔离开关27。
根据图3和图4，根据本发明的用于运行电力机车车辆10的系统1具有识别装置30，所述识别装置30具有在分段开关24前方和后方固定的距离处的线路侧通信单元31。线路侧通信单元31通过RFID系统的应答器形成，所述应答器布置在接触导线设备20上，例如布置在接触导线23的高度上。此外，识别装置30具有车辆侧通信单元33，所述车辆侧通信单元33例如布置在电力机车车辆10的顶部上且形成RFID系统的读取设备。在此，通信单元31和33在其相互的用于电磁波发送和接收有效范围方面构造为使得在电力机车车辆10通过时进行单元31和33之间的通信：在车辆侧通信单元33进入到线路侧通信单元31的近场区域时线路侧通信单元31接收询问信号且以发出识别信号34来应答。以此方式，识别装置30根据应答器31相对于电力机车车辆10的行驶方向布置在分段开关24之前还是之后检测是即将驶过分段开关24还是已完成驶过分段开关24。
在根据本发明的运行系统1中，识别装置30现在与用于电力机车车辆10的电驱动器12的驱动控制装置13协作，使得驱动控制装置13在接收到通知信号后对于电力机车车辆10的受电弓11和接触导线23之间的能量传输进行影响。在此，驱动控制装置13可附加地处理电力机车车辆10的运行参数。
在识别到即将驶过分段开关24时，减小或切断经由受电弓11的能量传输，在识别到驶过已完成时，再次升高或接通能量传输，即自动地而无例如机车司机的手工干预。以此，驶过分段开关24而无经由受电弓11的能量传输，以此可在原因上避免如断开电弧或补偿电流的磨损因素。
如果电力机车车辆10在驶过分段开关24时处在加速或常速阶段，则驱动控制装置13减少通过受电弓11的用于驱动器12的牵引供给的能量供给。在此，驱动控制装置13可从未图示的车辆侧的能量存储器中为驱动器12供给能量。在电力机车车辆10的制动阶段期间，驱动控制装置13禁止通过受电弓11的制动能量反馈，且作为其替代它导致也未图示的车辆侧的制动阻力。
如果两个联接的电力机车车辆10以双牵引方式驶过分段开关24，则驱动控制装置13可将能量传输划分为经由先导电力机车车辆10的受电弓11的能量传输和经由随后电力机车车辆的受电弓11的能量传输。在减少或切断经由各驶过分段开关24的电力机车车辆10的受电弓11的能量传输期间，牵引能量通过各另外的电力机车车辆10的受电弓11馈入。
在其驱动器12具有三相电流技术的构造的电力机车车辆10的情况下，分段开关24可以以有利的方式布置在电力机车车辆10的制动区域或加速区域内的行驶线路上，例如布置在车站的区域内。在供电电压恒定的情况中，电流与速度成正比地升高直至所谓的过渡速度且然后保持恒定。因此，在低于过渡速度的驶过速度下减少了电流负荷和因此在分段开关24上的磨损。

Claims (10)

1.一种用于运行电力机车车辆(10)的运行系统(1)，该系统带有沿所述机车车辆(10)的行驶线路(2)布置的接触导线设备(20)，其中所述机车车辆(10)的受电弓(11)能与所述接触导线设备(20)的接触导线(23)滑动接触以用于传输能量，且其中，所述接触导线(23)通过能够被所述受电弓(11)以滑动接触的方式驶过的分段开关(24)分为相互隔离供电的接触导线部分(23a、23b)，其特征在于，该系统具有识别装置(30)，所述识别装置(30)设计为识别所述机车车辆(10)即将驶过分段开关(24)的情形，且所述识别装置与用于所述机车车辆(10)的电驱动器(12)的驱动控制装置(13)协作，使得在驶过所述分段开关(24)期间自动减少或切断经由所述受电弓(11)的能量传输。
2.根据权利要求1所述的运行系统(1)，其中所述驱动控制装置(13)设计为在所述机车车辆(10)的加速阶段或常速阶段中驶过分段开关(24)时，减少或切断经由受电弓(11)为所述驱动器(12)供能的能量供给。
3.根据权利要求2所述的运行系统(1)，其中所述驱动控制装置(13)设计为使得在减少或切断经由所述受电弓(11)的能量供给时从车辆侧的能量存储器中给所述驱动器(12)提供牵引能量。
4.根据权利要求1所述的运行系统(1)，其中所述驱动控制装置(13)设计为在所述机车车辆(10)的制动阶段中驶过所述分段开关(24)时，中断以发电机形式运行的驱动器(12)中产生的制动能量经由所述受电弓(11)的反馈且导致车辆侧制动阻力。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的运行系统(1)，其中所述驱动控制装置(13)设计为在可调节的时间段或距离之后，自动地再次升高或接通经由所述受电弓(11)的能量传输。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的运行系统(1)，其中所述识别装置(30)也设计为识别所述机车车辆(10)驶过所述分段开关(24)，且与所述驱动控制装置(13)协作使得在驶过分段开关(24)之后自动地再次升高或接通经由所述受电弓(11)的能量传输。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的运行系统(1)，其中所述识别装置(30)具有设计为用于在近场区域内发出识别信号(34)的第一线路侧通信单元(31)，和设计为用于在进入到所述线路侧通信单元(31)的近场区域内时接收识别信号(34)的车辆侧通信单元(33)。
8.根据权利要求7所述的运行系统(1)，其中所述识别装置(30)具有设计为用于在近场区域内发出识别信号(34)的第二线路侧通信单元(32)，其中，所述第一线路侧通信单元(31)和所述第二线路侧通信单元(32)沿所述行驶线路(2)布置在所述分段开关(24)的不同侧上。
9.根据权利要求3项所述的运行系统(1)，其中，在行驶方向上先导的机车车辆以第一受电弓且在其之后的机车车辆以第二受电弓双牵引耦合以用于机车车辆的运行，其中，所述驱动控制装置设计为减少或切断经由各驶过所述分段开关(24)的受电弓的能量传输，且通过各另外的受电弓供给所述牵引能量。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的运行系统(1)，其中所述机车车辆(10)的驱动器(12)以三相电流技术构造，且其中所述分段开关(24)布置在所述机车车辆(10)的制动区域或加速区域内的行驶线路(2)上。
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