CN109515197B - 轨道交通车辆及其高速断路器通断控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆及其高速断路器通断控制方法，在保留了主电路过流断开高速断路器保护牵引设备及牵引逆变器主动控制断开高速断路器功能基础上，减少了高速断路器的数量，降低设备配置成本及减少后续车辆的人工维护量。同时可支持一台高速断路器控制多台牵引逆变器的高压输入；主电路出现过流故障时，高速断路器能够主动打开保护多台牵引逆变器；多台牵引逆变器任一台出现故障需要主动断开高压电路时可以主动控制高速断路器断开；司机操作了紧急停车按钮时，可控制高速断路器断开；支持司机在列车功能正常情况下，通过列车控制网络进行高速断路器控制；还支持列车在网络控制系统故障的情况下，通过硬线控制手段对高速断路器进行控制。

Description

轨道交通车辆及其高速断路器通断控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别是一种轨道交通车辆及其高速断路器通断控制方法。

背景技术

现有技术中，每个动车配置一台牵引逆变器该牵引逆变器由本节车的高速断路器进行控制，基本上一列车有几节动车就要配置几个高速断路器。

图1所示为高速断路器控制主电路的简图，通过图1看到列车为三动一拖的车辆，配置了3台牵引逆变器和对应的3个高速断路器，当对应的电路出现过流故障时高速断路器能够迅速断开保护牵引逆变器，当牵引逆变器内部故障需要断开高压电路时也可以控制对应的高速断路器断开高压。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种轨道交通车辆及其高速断路器通断控制方法，减少高速断路器的数量，降低设备配置成本及减少后续车辆的人工维护量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种轨道交通车辆，包括多节列车，每一节动车上均设置牵引逆变器；所有的牵引逆变器均通过高速断路器接受电弓；所述高速断路器的控制线圈依次通过第一接触器的触点、第二接触器的第一触点接蓄电池电源；所述第一接触器的触点与第三接触器的触点并联；所述第一接触器的线圈、第三接触器的线圈与网络IO模块连接；所述第一接触器的线圈还与高速断路器的辅助触点连接；所述高速断路器的辅助触点与第二接触器的第二触点连接；所述第二接触器的第二触点与所述蓄电池电源连接；所述第二接触器的线圈依次通过第三接触器的辅助触点、牵引逆变器子电路与所述蓄电池电源、网络IO模块连接；所述牵引逆变器子电路包括第七接触器的触点；所述第七接触器的触点与第六接触器的触点连接；所述第六接触器的触点与第四接触器的第一触点并联；所述牵引逆变器与第四接触器的线圈、第五接触器的线圈、第六接触器的线圈、电抗器连接；所述第四接触器的第二触点、第五接触器的触点并联后接入所述牵引逆变器；所述第四接触器的第二触点、第五接触器的触点均接高压供电电源；设置于两个司机室内的所述第七接触器的线圈均依次通过第八接触器的常闭触点和常开触点接所述蓄电池电源。

所述第三接触器的触点与经济电阻串联。

所述牵引逆变器子电路与所述网络IO模块、高速断路器的自复位开关连接；所述高速断路器的自复位开关接所述蓄电池电源。

所述第五接触器的第一触点与预充电电阻串联；所述预充电电阻通过电抗器接所述牵引逆变器。

所述牵引逆变器子电路数量为3个。

两个司机室的紧急停车开关相互连接；每个紧急停车开关一端对应接入其所在司机室的第八接触器常闭触点和常开触点之间。

一种所述轨道交通车辆的高速断路器通断控制方法，包括高速断路器闭合控制方法、高速断路器断开控制方法；所述高速断路器闭合控制方法包括：网络系统正常时，司机向网络系统发送高速断路器合命令，网络系统通过网络IO模块的发出命令，该命令经过牵引逆变器子电路后使第二接触器KM2吸合，此时第二接触器的第二触点闭合，从而形成一个自保持电路，第二接触器将保持吸合状态，同时经济电阻控制第一接触器得电吸合，当第一接触器、第二接触器得电吸合，高速断路器的控制线圈立即得电，高速断路器主触头吸合，同时高速断路器的触点断开，从而使经济电阻控制第一接触器失电，断开第一接触器的第一触点，电流经由经济电阻和第三接触器的触点接入高速断路器的线圈，从而实现小电流维持；网络系统故障时，司机操作闭合高速断路器的自复位按钮，形成一个脉冲命令，该脉冲命令经过牵引逆变器子电路后使第二接触器吸合，此时第二接触器的第二触点闭合，从而形成一个自保持电路，第二接触器保持吸合状态，同时经济电阻控制第一接触器得电吸合；当第一接触器、第二接触器得电吸合，高速断路器的控制线圈立即得电，高速断路器主触头吸合，同时高速断路器的触点断开，从而使经济电阻控制第一接触器失电，断开第一接触器的第一触点，电流经由经济电阻和第三接触器的触点接入高速断路器的线圈，从而实现小电流维持。

所述高速断路器断开控制方法包括：当所述牵引逆变器子电路点开始，高速断路器断开；

当列车将要正常收车时，司机触发高速断路器，由网络IO模块发送关断列车高速断路器的命令，该命令通过网络IO模块发出一个高电平的脉冲命令，控制第三接触器瞬间得电，第三接触器的常闭触点瞬间断开使第二接触器的自锁逻辑丢失，从而断开高速断路器线圈，最终断开高速断路器。

当任意一个牵引逆变器子电路断开时，所述高速断路器断开。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明在保留了主电路过流断开高速断路器保护牵引设备及牵引逆变器主动控制断开高速断路器功能基础上，减少了高速断路器的数量，降低设备配置成本及减少后续车辆的人工维护量。同时可支持一台高速断路器控制多台牵引逆变器的高压输入；主电路出现过流故障时，高速断路器能够主动打开保护多台牵引逆变器；多台牵引逆变器任一台出现故障需要主动断开高压电路时可以主动控制高速断路器断开；司机操作了紧急停车按钮时，可控制高速断路器断开；支持司机在列车功能正常情况下，通过列车控制网络进行高速断路器控制；还支持列车在网络控制系统故障的情况下，通过硬线控制手段对高速断路器进行控制。

附图说明

图1为现有的高速断路器控制主电路；

图2为本发明高速断路器控制主电路；

图3为本发明高速断路器线圈控制电路；

图4为本发明列车紧急制动控制电路；

图5为本发明单个牵引逆变器的高压控制电路；

图6为本发明高速断路器整车控制环路。

具体实施方式

本发明的高速断路器控制电路包含2个子电路和2个核心电路。

2个子电路分别为：高速断路器线圈控制电路，详见图3；列车紧急制动控制电路，详见图4。

2个核心电路分别为：单个牵引逆变器的高压控制电路，详见图5；高速断路器整车控制环路，详见图6。

下面将对上述4个电路进行逐一分析介绍，并阐明4个子电路间的关系：

图3为高速断路器的线圈控制电路，Q01代表高速断路器的控制线圈，当电路接通时，高速断路器将闭合。高速断路器由于其自身特性闭合需要大电流，一旦闭合后要采用小电流维持。

具体高速断路器线圈的控制过程如下：要使高速断路器Q01吸合，需要KM2的5点和6点闭合，同时需要KM1的3点和4点也闭合，当高速断路器Q01的主触头动作后，立即断开KM1的3点和4点，电流经由经济电阻R02和KM3的1点及2点接入高速断路器Q01的线圈，从而实现小电流维持。

图4为列车的紧急制动控制电路，其中KM8表示司机室激活继电器，S01表示司机室紧急停车蘑菇按钮，当司机操作了紧急停车蘑菇按钮S01后，列车将会产生紧急制动。

具体电路逻辑如下：在司机室激活端KM8继电器的3点和4点闭合，1点和2点断开，另外一端司机室不激活故保持原状态。此时司机室激活端的蓄电池电源将通过激活端KM8的3点和4点，通过两个司机室的紧急停车蘑菇按钮S01，再通过非激活端KM8的1点和2点使每节车的紧急停车继电器KM7得电，紧急停车继电器KM7得电代表列车紧急停车处于缓解状态。当任一端司机室的司机操作了紧急停车蘑菇按钮S01将导致紧急停车继电器KM7失电，从而使列车产生紧急制动。

单个牵引逆变器的高压控制电路如上图5所示，牵引逆变器的高压输入口为1点，2~7点为牵引逆变器的输出控制，8点和9点为制动电阻连接点，U1、V1及W1和U2、V2及W2为牵引逆变器对牵引电机的输出驱动端口。

由于牵引逆变器的1点内部有支撑电容，故向牵引逆变器供电时需先进行预充电，当支撑电容电压达到一定值时才断开预充电电路，同时闭合主接触器向牵引逆变器提供高压电源。

牵引逆变器高压供电的电路逻辑过程如下： 当列车上电后，牵引逆变器便进行自检，自检结束后控制预充电接触器KM5线圈得电，预充电接触器KM5的3点和4点闭合，高压电源便通过与充电电阻R01和电抗器L01给牵引逆变器的支撑电容供电，当牵引逆变器检测到支撑电容电量达到一定值后断开KM5的3点和4点，同时控制KM4的3点和4点闭合，此时牵引逆变器完成了高压供电的逻辑，牵引逆变器才可以正常工作。

图6即为高速断路器整车控制环路，其中，网络IO模块的1点将通过网络命令发出高速断路器合的命令，S02代表硬线闭合高速断路器的自复位按钮，3个电路节点电路分别代表3个牵引逆变器的子电路，具体子电路内容见虚线框内所示，其中KM7为列车紧急停车继电器，KM4为牵引逆变器主接触器，KM6为牵引逆变器保护接触器，Q01为高速断路器辅助触点，KM3为高速断路器分继电器，KM1为经济电阻控制继电器，KM2为高速断路器闭合允许继电器。

高速断路器闭合逻辑：

网络系统正常时，由司机向网络系统发送高速断路器合命令，网络系统通过网络IO模块的1点发出命令，该命令经过电路节点2、电路节点3及电路节点1后使高速断路器闭合允许继电器KM2吸合，此时KM2的3点和4点闭合，从而形成一个自保持电路，高速断路器闭合允许继电器KM2将保持吸合状态，同时经济电阻控制继电器KM1也将得电吸合。从图3高速断路器线圈控制电路可知，当KM2和KM1得电吸合，高速断路器的控制线圈立即得电，高速断路器主触头将吸合，同时高速断路器Q01的1点和2点也将断开，从而使经济电阻控制继电器KM1失电，从图3中可知，断开KM1的3点和4点，电流经由经济电阻R02和KM3的1点及2点接入高速断路器Q01的线圈，从而实现小电流维持。

网络系统故障时，可由司机操作闭合高速断路器的自复位按钮S02，司机按下后形成一个脉冲命令，该命令经过电路节点2、电路节点3及电路节点1后使高速断路器闭合允许继电器KM2吸合，此时KM2的3点和4点闭合，从而形成一个自保持电路，高速断路器闭合允许继电器KM2将保持吸合状态，同时经济电阻控制继电器KM1也将得电吸合。从图3高速断路器线圈控制电路可知，当KM2和KM1得电吸合，高速断路器的控制线圈立即得电，高速断路器主触头将吸合，同时高速断路器Q01的1点和2点也将断开，从而使经济电阻控制继电器KM1失电，从图3中可知，断开KM1的3点和4点，电流经由经济电阻R02和KM3的1点及2点接入高速断路器Q01的线圈，从而实现小电流维持。

高速断路器断开逻辑：

经过高速断路器闭合逻辑分析可以看到，维持高速断路器一直闭合的因素是高速断路器闭合允许继电器KM2形成的自锁逻辑，如果高速断路器闭合允许继电器KM2的自锁条件丢失必然能够导致高速断路器断开：当3个电路节点中的任意一个断开将导致高速断路器断开，也就是某一个电路节点中的紧急停车继电器KM7断开或牵引逆变器保护接触器KM6断开都将导致KM2的自锁逻辑丢失，即当司机拍下蘑菇时，紧急停车继电器KM7断开，高速断路器会随之断开，同时当本节车的牵引逆变器检测到过压保护时，牵引逆变器保护接触器KM6断开，也会断开高速断路器。除上述被动保护断开高断的设计外，列车在正常收车时还要主动断开高速断路器，从图3可知，高速断路器分继电器KM3的1点和2点断开也将导致高速断路器Q01断开，即当列车将要正常收车时，司机触发高速断路器分按钮，由网络IO发送关断列车高速断路器的命令，该命令通过网络IO模块的第3点发出一个高电平的脉冲命令控制高速断路器分继电器KM3瞬间得电，KM3的常闭触点1、2瞬间断开使KM2的自锁逻辑丢失，从而断开高速断路器线圈，最终断开高速断路器。

3个电路节点的逻辑：

每一个节点电路都是由牵引逆变器主接触器KM4的常闭触点1和2并联牵引逆变器保护接触器KM6的常开触点3和4，然后再串联紧急停车继电器KM7的常开触点3和4组成，当任意一个电路节点断开将导致高速断路器断开。

从对图4列车紧急制动控制电路的分析中得知，紧急停车继电器KM7在没有司机操作紧急停车蘑菇按钮S02时处于得电状态其触点3和4处于闭合状态，当司机操作了紧急停车蘑菇按钮S02后紧急停车继电器KM7将失电，导致电路节点断开，最终在使列车施加紧急停车命令的同时高速断路器也将断开。

从对图5单个牵引逆变器的高压控制电路分析中得知，列车正常运行过程中牵引逆变器主接触器KM4得电吸合，故其常闭触点1和2将断开，如果此时牵引逆变器由于自身需要控制其保护接触器KM6触点3和4断开后也将导致电路节点断开，从而实现单个牵引逆变器对高速断路器的控制。

3个电路节点的作用：

上述每个电路节点的作用除了可以断开高速断路器之外还有在列车高压电路接入牵引逆变器之初，控制高速断路器闭合给每个牵引逆变器预充电的作用，具体为：列车上电激活后，节点中的牵引逆变器主接触器KM4的1点和2点保持闭合，此时没有司机操作紧急停车按钮S02的情况下，紧急停车继电器KM7得电其触点3和4也保持吸合，此时高速断路器闭合给牵引逆变器支撑电容进行预充电，充电完毕后牵引逆变器主接触器KM4得电其触点1点和2点断开，把高速断路器的控制权交到牵引逆变器保护接触器KM6，如果此时逆变器有断开高速断路器的需求即可以自行断开高速断路器。

Claims (8)

1.一种轨道交通车辆，包括多节列车，每一节动车上均设置牵引逆变器；其特征在于，所有的牵引逆变器均通过同一个高速断路器接受电弓；所述高速断路器的控制线圈依次通过第一接触器的触点、第二接触器的第一触点接蓄电池电源；所述第一接触器的触点与第三接触器的触点并联；所述第一接触器的线圈、第三接触器的线圈与网络IO模块连接；所述第一接触器的线圈还与高速断路器的辅助触点连接；所述高速断路器的辅助触点与第二接触器的第二触点连接；所述第二接触器的第二触点与所述蓄电池电源连接；所述第二接触器的线圈依次通过第三接触器的辅助触点、牵引逆变器子电路与所述蓄电池电源、网络IO模块连接；所述牵引逆变器子电路包括第七接触器的触点；所述第七接触器的触点与第六接触器的触点连接；所述第六接触器的触点与第四接触器的第一触点并联；所述牵引逆变器与第四接触器的线圈、第五接触器的线圈、第六接触器的线圈、电抗器连接；所述第四接触器的第二触点、第五接触器的触点并联后接入所述牵引逆变器；所述第四接触器的第二触点、第五接触器的触点均接高压供电电源；设置于两个司机室内的所述第七接触器的线圈均依次通过第八接触器的常闭触点和常开触点接所述蓄电池电源。

2.根据权利要求1所述的轨道交通车辆，其特征在于，所述第三接触器的触点与经济电阻串联。

3.根据权利要求1所述的轨道交通车辆，其特征在于，所述牵引逆变器子电路与所述网络IO模块、高速断路器的自复位开关连接；所述高速断路器的自复位开关接所述蓄电池电源。

4.根据权利要求1所述的轨道交通车辆，其特征在于，所述第五接触器的第一触点与预充电电阻串联；所述预充电电阻通过电抗器接所述牵引逆变器。

5.根据权利要求1所述的轨道交通车辆，其特征在于，所述牵引逆变器子电路数量为3个。

6.根据权利要求1所述的轨道交通车辆，其特征在于，两个司机室的紧急停车开关相互连接；每个紧急停车开关一端对应接入其所在司机室的第八接触器常闭触点和常开触点之间。

7.一种权利要求1～6之一所述轨道交通车辆的高速断路器通断控制方法，其特征在于，包括高速断路器闭合控制方法、高速断路器断开控制方法；所述高速断路器闭合控制方法包括：网络系统正常时，司机向网络系统发送高速断路器合命令，网络系统通过网络IO模块的发出命令，该命令经过牵引逆变器子电路后使第二接触器KM2吸合，此时第二接触器的第二触点闭合，从而形成一个自保持电路，第二接触器将保持吸合状态，同时经济电阻控制第一接触器得电吸合，当第一接触器、第二接触器得电吸合，高速断路器的控制线圈立即得电，高速断路器主触头吸合，同时高速断路器的触点断开，从而使经济电阻控制第一接触器失电，断开第一接触器的第一触点，电流经由经济电阻和第三接触器的触点接入高速断路器的线圈，从而实现小电流维持；网络系统故障时，司机操作闭合高速断路器的自复位按钮，形成一个脉冲命令，该脉冲命令经过牵引逆变器子电路后使第二接触器吸合，此时第二接触器的第二触点闭合，从而形成一个自保持电路，第二接触器保持吸合状态，同时经济电阻控制第一接触器得电吸合；当第一接触器、第二接触器得电吸合，高速断路器的控制线圈立即得电，高速断路器主触头吸合，同时高速断路器的触点断开，从而使经济电阻控制第一接触器失电，断开第一接触器的第一触点，电流经由经济电阻和第三接触器的触点接入高速断路器的线圈，从而实现小电流维持；

所述高速断路器断开控制方法包括：当所述牵引逆变器子电路点开始，高速断路器断开；

当列车将要正常收车时，司机触发高速断路器，由网络IO模块发送关断列车高速断路器的命令，该命令通过网络IO模块发出一个高电平的脉冲命令，控制第三接触器瞬间得电，第三接触器的常闭触点瞬间断开使第二接触器的自锁逻辑丢失，从而断开高速断路器线圈，最终断开高速断路器。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当任意一个牵引逆变器子电路断开时，所述高速断路器断开。

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