CN109484189B - 一种非接触式列车运行系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式列车运行系统及其运行方法，所述运行系统包括：依次电性连接的牵引变电所、接触网、非接触式列车以及钢轨，钢轨通过回流线与牵引变电所电性连接，构成电流回路；非接触式列车包括控制系统，以及均与控制系统通信连接的受电弓装置、监控装置和电弧检验装置，控制系统位于非接触式列车的内部，受电弓装置包括固定连接的受电弓机械臂和受电弓滑板，受电弓机械臂设置于非接触式列车顶端，受电弓滑板通过电弧与接触网电性连接，监控装置和电弧检验装置均设置于受电弓滑板和接触网的连接处；本发明解决了现有技术存在的弓网间的机械冲击大，材料磨损严重以及导致的弓网受流系统服役性能迅速下降的问题。

Description

一种非接触式列车运行系统及其运行方法

技术领域

本发明属于弓网系统技术领域，具体涉及一种非接触式列车运行系统及其运行方法。

背景技术

弓网系统(弓网弓滑板/接触网)是高速列车获取电能的唯一途径，因此，弓网关系的好坏直接决定了受流质量的好坏。随着高速列车的速度进一步提升，重载进一步加大，弓网振动不断加剧，发生机械冲击的频率不断升高，受电弓机械损坏时有发生，受电弓滑板磨损也是十分严重，需要大量更换碳滑板，由于高速列车对受电弓滑板和接触线的电性能和机械性能要求很高，要满足良好的导电性，耐磨性高，抗机械冲击好，而且由于电接触传递电流有着极限值，故而限制了高速列车的进一步提速，已经不能满足未来列车重载，高速的运行条件了，因此，非接触列车进行电能传递是一种有巨大前景的受流方式，可以满足未来的列车重载、高速的挑战。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提出一种非接触式列车运行系统及其运行方法，用于解决现有技术存在的弓网间的机械冲击大，材料磨损严重以及导致的弓网受流系统服役性能迅速下降的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种非接触式列车运行系统，包括：

依次电性连接的牵引变电所、接触网、非接触式列车以及钢轨，钢轨通过回流线与牵引变电所电性连接，构成电流回路；

非接触式列车包括控制系统，以及均与控制系统通信连接的受电弓装置、监控装置和电弧检验装置，控制系统位于非接触式列车的内部，受电弓装置包括固定连接的受电弓机械臂和受电弓滑板，受电弓机械臂设置于非接触式列车顶端，受电弓滑板通过电弧与接触网电性连接，监控装置和电弧检验装置均设置于受电弓滑板和接触网的连接处。

进一步地，受电弓装置的运行方向前端设置有稳流器，且受电弓滑板与接触网的接触部分设置有紧急起弧装置。

进一步地，监控装置包括均与控制系统通信连接的四个测风仪和高速相机，四个测风仪均匀设置于受电弓滑板与接触网接触部分的前后两侧，高速相机设置在受电弓装置运行方向的前方。

进一步地，电弧检验装置包括压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器均设置于受电弓滑板和接触网的连接处，且均与控制系统通信连接。

进一步地，紧急起弧装置为强电场器。

一种基于非接触式列车运行系统的运行方法，包括如下步骤：

S1：初始化非接触式列车运行系统；

S2：判断受电弓滑板和接触网的接触线是否良好接触，若是则进入步骤S3，否则返回步骤S1；

S3：使用受电弓机械臂进行缓慢降弓，到达预设的固定位置，拉出电弧；

S4：使用监测装置采集外界环境信息，实时反馈至控制系统，并根据外界环境数据，操作受电弓机械臂实时调整电弧长度；

S5：根据外界环境数据，判断是否发生电弧意外熄灭，若是则使用紧急起弧装置进行重燃，并进入步骤S6，否则直接进入步骤S6；

S6：若接收到熄弧命令，使用电弓机械臂进行缓慢升弓，使受电弓滑板和接触线完全接触进行熄弧；

S7：使用电弧检验装置检验是否完全熄弧，若是则结束运行，否则重复步骤S6，进行熄弧。

进一步地，步骤S4中，外界环境数据包括各个方向的风速信息和电弧形貌信息。

进一步地，步骤S7中，使用电弧检验装置检验是否完全熄弧的具体方法为：使用压力传感器和温度传感器，采集受电弓机械臂和电弓机滑板连接部分的接触压力和辐射温度，并传输至控制系统；

若接触压力超过50N，即受电弓滑板和接触网的接触线接触良好；

若辐射温度低于2000°/min；

满足上述任一一项，则输出完全熄弧，否则输出未完全熄弧。

本发明的有益效果为：

(1)本发明改变了传统的接触式受流方式，避免了接触式受流的滑板和接触线磨耗太快的缺点；

(2)本发明非接触式的受流方式，避免了接触式受流里受电弓和滑板之间的机械冲击，避免高速列车上受电弓滑板和接触线之间因机械冲击而导致的大量损坏；

(3)本发明非接触式的电弧传能功率大，效率能达到95％以上，改变了传统电接触传递电流有着极限值而限制了高速列车速度进一步提高的弊端；

(4)本发明非接触式的受流方式，大大降低了对弓网接触副材料的要求，提高了运行系统的实用性，非接触式的受流方式还具有良好的抗烧蚀性。

附图说明

图1为非接触式列车运行系统结构示意图；

图2为非接触式列车结构框图；

图3为运行方法流程图。

其中，1、牵引变电所；2、接触网；3、非接触式列车；31、受电弓机械臂；32、受电弓滑板；4、钢轨。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

一种非接触式列车运行系统，如图1所示，包括：

依次电性连接的牵引变电所1、接触网2、非接触式列车3以及钢轨4，钢轨4通过回流线与牵引变电所1电性连接，构成电流回路；

整个电流回路，由牵引变电所1将电能传输到接触网2，接触网2上的电能由电弧传递到非接触式列车3，非接触式列车3上的电流由钢轨4和回流线回到牵引变电所1；

如图2所示，非接触式列车3包括控制系统，以及均与控制系统通信连接的受电弓装置、监控装置和电弧检验装置，控制系统位于非接触式列车3的内部，进行运行的总体控制，受电弓装置包括固定连接的受电弓机械臂31和受电弓滑板32，受电弓机械臂31设置于非接触式列车3顶端，用于进行起弧和熄弧操作，受电弓滑板32通过电弧与接触网2电性连接，用于产生电弧，监控装置和电弧检验装置均设置于受电弓滑板32和接触网2的连接处，受电弓装置为型号TSG-400/25型的单臂受电弓。

本实施例中，受电弓装置的运行方向前端设置有稳流器，使电弧稳定传能，且受电弓滑板32与接触网2的接触部分设置有紧急起弧装置，紧急起弧装置为强电场器，强电场器为型号YHZF-200KV/5mA的直流高压发生器；

运行过程中，有些极端条件下，电弧突然熄灭，通过外加的强电场装置，使电弧重燃，然后关闭装置。

本实施例中，监控装置包括均与控制系统通信连接的四个测风仪和高速相机，四个测风仪均匀设置于受电弓滑板32与接触网2接触部分的前后两侧，高速相机设置在受电弓装置运行方向的前方，四个测风仪和高速相机均通过连接线反馈到控制系统的显示屏上，显示的信息有四个方向的风速和电弧的形貌，通过判断显示屏上各个方向的风速和电弧的状态，操作受电弓升降系统来实时调整电弧长度，使电弧传能更高效稳定；

测风仪为型号VF210的耐高温风速仪，高速相机为型号1F005-800x600的高速工业CMOS相机。

本实施例中，电弧检验装置包括压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器均设置于受电弓滑板32和接触网2的连接处，且均与控制系统通信连接。

一种基于非接触式列车运行系统的运行方法，如图3所示，包括如下步骤：

S1：初始化非接触式列车运行系统；

S2：判断受电弓滑板和接触网的接触线是否良好接触，若是则进入步骤S3，否则返回步骤S1；

使用压力传感器采集受电弓机械臂和电弓机滑板连接部分的接触压力，若接触压力超过50N，即受电弓滑板和接触网的接触线接触良好；

S3：使用受电弓机械臂进行缓慢降弓，到达预设的固定位置，拉出稳定电弧；

两电极分离时，由阴极发射电子，高速运动的电子撞击阳极，阳极气化形成金属蒸汽，金属蒸汽电离出阳离子流，阳离子流向阴极高速运动，轰击阴极表面，阴极气化形成金属蒸汽，此时间隙间带电质点急剧增加，间隙被击穿，形成电弧；

S4：使用监测装置采集外界环境信息，实时反馈至控制系统，并根据外界环境数据，操作受电弓机械臂实时调整电弧长度，使电弧进行更加稳定、高效的传能；

现行铁路中，27.5kv的电压等级最大可以拉的电弧达到30-40cm，未来电压、电流等级更高的情况下，电弧的长度能够拉至更长的长度；

外界环境数据包括各个方向的风速信息和电弧形貌信息；

S5：根据外界环境数据，判断是否发生电弧意外熄灭，若是则使用紧急起弧装置进行重燃，并进入步骤S6，否则直接进入步骤S6；

判断是否发生电弧意外熄灭的具体方法为：在未收到熄弧命令时，使用监测装置采集的外界环境信息中，风速信息大于风速阈值，电弧形貌信息显示为无电弧，且电弧检验装置采集的弧光强度小于弧光阈值，辐射温度低于2000°/min，则输出电弧意外熄灭，否则进入步骤S6；

S6：若接收到熄弧命令，使用电弓机械臂进行缓慢升弓，使受电弓滑板和接触线完全接触进行熄弧；

S7：使用电弧检验装置检验是否完全熄弧，若是则结束运行，否则重复步骤S6，进行熄弧，避免造成不必要的危害。

本实施例中，步骤S7中，使用电弧检验装置检验是否完全熄弧的具体方法为：使用压力传感器和温度传感器，采集受电弓机械臂和电弓机滑板连接部分的接触压力和辐射温度，并传输至控制系统；

若接触压力超过50N，即受电弓滑板和接触网的接触线接触良好；

若辐射温度低于2000°/min；

满足上述任一一项，则输出完全熄弧，否则输出未完全熄弧。

本发明提供了一种非接触式列车运行系统及其运行方法，改变了传统的直接接触式的受流方式，减少了弓网间的机械冲击和材料磨损，提高了电弧传能的传输能量，使传统运输方式速度受到电流制约的弊端得到根本性的转变，并且提高了电弧传能的能量传输效率，解决了现有技术存在的弓网间的机械冲击大，材料磨损严重以及导致的弓网受流系统服役性能迅速下降的问题。

Claims (5)

1.一种非接触式列车运行系统，其特征在于，包括：

依次电性连接的牵引变电所（1）、接触网（2）、非接触式列车（3）以及钢轨（4），所述钢轨（4）通过回流线与牵引变电所（1）电性连接，构成电流回路；

所述非接触式列车（3）包括控制系统，以及均与控制系统通信连接的受电弓装置、监控装置和电弧检验装置，所述控制系统位于非接触式列车（3）的内部，所述受电弓装置包括固定连接的受电弓机械臂（31）和受电弓滑板（32），受电弓机械臂（31）设置于非接触式列车（3）顶端，受电弓滑板（32）通过电弧与接触网（2）电性连接，所述监控装置和电弧检验装置均设置于受电弓滑板（32）和接触网（2）的连接处；

所述受电弓装置的运行方向前端设置有稳流器，且受电弓滑板（32）与接触网（2）的接触部分设置有紧急起弧装置；所述紧急起弧装置用于当电弧意外熄灭时重燃电弧；

所述监控装置用于采集外界环境信息，以供操作受电弓机械臂实时调整电弧长度，并判断是否发生电弧意外熄灭，其包括均与控制系统通信连接的四个测风仪和高速相机；四个所述测风仪用于采集各个方向的风速信息，其均匀设置于受电弓滑板（32）与接触网（2）接触部分的前后两侧；所述高速相机用于采集电弧形貌信息，其设置在受电弓装置运行方向的前方；

所述电弧检验装置用于采集受电弓机械臂（31）和受电弓滑板（32）连接部分的接触压力和辐射温度，以供控制系统检验是否完全熄弧，其包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器均设置于受电弓滑板（32）和接触网（2）的连接处，且均与控制系统通信连接。

2.根据权利要求1所述的非接触式列车运行系统，其特征在于，所述紧急起弧装置为强电场器。

3.一种基于权利要求2所述的非接触式列车运行系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：初始化非接触式列车运行系统；

S2：判断受电弓滑板和接触网的接触线是否良好接触，若是则进入步骤S3，否则返回步骤S1；

S3：使用受电弓机械臂进行缓慢降弓，到达预设的固定位置，拉出电弧；

S4：使用监控装置采集外界环境信息，实时反馈至控制系统，并根据外界环境数据，操作受电弓机械臂实时调整电弧长度；

S5：根据外界环境数据，判断是否发生电弧意外熄灭，若是则使用紧急起弧装置进行重燃，并进入步骤S6，否则直接进入步骤S6；

S6：若接收到熄弧命令，使用电弓机械臂进行缓慢升弓，使受电弓滑板和接触线完全接触进行熄弧；

S7：使用电弧检验装置检验是否完全熄弧，若是则结束运行，否则重复步骤S6，进行熄弧。

4.根据权利要求3所述的非接触式列车运行方法，其特征在于，所述步骤S4中，外界环境数据包括各个方向的风速信息和电弧形貌信息。

5.根据权利要求4所述的非接触式列车运行方法，其特征在于，所述步骤S7中，使用电弧检验装置检验是否完全熄弧的具体方法为：使用压力传感器和温度传感器，采集受电弓机械臂和受电弓滑板连接部分的接触压力和辐射温度，并传输至控制系统；

若接触压力超过50N，即受电弓滑板和接触网的接触线接触良好；

若辐射温度低于2000°/min；

满足上述任意一项，则输出完全熄弧，否则输出未完全熄弧。

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