CN108001466B - 轨道车辆重联运行辅助交流供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述轨道车辆重联运行辅助交流供电方法，目的在于利用冗余、可正常工作的辅助变流器，将所有能够正常运行的辅助变流器进行同步运行，对辅助交流供电不良的编组车辆实施有效救援，通过提升不良编组车辆的辅助交流供电能力，以维护重联后整体电气负载运行环境与安全性能。即编组轨道车辆重联运行时，基于同一三相总线，能正常运行的辅助变流器依次、逐个地同步运行，使所有辅助变流器输出的三相电正弦波振幅和相位一致。

Description

轨道车辆重联运行辅助交流供电方法

技术领域

本发明涉及解决多个编组轨道车辆重联运行时出现辅助交流供电能力不足的问题，属于电气设计领域。

背景技术

随着我国经济和高速发展，轨道交通技术得到了急速地提升。作为首选交通工具，由于乘坐旅客众多、为解决车次繁忙问题，加大运输能力，两个编组轨道车辆重联运行非常普遍。

因涉及交流电的正弦波一致性以及维护性问题，重联正常运行时，通常每个编组8节车辆为基本单位，与其重联的另一编组8节车辆的三相交流总线是独立供电的。每组车辆的三相总线并联有数个辅助变流器，并联、同步的给此三相总线供电。如果一定数量的辅助变流器不能正常工作，不可避免地出现供电能力不足的情形。此时，将根据负载的重要程度减去部分三相交流负载，以此维持车辆正常工作。现有电气设计方案是，仅在一个编组车辆三相总线无电情况下，另一编组车辆才去救援供电此无电车辆。

以4动4拖的中国标准动车组为例，每组车辆有4个辅助变流器，要求一个辅助变流器不工作时，辅助交流负载不减载，即通常情况下有一个辅助变流器是冗余的。当两个辅助变流器不工作，需减载部分负载。

由于辅助交流减载，车辆运行时的安全性、功能性受到了影响，也将直接降低旅客和司乘人员的乘坐舒适性。

本专利申请之前尚未有重联运行时，车辆辅助供电列车控制和管理系统TrainControl and Management System(以下简称TCMS系统)控制两个编组车辆之间辅助变流器同步并行供电的设计。

有鉴于此，特提出本专利申请。

发明内容

本发明旨在提高编组轨道车辆在重联运行后的辅助交流供电系统控制能力，其目的在于利用冗余、可正常工作的辅助变流器，将所有能够正常运行的辅助变流器进行同步运行，对辅助交流供电不良的编组车辆实施有效救援，通过提升不良编组车辆的辅助交流供电能力，以维护重联后整体电气负载运行环境与安全性能。

基于上述发明目的，本申请的解决方案是：

编组轨道车辆重联运行时，基于同一三相总线，能正常运行的辅助变流器依次、逐个地同步运行，使所有辅助变流器输出的三相电正弦波振幅和相位一致。

即在至少一组轨道车辆中，存在有1组冗余的辅助变流器；若编组轨道车辆中均出现辅助变流器故障，则不允许重联共用三相总线的操作。

所述操作共用三相总线的前提条件包括有，

重联轨道车辆的车端之间设置有用于导通三相总线的硬线连接，重联后车辆之间的UVWN线相序正确；以及，所有辅助变流器能够同步并联工作。

在每组轨道车辆的车端连接器与三相总线之间设置有相序检测器和供电接触器。

每个辅助变流器同步到三相总线的逻辑条件包括有，

若检测并判断三相总线无电，第一个可工作的辅助变流器直接启动，供电给三相交流总线，此辅助变流器输出的三相正弦波也是后续辅助变流器的同步参照；

后续启动辅助变流器时，辅助变流器与三相总线之间的供电接触器断开，该辅助变流器以从三相总线获得的正弦波幅度和相位信号运行，当输出波形和三相总线波形一致时，闭合该辅助变流器和三相总线之间的供电接触器，该辅助变流器的同步运行完成。

所述辅助变流器的同步运行，优先在同一编组的轨道车辆上进行。

根据已启动的辅助变流器数量，相应地依次逐个启动重联车辆的三相总线负载。

在重联轨道车辆的车端，设置有三相总线分离接触器；若重联供电后，辅助变流器发生故障，则断开三相总线分离接触器，保证至少一侧编组的车辆正常运行。

编组轨道车辆的三相总线为IT系统(电力系统与大地间不直接连接，电气装置的外露可导电部分通过保护接地线与接地极连接；T-Terra大地,I-Isolate隔离,N-Neutral中性点；以下字母简写相同)、TN系统(电力系统有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护线与该接地点相连接)或TT系统(电力系统有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护线接至与电力系统接地点无关的接地极。)，重联并共用三相总线时，不能正常工作的辅助变流器所在车辆升弓之前，N线(中性线)接地断开；

重联共用三相总线完成后，检测到车端连接器的线缆已经断开，则恢复该车辆的N线重新接地。

综上内容，所述轨道车辆重联运行辅助交流供电方法具有的优点是，在TCMS系统控制下，针对辅助变流器额定容量限制，利用辅助变流器在整车容量设计时的冗余，即使重联时有一组车辆出现辅助变流器故障而导致供电能力不足，仍能通过本申请实现故障车辆能启动更多的负载而无需减载，保证如高压系统冷却、制动压缩机供电等电气安全、运行装置，以及如空调系统等影响乘坐舒适性能负载的正常开启和使用。

附图说明

图1是三相电正弦波示意图；

图2是2组车辆重联时三相总线连接示意图；

图3是辅助变流器硬线连接示意图；

图4是车端三相总线断开接触器示意图；

图5是重联共用三相总线时N线接地示意图；

如图1至图3所示，U相电压1，V相电压2，W相电压3，第一组车辆11，2组车辆之间的硬线连接三相线12，第2组车辆13，辅助变流器21，接触器22，来自三相总线电压信号23，三相总线24，与TCMS系统的通讯线25，车端三相总线分离接触器31，重联时三相总线连接线32，三相总线41，N线分离接触器42，接地点43。

具体实施方式

实施例1，下面结合附图对本发明作进一步地详细描述。

所述轨道车辆重联运行辅助交流供电方法，针对辅助变流器额定容量限制，当辅助变流器故障发生而不可避免地导致供电能力不足时，利用冗余辅助变流器使重联运行的故障车辆能启动更多的负载，达到车辆无需减载的目的。

辅助变流器能并联输出的条件是，变流器输出的三相电正弦波振幅和相位一致。这个同步供电控制由变流器控制单元和TCMS系统完成。

以4动4拖的8编组车辆为例，共有4个辅助变流器同步并联工作在三相交流总线，当1个辅助变流器不工作时，辅助系统不减载；当2个辅助变流器不工作时，辅助系统减载；即8节车辆中3个辅助变流器能正常工作就可不需减载。

重联运行时，如果一组车辆有4个辅助变流器可正常工作，另一组车辆仅有2个辅助变流器可正常工作，则重联共用三相总线后，三相总线有16节车辆、6个辅助变流器在工作，此时两组车辆的辅助负载因供电能力足够，均不需减载。

具体的控制步骤包括有：

通过每组轨道车辆的车端连接器，连接三相总线供电电缆，每组轨道车辆分别升弓受电；

检测可正常启动的辅助变流器数量；

若辅助变流器数量足以保证每组轨道车辆正常工作，则车端连接器与供电电缆连接的供电接触器不闭合，每组轨道车辆的三相总线单独供电；

若编组车辆均有辅助变流器发生故障，则不允许重联共用三相总线的操作，编组车辆之间的供电接触器均保持断开；

若一组车辆的辅助变流器发生故障，则该车辆降弓且其三相总线无电，另一组车辆降弓以方便连接供电电缆重新激活列车、两组车辆之间的供电接触器闭合、随之升弓；两列车进入重连供电模式。

在编组轨道车辆之间，依次逐个地启动辅助变流器，辅助变流器同步到三相总线，直至所有能工作的辅助变流器同步完成；

优先启动辅助变流器未发生故障的车辆，直至全部能正常工作的辅助变流器完成同步运行。在未故障车辆第一个辅助变流器启动后，故障车辆三相总线上的相序检测器将判断供电相序与本列是否一致，否则将断开相应的供电接触器,并结束重联供电模式。

其中，共用三相总线的技术前提是：一是，重联车辆的两组车端之间有硬线连接，使其满足两组车辆三相总线导通的条件，如图2。二是，两组车辆所有的辅助变流器能同步并联工作。重联时所用的连接线缆应配置专用连接器，使之与车端的连接器相连，此两种连接器能保证重联连接后两组车辆的UVWN线相序正确；重联也应使两列车的通讯线连接,实现两列车的TCMS系统对辅助变流器的同步控制和数量监控。三是:TCMS系统能根据硬件状态和反馈信号分辨出共用三相总线的工况,并进入既定设计的重联工作模式,如所有辅助变流器的同步控制,负载的启动顺序控制；同样的,当不满足重联工作模式时,TCMS系统能自动退出重联模式,单列车能根据本列车能正常工作的辅助变流器数量进入相应的减载模式。

应在车端连接器和三相总线之间设置有相序检测器，以防止意外的相序错位。相序检测的信号应发送给TCMS系统，只有当相序错误后，TCMS系统才允许相序控制的接触器断开，相序控制的供电接触器为供电常闭模式。

另外，应在三相总线和车端连接器之间设有供电接触器，用于判断所有供电条件是否合格。供电条件诸如另一组车辆的三相总线情况等，经检测并反馈至TCMS系统后才综合所有情况，做出是否允许闭合该类接触器的指令。

车辆重联运行时，如果一组车辆辅助变流器不能正常工作的数量较多。在降弓断电条件下，当三相总线间硬线连接完成，主控端的车辆被激活后，进入重联模式下共用三相总线的启动阶段，两组车辆的所有辅助变流器将逐个、依次的启动。每个辅助变流器同步到三相总线后，再允许下一个辅助变流器启动，直至所有能工作的辅助变流器同步完成。

每个辅助变流器同步到三相总线的逻辑是：如果TCMS系统检测并判断三相总线无电，某个辅助变流器(如图3)启动时，则为第一个启动，本辅助变流器直接启动，供电给三相交流总线，此输出的三相正弦波也是后续辅助变流器同步的参照。

然后，TCMS系统发出第二个辅助变流器启动的命令，此时第二个辅助变流器根据命令启动，但是辅助变流器和三相总线之间的接触器22是断开的，第二个辅助变流器根据在三相总线获得的正弦波幅度和相位信号，当辅助供电系统的控制单元认为本辅助变流器的输出波形和三相总线波形一致时，闭合辅助变流器和三相总线之间的接触器22，完成本辅助变流器的同步。

TCMS系统将发出下一个辅助变流器启动的命令，被命令启动的辅助变流器重复上述动作，直至其判断能正常工作的辅助变流器全部同步完成。此时两组车辆所有辅助变流器输出的三相电正弦波振幅和相位一致。

为避免启动顺序的杂乱无章，通常地，辅助变流器的同步工作优先在同一编组车辆上进行，然后另一组车辆的辅助变流器与之逐一同步。辅助变流器启动的先后顺序由TCMS系统根据其车号地址决定。

TCMS系统应能检测出每组车辆对应的能正常工作的辅助变流器数量。本数量用于激活能正常工作的辅助变流器完成同步，也用于判断两组车辆有无必要重联、共用三相总线。

重联时，如果两组车辆均有部分辅助变流器不工作，并且其中一组车辆辅助变流器不能正常工作的数量较多，造成无法运营，重联后两组车辆均严重影响旅客舒适度或者影响车辆运行，TCMS系统应不允许共用三相总线的操作。比如，第一组车辆有2个辅助变流器在工作，此时本车辆减载运行，但不影响运营；第二车辆无辅助变流器工作，处于死车状态；重联三相总线后，每车辆平均有1个辅助变流器在工作，此时两组车辆均严重减载无法运行，则应阻止本申请所述控制方法的操作。

为避免两组车辆重联三相总线后，同时启动较多负载而造成过大的电压冲击，TCMS系统应根据已经启动的辅助变流器的数量，间隔一段时间、相应地依次逐步启动两组车辆的三相总线负载，可根据设备特性来确定优先级启动顺序。

两组车辆重联时，应在车端设置有三相总线分离接触器，如图4所示，防止重联供电后，仍继续有辅助变流器故障，造成重联两组车辆均供电能力不足而影响运行或严重影响舒适度。此时TCMS系统应控制三相总线断开接触器断开，至少保证单车辆能正常运行。

如果单车辆三相总线为IT系统、TN系统或者TT系统，为避免共用三相总线后两点接地，重联并共用三相总线时，如图5所示，TCMS系统应在发出辅助变流器启动指令前，将故障车辆升弓时，提前将故障单车辆的N线接地断开，以此来保证重联共用三相总线的车辆在正常状态N线仅有一个接地点。如果两组车辆结束重联并共用三相总线后，TCMS系统检测到车端连接线缆已经断开，TCMS系统应恢复被打开的N线接地。

如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种轨道车辆重联运行辅助交流供电方法，其特征在于：在至少一组轨道车

辆中，存在有1组冗余的辅助变流器；在每组轨道车辆的车端连接器与三相总线之间设置有相序检测器和供电接触器；

编组轨道车辆重联运行时，基于同一三相总线，能正常运行的辅助变流器依次、

逐个地同步运行，使所有辅助变流器输出的三相电正弦波振幅和相位一致；若编组轨道车辆中均出现辅助变流器故障，则不允许重联共用三相总线的操作；

共用同一三相总线的前提条件包括，重联轨道车辆的车端之间设置有用于导通三相总线的硬线连接、重联后车辆之间的UVWN线相序正确、以及，所有辅助变流器能够同步并联工作；

包括有以下操作步骤：

通过每组轨道车辆的车端连接器，连接三相总线供电电缆，每组轨道车辆分别升弓受电；

检测可正常启动的辅助变流器数量；

若辅助变流器数量足以保证每组轨道车辆正常工作，则车端连接器与供电电缆连接的供电接触器不闭合，每组轨道车辆的三相总线单独供电；

若编组车辆均有辅助变流器发生故障，则不允许重联共用三相总线的操作，编组车辆之间的供电接触器均保持断开；

若一组车辆的辅助变流器发生故障，则该车辆降弓且其三相总线无电，另一组车辆降弓、两组车辆之间的供电接触器闭合、随之升弓；

在编组轨道车辆之间，依次逐个地启动辅助变流器，辅助变流器同步到三相总线，直至所有能工作的辅助变流器同步完成；

优先启动辅助变流器未发生故障的车辆，直至全部能正常工作的辅助变流器完成同步运行。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆重联运行辅助交流供电方法，其特征在于：

每个辅助变流器同步到三相总线的逻辑条件包括有，

若检测并判断三相总线无电，第一个可工作的辅助变流器直接启动，供电给三相交流总线，此辅助变流器输出的三相正弦波也是后续辅助变流器的同步参照；

后续启动辅助变流器时，辅助变流器与三相总线之间的供电接触器断开，该辅助变流器以从三相总线获得的正弦波幅度和相位信号运行，当输出波形和三相总线波形一致时，闭合该辅助变流器和三相总线之间的供电接触器，该辅助变流器的同步运行完成。

3.根据权利要求2所述的轨道车辆重联运行辅助交流供电方法，其特征在于：

所述辅助变流器的同步运行，优先在同一编组的轨道车辆上进行。

4.根据权利要求3所述的轨道车辆重联运行辅助交流供电方法，其特征在于：

根据已启动的辅助变流器数量，相应地依次逐个启动重联车辆的三相总线负载。

5.根据权利要求4所述的轨道车辆重联运行辅助交流供电方法，其特征在于：

在重联轨道车辆的车端，设置有三相总线分离接触器；若重联供电后，辅助变流器发生故障，则断开三相总线分离接触器，保证至少一侧编组的车辆正常运行。

6.根据权利要求5所述的轨道车辆重联运行辅助交流供电方法，其特征在于：

编组轨道车辆的三相总线为IT系统、TN系统或TT系统，重联并共用三相总线时，不能正常工作的辅助变流器所在车辆升弓之前，N线接地断开；

重联共用三相总线完成后，检测到车端连接器的线缆已经断开，则恢复该车辆的N线重新接地。

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