CN105150863B - 一种铁路车辆外部电源接入装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路车辆外部电源接入装置，包括主电路以及控制单元，所述主电路的输入端与外部电源相连，输出端与铁路车辆的辅助供电系统相连，所述主电路上设置有相序检测单元以及相序切换单元，所述相序检测单元以及相序切换单元均与所述控制单元相连，所述控制单元根据相序检测单元所检测到的主电路相序控制所述相序切换单元对主电路的输出电源进行相序切换。本发明的铁路车辆外部电源接入装置具有结构简单、功能丰富、相序监控及切换、漏电流检测、电压检测以及安全性高等优点。

Description

一种铁路车辆外部电源接入装置

技术领域

本发明主要涉及轨道交通技术领域，特指一种铁路车辆外部电源接入装置。

背景技术

车辆外部供电装置的功能是在车辆没有弓网受电的情况下，实现外部电源的快捷方便、安全可靠的接入车辆，满足车辆日常维护及检修用供电要求。目前外部电源的接入有如下三种方式：

方案一：最简单的车辆外部供电装置就是一个安装在车体上的电力连接器（插座）、通过电力连接器与车辆供电母线相连，当外部供电插头插入电力连接器，就可实现外部供电的接入。但是因电力连接器安装在车体外延，连接器防护等级要求高，结构设计复杂、不方便安装，产品的灵活性相对较差。该方案没有任何电气保护功能，安全操作措施完全没有考虑，仅靠操作规程约束，有导致安全事故的风险。

方案二：不是一个独立的装置，但将该装置的基本功能集成在车辆辅助供电单元APU中。由于是集成方案，对车辆整车设备布局有严格的限制，产品的灵活性相对较差。由于空间的限制，电气保护功能严重不足，安全操作措施未考虑，仅操作规程约束，有导致安全事故的风险。同时，随着主辅一体化变流器的推出，因为结构限制，不可能再将该装置功能集成到主变流器中。

方案三：目前较多的车辆外部供电装置是一个独立装置，主要由专用电力连接器、低压电器组件及箱体组成，吊装在车体下，但不具备保护控制功能。此方案采用传统的低压电器控制，未采用微机控制技术，电气保护功能弱，可维护性差，信息化水平低，同时在安全操作措施设计方面未过多考虑。

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，本发明提供一种能够对主电路的电源相序进行监控并自行切换的铁路车辆外部电源接入装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种铁路车辆外部电源接入装置，包括主电路以及控制单元，所述主电路的输入端与外部电源相连，输出端与铁路车辆的辅助供电系统相连，所述主电路上设置有相序检测单元以及相序切换单元，所述相序检测单元以及相序切换单元均与所述控制单元相连，所述控制单元根据相序检测单元所检测到的主电路相序控制所述相序切换单元对主电路的输出电源进行相序切换。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述相序检测单元包括隔离降压电路、波形转换电路、第一触发器、第二触发器和驱动电路，所述隔离降压电路的输入端与主电路的三相电源相连，所述隔离降压电路的输出端与波形转换电路的输入端相连，所述波形转换电路的输出端的A相作为第一触发器的时钟信号，所述波形转换电路的输出端的B相作为第二触发器的时钟信号，所述波形转换电路的输出端的C相经一微分电路与第一触发器和第二触发器的复位端相连，所述第一触发器的输出端与第二触发器的输入端相连，第一触发器的输入端接电源VCC，所述第二触发器的输出端经驱动电路与控制单元相连。

所述相序切换单元包括第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关均与所述控制单元相连，所述第一开关和第二开关并联后共同串联在主电路的三相电源中，且第一开关与第二开关之间形成互锁；当第一开关接通时，所述外部电源的相序按U-V-W接入辅助供电系统；当第二开关接通时，所述外部电源的相序按W-V-U接入辅助供电系统。

所述主电路的零线回路中串联有第三开关，所述第三开关与所述控制单元相连。

所述主电路的输入端通过第一电力连接器与所述外部电源相连，所述输出端通过第二电力连接器与辅助供电系统相连。

所述第一电力连接器内设有一常开开关，所述常开开关串联于铁路车辆的降弓控制回路中。

还包括用于检测主电路的漏电检测电路，所述漏电检测电路安装在所述主电路中，所述漏电检测电路的输出端与所述控制单元相连。

所述漏电检测电路包括依次相连的零序变流器、信号放大器、全波整流电路、滤波电路以及A/D转换电路，所述零序变流器安装于主电路中，所述A/D转换电路与控制单元相连。

还包括电压检测电路，所述电压检测电路与控制单元相连。

还包括电源转换电路，所述电源转换电路将主电路的三相电源转换成供控制单元所需的工作电源。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的铁路车辆外部电源接入装置，具有相序检测单元相序切换单元，在判断相序不正常时，能够及时对相序进行切换，从而保证供电的正常进行。相序检测单元以及相序切换单元结构简单、操作简便、检测以及控制可靠。主电路通过电力连接器与外部电源以及供电辅助系统相连，在外部电源接入时，相应的电力连接器的常开开关闭合，此时降弓控制回路接通，受电弓降弓，从而保证外部供电与受电弓供电的安全联锁控制。本发明的铁路车辆外部电源接入装置还具有电压检测单元、漏电检测电路以及电压转换单元，能够对电源质量进行实时监控，从而保证供电的可靠性；因此，本装置保护功能丰富、操作简便、安全性高。

附图说明

图1为本发明的方框结构图。

图2为本发明的主电路的电路原理图。

图3为本发明中相序切换单元的控制电路原理图。

图4为本发明中各保护单元的方框结构图。

图5为本发明中漏电检测电路的方框结构图。

图6为本发明中电压检测以及相序检测的方框结构图。

图7为本发明中相序检测单元中各器件在相序正常时的输出波形图。

图8为本发明中相序检测单元中各器件在相序错误时的输出波形图。

图9为本发明中第一电力连接器串联于降弓控制回路的方框结构图。

图中标号表示：1、外部电源；2、辅助供电系统；3、主电路；31、第一电力连接器；32、第二电力连接器；4、控制单元；5、相序检测单元；6、相序切换单元；7、漏电检测电路；8、电压检测电路；9、电源转换电路。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图9所示，本实施例的铁路车辆外部电源1接入装置，包括主电路3以及控制单元4，主电路3的输入端与外部电源1相连，输出端与铁路车辆的辅助供电系统2相连，主电路3上设置有相序检测单元5以及相序切换单元6，相序检测单元5以及相序切换单元6均与控制单元4相连，控制单元4根据相序检测单元5所检测到的主电路3相序控制相序切换单元6对主电路3的输出电源进行相序切换。本发明的铁路车辆外部电源1接入装置不仅能实时监控主电路3三相电源的相序，同时在相序错误时能自动对相序进行切换，从而保证供电的正常进行。

如图6至图8所示，本实施例中，相序检测单元5包括隔离降压电路、波形转换电路、第一触发器、第二触发器和驱动电路，隔离降压电路的输入端与主电路3的三相电源相连，隔离降压电路的输出端与波形转换电路的输入端相连，波形转换电路的输出端的A相作为第一触发器的时钟信号，波形转换电路的输出端的B相作为第二触发器的时钟信号，波形转换电路的输出端的C相经一微分电路与第一触发器和第二触发器的复位端相连，第一触发器的输出端与第二触发器的输入端相连，第一触发器的输入端接电源VCC，第二触发器的输出端经驱动电路与控制单元4相连。

具体检测过程为：三相交流电经隔离降压电路、波形转换电路后变换为低压方波信号A、B、C，其中A、B方波信号分别作为两个D触发器（Q1和Q2）的时钟信号，C信号经微分电路变为尖脉冲作用于两触发器的复位端R。若相位顺序正确，即以A、B、C的顺序出现正脉冲，如图7所示，则A的上升沿首先使Q1输出高电平，然后Q2在B的上升沿作用下变为高电平，最后C的上升沿在R端产生的尖脉冲使两个D触发器复位，Q1、Q2回到低电平，完成一次循环。由于三相交流电是周期信号，Q2输出脉冲的频率与三相交流电频率相同，脉冲Q2经过驱动电路，转换为高电平信号Q3。若相序不对，则Q2输出保持低电平不变，即Q3信号也为低电平。所以当Q3输出高电平相序正确，否则相序错误。

如图2和图3所示，本实施例中，相序切换单元6包括第一开关和第二开关，第一开关和第二开关均与控制单元4相连，第一开关和第二开关并联后共同串联在主电路3的三相电源中，且第一开关与第二开关之间形成互锁；当第一开关接通时，外部电源1的相序按U-V-W接入辅助供电系统2；当第二开关接通时，外部电源1的相序按W-V-U接入辅助供电系统2。另外主电路3的零线回路（N线）中串联有第三开关，第三开关与控制单元4相连。其中第一开关、第二开关以及第三开关均为继电器，对应图2中的KM2、KM1和KM3。

当检测到相序正确时，且漏电值小于设定值（90mA）时，控制单元4驱动继电器KA1，对应KA1常开触点闭合，接触器KM3吸合，对应KM3常开触点闭合，控制单元4检测到KM3闭合，延时1s，控制单元4驱动继电器KA3，对应KA3常开触点闭合，接触器KM2吸合。当检测到相序错误时，控制单元4驱动继电器KA1，对应KA1常开触点闭合，接触器KM3吸合，对应KM3常开触点闭合，控制单元4检测到KM3闭合，延时1s，控制单元4驱动继电器KA2，对应KA2常开触点闭合，接触器KM1吸合，从而实现了相序的切换。其中继电器KA2、KA3回路各串入对方的常闭触点，保证KM1和KM2不可能同时得电。另外接触器KM2、KM3回路各串入对方常闭触点，也不可能同时得电，所以接触器KM1与KM2的实现了双重逻辑互锁，保证供电的安全性。

如图1、图2以及图9所示，本实施例中，主电路3的输入端通过第一电力连接器31与外部电源1相连，输出端通过第二电力连接器32与辅助供电系统2相连。其中电力连接器的额定电压为AC400V、额定电流400A、极数5（3L+N+PE），而且包括常开开关和常闭开关，其中第一电力连接器31的常开开关串联于铁路车辆的降弓控制回路中。当外部供电插头一旦接入时，常开触点变为常闭触点，降弓控制回路得电，受电弓降弓，即使外部违规升弓操作，受电弓也不会升弓动作，实现外部供电与受电弓供电的安全联锁控制。

如图2和图5所示，本实施例中，还包括用于检测主电路3的漏电检测电路7，漏电检测电路7安装在主电路3中，漏电检测电路7的输出端与控制单元4相连，其中漏电检测电路7包括依次相连的零序变流器BLQ、信号放大器、全波整流电路、滤波电路以及A/D转换电路，零序变流器安装于主电路3中，A/D转换电路与控制单元4相连。其中零序变流器的额定电流为400A，AC600V以下，50/60Hz，三相输入，AC30mV/50mA（一次侧零相电流值），零序变流器输出交流小信号依次经信号放大、整流滤波、A/D转换成数字信号，便于控制单元4数字化采集以及线性化处理。

如图6所示，本实施例中，还包括电压检测电路8，电压检测电路8与控制单元4相连。其中电压检测电路8包括依次相连的隔离变压电路、整流电路、滤波电路以及A/D转换电路，电压检测电路8将三相电压/电流转换成数字信号后输入至控制单元4，由控制单元4对电压进行相应分析判断。

本实施例中，还包括电源转换电路9，电源转换电路9将主电路3的三相电源转换成供控制单元4所需的工作电源，包括DC12V和DC3.3V。

本实施例中，还包括I/O电路和RS485电路，且I/O电路和RS485电路均与控制单元4相连。其中I/O电路的主要作用是驱动外部低压电器输入输出信号，且输入输出均实现光耦隔离。RS485电路的主要作用是将控制单元4采集的电压、漏电流、故障信息及开关量信号等传输到列车中央装置显示屏，直观的显示外接电源接入的相关状态信息，同时通过此通讯接口可以实现参数远程设置及程序维护。

本实施例中，还包括外部机械电气联锁，其中正常外部供电顺序为，受电弓降弓并确认，按操作规程要求打开高压箱，取出该装置的对应专用钥匙，打开该装置柜门，连接外部供电插座，外部供电接入。其中柜门采用机械式安全门锁，用于保证屏柜柜门能正常的开闭和锁紧之外，另一个重要的功能是可以参与安全管理，此安全门锁钥匙置于车辆高压箱内，只有在车辆降弓、主回路接地后方可打开高压箱，才能拿到对应钥匙，再对该装置进行操作，具有高可靠性、使用简单和维护方便的特点，确保操作人员的生命安全。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种铁路车辆外部电源接入装置，其特征在于，包括主电路（3）以及控制单元（4），所述主电路（3）的输入端与外部电源（1）相连，输出端与铁路车辆的辅助供电系统（2）相连，所述主电路（3）上设置有相序检测单元（5）以及相序切换单元（6），所述相序检测单元（5）以及相序切换单元（6）均与所述控制单元（4）相连，所述控制单元（4）根据相序检测单元（5）所检测到的主电路（3）相序控制所述相序切换单元（6）对主电路（3）的输出电源进行相序切换；所述相序检测单元（5）包括隔离降压电路、波形转换电路、第一触发器、第二触发器和驱动电路，所述隔离降压电路的输入端与主电路（3）的三相电源相连，所述隔离降压电路的输出端与波形转换电路的输入端相连，所述波形转换电路的输出端的A相作为第一触发器的时钟信号，所述波形转换电路的输出端的B相作为第二触发器的时钟信号，所述波形转换电路的输出端的C相经一微分电路与第一触发器和第二触发器的复位端相连，所述第一触发器的输出端与第二触发器的输入端相连，第一触发器的输入端接电源VCC，所述第二触发器的输出端经驱动电路与控制单元（4）相连。

2.根据权利要求1所述的铁路车辆外部电源接入装置，其特征在于，所述相序切换单元（6）包括第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关均与所述控制单元（4）相连，所述第一开关和第二开关并联后共同串联在主电路（3）的三相电源中，且第一开关与第二开关之间形成互锁；当第一开关接通时，所述外部电源（1）的相序按U-V-W接入辅助供电系统（2）；当第二开关接通时，所述外部电源（1）的相序按W-V-U接入辅助供电系统（2）。

3.根据权利要求2所述的铁路车辆外部电源接入装置，其特征在于，所述主电路（3）的零线回路中串联有第三开关，所述第三开关与所述控制单元（4）相连。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的铁路车辆外部电源接入装置，其特征在于，所述主电路（3）的输入端通过第一电力连接器（31）与所述外部电源（1）相连，所述输出端通过第二电力连接器（32）与辅助供电系统（2）相连。

5.根据权利要求4所述的铁路车辆外部电源接入装置，其特征在于，所述第一电力连接器（31）内设有一常开开关，所述常开开关串联于铁路车辆的降弓控制回路中。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的铁路车辆外部电源接入装置，其特征在于，还包括用于检测主电路（3）的漏电检测电路（7），所述漏电检测电路（7）安装在所述主电路（3）中，所述漏电检测电路（7）的输出端与所述控制单元（4）相连。

7.根据权利要求6所述的铁路车辆外部电源接入装置，其特征在于，所述漏电检测电路（7）包括依次相连的零序变流器、信号放大器、全波整流电路、滤波电路以及A/D转换电路，所述零序变流器安装于主电路（3）中，所述A/D转换电路与控制单元（4）相连。

8.根据权利要求1至3中任意一项所述的铁路车辆外部电源接入装置，其特征在于，还包括电压检测电路（8），所述电压检测电路（8）与控制单元（4）相连。

9.根据权利要求1至3中任意一项所述的铁路车辆外部电源接入装置，其特征在于，还包括电源转换电路（9），所述电源转换电路（9）将主电路（3）的三相电源转换成供控制单元（4）所需的工作电源。