CN106114294A - 一种动车组不分闸过分相系统及故障识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动车组不分闸过分相系统及故障识别方法，过分相系统包括CPU单元、通信单元、输入输出单元组以及电源单元；CPU单元：用于控制各部分间的数据交换；通信单元：用于实现间隔层、过程层的通信；输入输出单元组：用于实现端口配置、程序下载、调试以及与CPU单元进行通信；电源单元：为各单元供电。本发明采用上述结构，能够避免速度和牵引力受损，使高速动车组运行更稳定，另外可对故障类似进行快速判断。

Description

一种动车组不分闸过分相系统及故障识别方法

技术领域

本发明涉及电气化铁道供电系统领域，具体涉及一种动车组不分闸过分相系统及故障识别方法。

背景技术

电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由铁道附近的牵引变电所将电流通过接触网传输给机车，机车在长距离的行驶过程中，接触网供电会来自不同的变电所，两个变电所接触网供电交接处会有一段无电区，由于我国电气化铁道采用的是单相工频交流供电制式，为了使电力系统三相负荷电流基本对称，无论是普速铁路还是高速铁路，牵引供电系统皆采用了分段换相取流的方法，这就导致了变电所出口处或两变电所之间的分区所处电分相环节的出现，而高速铁路要求电力机车或电动车组受电弓平滑连续受流，因此，这种电分相由于其机械、电气上的弱点，不仅成为速度和牵引力损失的主要原因，也是整个系统中最薄弱的环节之一。如何减少电分相环节对高速动车组运行的影响，是牵引供电系统亟需解决的关键问题之一。另外，过分相系统可能发生这样或那样的故障，如果不能快速地确定故障类型，那么过分相保护机制则无法快速响应，从而影响过分相系统的正常使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动车组不分闸过分相系统及故障识别方法，解决目前的电分相存在机械、电气上的弱点，致使速度和牵引力受损，对高速动车组运行产生影响，另外无法对故障类似进行快速判断的问题。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：

一种动车组不分闸过分相系统，包括接触网供电臂组、控制开关组、传感器组以及控制器；

接触网供电臂组包括接触网A相供电臂、接触网B相供电臂以及接触网中性段供电臂，控制开关组用于实现接触网A相供电臂与接触网中性段供电臂的连接或者接触网B相供电臂与接触网中性段供电臂的连接；

传感器组包括6个计轴传感器，6个计轴传感器平均分为两组，同一组计轴传感器位于铁轨的同一侧；

传感器组的信号输出端与控制器连接，控制器的信号输出端与控制开关组的信号输入端连接。

进一步地，作为优选技术方案，所述控制开关组包括10个断路器，分别为：第一断路器CB101、第二断路器CB102、第三断路器CB111、第四断路器CB112、第五断路器CB113、第六断路器CB201、第七断路器CB202、第八断路器CB211、第九断路器CB212以及第十断路器CB213，第一断路器CB101、第二断路器CB102、第三断路器CB111、第四断路器CB112和第五断路器CB113组成第一开关组，第六断路器CB201、第七断路器CB202、第八断路器CB211、第九断路器CB212和第十断路器CB213组成第二开关组，第一开关组与第二开关组互为备用，第三断路器CB111与第八断路器CB211串联组成第一支路，第四断路器CB112与第九断路器CB212串联组成第二支路，第五断路器CB113与第十断路器CB213串联组成第三支路，第一支路、第二支路以及第三支路相互并联，第一断路器CB101和第六断路器CB201分别连在第一支路和第三支路的两个并联端，第二断路器CB102和第七断路器CB202分别连在第一支路和第三支路的两个并联端；

进一步地，作为优选技术方案，所述接触网A相供电臂连接在第三断路器CB111与第八断路器CB211之间，接触网B相供电臂连接在第四断路器CB112与第九断路器CB212之间，接触网中性段供电臂连接在第五断路器CB113与第十断路器CB213之间。

进一步地，作为优选技术方案，还包括电流互感器组，电流互感器组包括6个电流互感器，分别是：第一电流互感器CT11、第二电流互感器CT12、第三电流互感器CT13、第四电流互感器CT21、第五电流互感器CT22以及第六电流互感器CT23，第一电流互感器CT11和第四电流互感器CT21串接在第一支路上，第二电流互感器CT12和第五电流互感器CT22串接在第二支路上，第三电流互感器CT13和第六电流互感器CT23串接在第三支路上。

进一步地，作为优选技术方案，还包括隔离开关组，隔离开关组包括第一隔离开关S1001、第二隔离开关S1002以及第三隔离开关S1003，第一隔离开关S1001串接在接触网A相供电臂上，第二隔离开关S1002串接在接触网B相供电臂上，第三隔离开关S1003串接在接触网中性段供电臂上。

进一步地，作为优选技术方案，还包括过电压吸收回路，过电压吸收回路包括电阻R1、电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第一电压互感器CVT1以及第二电压互感器CVT2，所述电阻R1与电感L1并联，电阻R1与电感L1的其中一个并联端接地，另一个并联端连接至第二电容C2，第一电容C1的一端与第二电容C2串联，另一端连接至接触网中性段供电臂，第一电压互感器CVT1并联在第一电容C1的两端，第二电压互感器CVT2并联在第二电容C2的两端。

进一步地，作为优选技术方案，还包括第四隔离开关S1004，第四隔离开关S1004的一端连接至第一电容C1，另一端连接至接触网中性段供电臂。

进一步地，作为优选技术方案，还包括熔断器SL，熔断器SL连接在第四隔离开关S1004与第一电容C1之间。

一种基于动车组不分闸过分相系统的故障识别方法，包括以下步骤：

（a）假设第一开关组处于运行中，而第二开关组处于备用状态，判断是否仅有第一电流互感器CT11或第二电流互感器CT12感受到电流，如果是，则过分相系统内部发生了故障，否则执行步骤（b）；

（b）判断是否是第一电流互感器CT11和第二电流互感器CT12同时感受到电流，如果是，则发生了穿越短路故障，否则执行步骤（c）；

（c）判断是否是第一电流互感器CT11与第三电流互感器CT13同时感受到相同的电流，或者第二电流互感器CT12与第三电流互感器CT13同时感受到相同的电流，如果是，则为中性段故障或机车正运行在中性段，否则并未发生故障。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过控制开关组对接触网A相供电臂、接触网B相供电臂进行切换，使动车组通过分相时能轮流由两侧供电臂对中性段进行供电，从而使动车组几乎不断电地通过分相区，确保了机车的速度和牵引力不受损失。

（2）本发明对过电压吸收回路进行了新的设计，熔断器能够保证在遇到尖峰过电压时及时断开回路，从而保护电阻、电容元件，另一方面，本发明的过电压吸收回路相对于传统的吸收回路而言，增大了容性阻抗，减小了回路谐振频率，对过电压起到了较佳的吸收作用，从而对动车组和过分相系统起到了很好地保护作用。

（3）本发明通过对不同位置的电流互感器上的电流进行判断，从而对可能出现的故障进行快速识别、判断，有利于快速锁定故障并对故障进行快速排除。

附图说明

图1为本发明的过分相系统的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，本实施例所述的一种动车组不分闸过分相系统，包括接触网供电臂组、控制开关组、传感器组以及控制器；

接触网供电臂组包括接触网A相供电臂、接触网B相供电臂以及接触网中性段供电臂，控制开关组用于实现接触网A相供电臂与接触网中性段供电臂的连接或者接触网B相供电臂与接触网中性段供电臂的连接；

传感器组包括6个计轴传感器，6个计轴传感器平均分为两组，同一组计轴传感器位于铁轨的同一侧，沿着列车运行的方向，同侧的三个计轴传感器将电分相区分为区段A和区段B，

传感器组的信号输出端与控制器连接，控制器的信号输出端与控制开关组的信号输入端连接，传感器组用于检测列车运行的位置，并反馈给控制器，控制器输出控制信号对相应的控制开关组进行控制，实现接触网A相供电臂与接触网中性段供电臂的连接或者接触网B相供电臂与接触网中性段供电臂的连接。

具体地，本实施例的控制开关组包括10个断路器，分别为：第一断路器CB101、第二断路器CB102、第三断路器CB111、第四断路器CB112、第五断路器CB113、第六断路器CB201、第七断路器CB202、第八断路器CB211、第九断路器CB212以及第十断路器CB213，第一断路器CB101、第二断路器CB102、第三断路器CB111、第四断路器CB112和第五断路器CB113组成第一开关组，第六断路器CB201、第七断路器CB202、第八断路器CB211、第九断路器CB212和第十断路器CB213组成第二开关组，第一开关组与第二开关组互为备用，第三断路器CB111与第八断路器CB211串联组成第一支路，第四断路器CB112与第九断路器CB212串联组成第二支路，第五断路器CB113与第十断路器CB213串联组成第三支路，第一支路、第二支路以及第三支路相互并联，第一断路器CB101和第六断路器CB201分别连在第一支路和第三支路的两个并联端，第二断路器CB102和第七断路器CB202分别连在第一支路和第三支路的两个并联端。

本实施例的接触网A相供电臂连接在第三断路器CB111与第八断路器CB211之间，接触网B相供电臂连接在第四断路器CB112与第九断路器CB212之间，接触网中性段供电臂连接在第五断路器CB113与第十断路器CB213之间。

当电分相区无车时，断路器CB111、CB112、CB113闭合，其它7个断路器断开，称为初始状态；当列车从馈线A进入区段A时，断路器CB101闭合，馈线A经CB111、CB101、CB113回路向中性段供电；当列车从区段A进入区段B时，CB101断开，CB102闭合，馈线B经CB112、CB102、CB113回路向中性段供电；当列车驶出区段B时，CB102断开，恢复到初始状态。

本实施例还包括电流互感器组，电流互感器组包括6个电流互感器，分别是：第一电流互感器CT11、第二电流互感器CT12、第三电流互感器CT13、第四电流互感器CT21、第五电流互感器CT22以及第六电流互感器CT23，第一电流互感器CT11和第四电流互感器CT21串接在第一支路上，第二电流互感器CT12和第五电流互感器CT22串接在第二支路上，第三电流互感器CT13和第六电流互感器CT23串接在第三支路上，各电流互感器用于判断相应的支路是否带电，从而为故障判断提供一定的依据。

本实施例还包括隔离开关组，隔离开关组包括第一隔离开关S1001、第二隔离开关S1002以及第三隔离开关S1003，第一隔离开关S1001串接在接触网A相供电臂上，第二隔离开关S1002串接在接触网B相供电臂上，第三隔离开关S1003串接在接触网中性段供电臂上。

本实施例还包括过电压吸收回路，还包括过电压吸收回路，过电压吸收回路包括电阻R1、电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第一电压互感器CVT1以及第二电压互感器CVT2，电阻R1与电感L1并联，电阻R1与电感L1的其中一个并联端接地，另一个并联端连接至第二电容C2，第一电容C1的一端与第二电容C2串联，另一端连接至接触网中性段供电臂，第一电压互感器CVT1并联在第一电容C1的两端，第二电压互感器CVT2并联在第二电容C2的两端。为了更好地实现本发明的发明目的，本实施例中的元器件可选择如下参数：电阻R1：150KΩ，电感L1：19mH，第一电容C1：0.25μF,第二电容C2：0.25μF。

本实施例还包括第四隔离开关S1004，第四隔离开关S1004的一端连接至第一电容C1，另一端连接至接触网中性段供电臂。

本实施例还包括熔断器SL，熔断器SL连接在第四隔离开关S1004与第一电容C1之间，熔断器SL能够在电压过高时自动断开，对过电压吸收回路中的元器件起到保护作用。

本实施例还包括一种基于动车组不分闸过分相系统的故障识别方法，包括以下步骤：

（a）假设第一开关组处于运行中，而第二开关组处于备用状态，判断是否仅有第一电流互感器CT11或第二电流互感器CT12感受到电流，如果是，则过分相系统内部发生了故障，否则执行步骤（b）；

（b）判断是否是第一电流互感器CT11和第二电流互感器CT12同时感受到电流，如果是，则发生了穿越短路故障，所谓穿越短路故障，指的是A、B相接触网发生短接，否则执行步骤（c）；

（c）判断是否是第一电流互感器CT11与第三电流互感器CT13同时感受到相同的电流，或者第二电流互感器CT12与第三电流互感器CT13同时感受到相同的电流，如果是，则为中性段故障或机车正运行在中性段，否则并未发生故障。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种动车组不分闸过分相系统，其特征在于：包括接触网供电臂组、控制开关组、传感器组以及控制器；

接触网供电臂组包括接触网A相供电臂、接触网B相供电臂以及接触网中性段供电臂，控制开关组用于实现接触网A相供电臂与接触网中性段供电臂的连接或者接触网B相供电臂与接触网中性段供电臂的连接；

传感器组包括6个计轴传感器，6个计轴传感器平均分为两组，同一组计轴传感器位于铁轨的同一侧；

传感器组的信号输出端与控制器连接，控制器的信号输出端与控制开关组的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种动车组不分闸过分相系统，其特征在于：所述控制开关组包括10个断路器，分别为：第一断路器（CB101）、第二断路器（CB102）、第三断路器（CB111）、第四断路器（CB112）、第五断路器（CB113）、第六断路器（CB201）、第七断路器（CB202）、第八断路器（CB211）、第九断路器（CB212）以及第十断路器（CB213），第一断路器（CB101）、第二断路器（CB102）、第三断路器（CB111）、第四断路器（CB112）和第五断路器（CB113）组成第一开关组，第六断路器（CB201）、第七断路器（CB202）、第八断路器（CB211）、第九断路器（CB212）和第十断路器（CB213）组成第二开关组，第一开关组与第二开关组互为备用，第三断路器（CB111）与第八断路器（CB211）串联组成第一支路，第四断路器（CB112）与第九断路器（CB212）串联组成第二支路，第五断路器（CB113）与第十断路器（CB213）串联组成第三支路，第一支路、第二支路以及第三支路相互并联，第一断路器（CB101）和第六断路器（CB201）分别连在第一支路和第三支路的两个并联端，第二断路器（CB102）和第七断路器（CB202）分别连在第一支路和第三支路的两个并联端；

所述接触网A相供电臂连接在第三断路器（CB111）与第八断路器（CB211）之间，接触网B相供电臂连接在第四断路器（CB112）与第九断路器（CB212）之间，接触网中性段供电臂连接在第五断路器（CB113）与第十断路器（CB213）之间。

3.根据权利要求2所述的一种动车组不分闸过分相系统，其特征在于：还包括电流互感器组，电流互感器组包括6个电流互感器，分别是：第一电流互感器（CT11）、第二电流互感器（CT12）、第三电流互感器（CT13）、第四电流互感器（CT21）、第五电流互感器（CT22）以及第六电流互感器（CT23），第一电流互感器（CT11）和第四电流互感器（CT21）串接在第一支路上，第二电流互感器（CT12）和第五电流互感器（CT22）串接在第二支路上，第三电流互感器（CT13）和第六电流互感器（CT23）串接在第三支路上。

4.根据权利要求3所述的一种动车组不分闸过分相系统，其特征在于：还包括隔离开关组，隔离开关组包括第一隔离开关（S1001）、第二隔离开关（S1002）以及第三隔离开关（S1003），第一隔离开关（S1001）串接在接触网A相供电臂上，第二隔离开关（S1002）串接在接触网B相供电臂上，第三隔离开关（S1003）串接在接触网中性段供电臂上。

5.根据权利要求1所述的一种动车组不分闸过分相系统，其特征在于：还包括过电压吸收回路，过电压吸收回路包括电阻（R1）、电感（L1）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第一电压互感器（CVT1）以及第二电压互感器（CVT2），所述电阻（R1）与电感（L1）并联，电阻（R1）与电感（L1）的其中一个并联端接地，另一个并联端连接至第二电容（C2），第一电容（C1）的一端与第二电容（C2）串联，另一端连接至接触网中性段供电臂，第一电压互感器（CVT1）并联在第一电容（C1）的两端，第二电压互感器（CVT2）并联在第二电容（C2）的两端。

6.根据权利要求5所述的一种动车组不分闸过分相系统，其特征在于：还包括第四隔离开关（S1004），第四隔离开关（S1004）的一端连接至第一电容（C1），另一端连接至接触网中性段供电臂。

7.根据权利要求6所述的一种动车组不分闸过分相系统，其特征在于：还包括熔断器（SL），熔断器（SL）连接在第四隔离开关（S1004）与第一电容（C1）之间。

8.一种基于权利要求1~7任一项所述的动车组不分闸过分相系统的故障识别方法，其特征在于：包括以下步骤：

（a）假设第一开关组处于运行中，而第二开关组处于备用状态，判断是否仅有第一电流互感器CT11或第二电流互感器CT12感受到电流，如果是，则过分相系统内部发生了故障，否则执行步骤（b）；

（b）判断是否是第一电流互感器CT11和第二电流互感器CT12同时感受到电流，如果是，则发生了穿越短路故障，否则执行步骤（c）；

（c）判断是否是第一电流互感器CT11与第三电流互感器CT13同时感受到相同的电流，或者第二电流互感器CT12与第三电流互感器CT13同时感受到相同的电流，如果是，则为中性段故障或机车正运行在中性段，否则并未发生故障。