CN110091766A - 一种智能地面自动过分相方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能地面自动过分相方法及装置，该方法包括当列车过分相时，依次检测列车中不同位置处的动力车组是否经过中性段，动力车组包括一节以上的动力车，每当检测到有动力车组经过中性段时，通过连接在两供电臂与中性段之间的两个换相开关单元控制执行一次换相操作，使得整个列车分次执行换相后通过中性段；该装置包括两个换相开关单元以及逻辑控制单元，通过逻辑控制单元控制两个换相开关单元对列车分次执行换相。本发明实现方法简单、所需成本低、过分相性能好，且能够缩短中性区长度，减少过分相过程中速度损失，提高多弓列车的运行效率。

Description

一种智能地面自动过分相方法及装置

技术领域

本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域，尤其涉及一种智能地面自动过分相方法及装置。

背景技术

我国电气化铁路是采用单相工频交流27.5kV供电制式，单相牵引负荷在三相电力系统侧会产生严重的负序电流，而负序电流的增加会影响发电厂发电机正常运行，并且降低电力网的输送能力；为了治理上述问题，目前通常是将相邻牵引变电所换相连接，由于不同供电区段的供电臂相位不同，需要设置分相绝缘器，电分相由此产生，即由于电气化铁路单相供电的特殊性，造成两供电臂之间必然存在一段中性区用于供电臂之间的电气隔离。电分相通常设置于变电所出口处和不同牵引变电所之间的分区所处，一般情况下，国内铁路每隔20～30km就会存在一处电分相。

电分相的存在会给列车运行带来不便，电分相对于高速运行的列车来说是机械上的硬点，影响系统运行可靠性，且列车在经过电分相区时存在短时断电，而列车断电会给运行可靠性带来隐患，还会给列车带来速度损失，速度损失对于山区重载列车来说尤其严重，容易造成坡停，因而也给分相区的选址带来了困难，列车过分相过程中的开关开/闭过程还会产生过压和过流，给车载设备带来冲击，严重时甚至会烧毁设备。

针对于列车过分相，目前主要包括地面自动过分相、车载过分相和柱上开关自动过分相三种方式，其中：

(1)车载过分相是通过检测地面传感器信号控制车载主断路器，列车惰行通过中性区；车载过分相主要有车载自动过分相和手动过分相两种，车载自动过分相通过检测地面传感器信号自动“断合”车载主断路器，列车惰行通过中性区，司机手动过分相则是自动过分相设备失效后的保障措施。车载自动过分相无需司机操作，可以降低司机的疲劳度，避免司机误操作带电闯电分相。

目前国内主要即是采用车载自动过分相方式断电通过无电区，但是该类方式会造成列车的牵引力丧失及速度损失，特别在一些高坡度(如坡度大于30％)区段，上述影响尤为严重，而我国高速铁路具有规模大、距离长的特点，长行程高速列车的过分相点多，上述车载过分相方案由于列车动力丢失明显，不能最大限度地压缩运行时间，且高速列车的维护工作量大、维护停运时间长，已无法满足高速铁路的运行需求。

(2)柱上开关自动过分相方式是将真空开关和线包控制系统安装在接触网分相绝缘器附近的支柱平台上，电力机车接近分相绝缘器时，通过磁控线包控制真空开关分、合闸操作，可以缩短电力机车过分相的距离和断电时间，司机可以不操纵机车使其惰性运行驶过分相绝缘器。但是该种过分相方式时过电压冲击和涌流大，容易造成机车主断路器跳闸，需要频繁进行维护，可靠性差，且由于多弓列车过分相会造成真空开关多次动作，因而难以适用于多弓列车。

(3)地面自动过分相方式是通过安装在地面的装备给中性段供电，换相开关跨接在两供电臂，列车运行在中性区时由地面装置控制换相开关完成供电臂切换，列车不需要任何操作，完全由地面自动过分相装置自动完成，降低了司机工作量和操作疲劳度，避免司机误操作造成列车带电闯过分相，烧毁车载和地面面设备的事故发生，且换相时间短、列车速度损失小，安全可靠性高，可以适用于多弓等各类型列车实现过分相。

列车存在多种动力分配方式，主要有：①“1+0”模式：即只有一节动力车，一个受电弓；②“2+0”模式：包含两节相邻的动力车，两个受电弓，两个受电弓之间相隔一个车厢距离(通常33米左右)；③“3+0”模式：包含三节相邻的动力车，前后两个受电弓之间相隔一个车厢距离；④“2+2”模式：两节相邻的动力车位于列车车头，另外两节相邻的动力车位于列车中部位置；⑤“2+1”模式：两节相邻的动力车位于列车车头，另外一节动力车位于列车中部位置。

虽然地面开关自动过分相的方式可以解决车载过分相的上述问题，但是传统的地面自动过分相方式中，通常都是在整列车进入中性区之后才进行切换，中性区通常较长，尤其是针对如④、⑤模式的动力分散多弓列车，整个列车的长度长，且在列车头部与中部都存在动力车，上述传统地面自动过分相过程中需要的所有列车的动力车厢进入中性区后，然后统一对整列车进行同时换相供电，因而要求中性区的长度必须足够长以容纳一整列车进行换相，为适应不同的车型需要设置很长的中性区，以重载铁路地面过分相中性区为例，中性区长度最长可达1700m以上，而中性区太长不仅给接触网运维检修带来困难，还容易导致短路故障等各种问题，不利于供电系统的稳定可靠性和可维护性，同时在过分相过程中整列车会存在短暂的断电时间，中性区太长则会导致列车速度损失大，影响列车的稳定运行。

传统的地面自动过分相装置如图1所示，在接触网分相处设置中性区，中性区与供电臂时间使用分相绝缘器1JY、2JY进行电气隔离，在分相绝缘器1JY、2JY上分别跨接两个换相开关K1、K2，中性区供电由两个换相开关完成切换。对于在列车头部以及列车中部均存在动力车的多弓列车，上述地面自动过分相装置的过分相控制过程为：没有列车经过的时候中性区无电，当传感器G1检测列车到达时，控制开关K1闭合，由A臂给中性区供电；当列车进入中性区到达传感器G2时且整列车进入中性区之后，开关K1断开、开关K2闭合，由B臂给中性区供电；当列车运行至G3时，列车进入B臂供电区域，开关K2断开，中性区断电，等待下次列车进入。在上述过分相控制过程中，开关K1、K2进行换相切换时，需要整列车进入中性区之后统一进行换相，使得整列车会存在同时的断电时间，造成动力分散的重载铁路和高速铁路动力损失，且为适应各种不同类型的动力分散多弓列车，需要设置很长的中性区，维护困难且影响列车供电的稳定可靠性。

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，本发明提供一种实现方法简单、所需成本低、过分相性能好，且能够缩短中性区长度，减少过分相过程中速度损失，提高多弓列车的运行效率的智能地面自动过分相方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种智能地面自动过分相方法，该方法包括当列车过分相时，依次检测列车中不同位置处的动力车组是否经过中性段，所述动力车组包括一节以上的动力车，每当检测到有所述动力车组经过中性段时，通过连接在两供电臂与中性段之间的两个换相开关单元控制执行一次换相操作，使得整个列车分次执行换相后通过中性段。

作为本发明方法的进一步改进：所述执行一次换相操作时，通过依次控制两个所述换相开关单元闭合、断开，以控制依次切换两供电臂为中性段供电。

作为本发明方法的进一步改进，所述执行一次换相操作的具体步骤为：

当检测到有所述动力车组到达中性段时，闭合位于列车驶入侧的第一换相开关单元，以控制接入列车驶入侧的供电臂为中性段供电；

当检测到当前动力车组到达中性段中需换相位置时，断开所述第一换相开关单元、闭合另一侧的第二换相开关单元，以控制切换接入另一侧供电臂为中性段供电；

当检测到当前动力车组完全驶出中性段时，断开所述第二换相开关单元，完成一次换相操作。

作为本发明方法的进一步改进：当断开所述第一换相开关单元后，还包括判断所述第一换相开关单元是否完成关断，若判断到已完成关断，控制闭合所述第二换相开关单元。

作为本发明方法的进一步改进：判断所述第一换相开关单元是否完成关断具体为：分别采集列车驶入侧供电臂的电压信号、中性段的电压信号，并判断所述列车驶入侧供电臂的电压信号与所述中性段的电压信号之间是否存在电压差值，如果是，则判定所述第一换相开关单元已完成关断。

作为本发明方法的进一步改进：还包括预先分别在进入中性段前附近位置、中性段换相位置以及即将列车驶离中性段位置安装列车位置检测装置，通过所述列车位置检测装置检测列车中所述动力车组的位置。

作为本发明方法的进一步改进：当列车过分相时，当列车过分相时，还包括根据所述位置检测装置检测到的信号识别列车的行驶方向，并根据列车行驶方向确定两个所述换相开关单元的通断顺序。

作为本发明方法的进一步改进：在首个动力车组到达中性段后，每当有其他位置动力车组进入中性段时，还包括检测所述第一换相开关单元的电流信号，且当检测到有电流信号时，确定有其他位置动力车组已开始行驶进入中性段。

作为本发明方法的进一步改进：还包括在列车过分相过程中，对中性段的电压进行补偿以抑制电弧产生的电压补偿步骤。

作为本发明方法的进一步改进，所述电压补偿步骤具体为：当接入供电臂电源到中性段供电后，分别检测所接入的供电臂和中性段的电压信号，并根据检测到的电压差通过变流器产生电压串入中性段进行电压补偿，使得中性段与接入供电臂的电压相位和幅值相等或差值在可允许范围内。

作为本发明方法的进一步改进：当列车包含位于列车头部位置的前部动力车组、位于列车中部位置的中部动力车组时，具体依次检测所述前部动力车组和所述中部动力车组，当检测到所述前部动力车组、中部动力车组经过中性段时，分别控制执行一次换相操作。

作为本发明方法的进一步改进，当包含所述前部动力车组、所述中部动力车组的列车通过中性段时的具体步骤为：

S1.检测列车的所述前部动力车组是否到达中性段，如果是，控制两个所述换相开关单元启动执行一次换相操作；当所述前部动力车组离开中性段时，两个所述换相开关单元均恢复为断开状态，中性段进入断电状态；

S2.经过指定时间延时后，控制两个所述换相开关单元中位于列车驶入侧的第一换相开关单元闭合，中性段恢复供电；等待所述中部动力车组到达中性段；

S3.判断列车的中部动力车组是否全部进入中性段，如果是，控制两个所述换相开关单元启动执行一次换相操作，当所述中部动力车组离开中性段时，两个所述换相开关单元均恢复为断开状态，直至整个列车通过中性段。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S1的具体步骤为：

S11.当检测到所述前部动力车组到达中性段时，控制闭合位于列车驶入侧的第一换相开关单元，使得中性段由列车驶入侧的供电臂供电；

S12.当检测到所述前部动力车组到达中性段中需换相位置时，控制断开所述第一换相开关单元后，闭合另一侧的第二换相开关单元，使得中性段由另一侧的供电臂供电；

S13.当检测到所述前部动力车组已经离开中性区时，控制断开所述第二换相开关单元，完成当前次换相操作。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S3的具体步骤为：

S31.当检测到所述中部动力车组到达中性段时，转入执行步骤S32；

S32.通过检测电流信号判断所述中部动力车组是否进入中性段，如果是，断开所述第一换相开关单元，延时指定时间后闭合所述第二换相开关单元，使得中性段由另一侧的供电臂供电；

S33.当所述中部动力车组离开中性段时，两个所述换相开关单元均恢复为断开状态，直至整个列车通过中性段。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S32中具体当检测到所述中部动力车组完全到达中性段时，从开始检测到列车电流信号后通过计轴信号以对列车的轮对进行计数，当计数值大于指定阈值时，判定所述中部动力车组已全部进入中性段。

本发明进一步提供一种利用上述控制方法的智能地面自动过分相装置，包括分别连接在两供电臂与中性段之间的两个换相开关单元，以及分别与两个所述换相开关单元连接的逻辑控制单元，还包括与所述逻辑控制单元连接的位置检测单元，所述位置检测单元分别检测列车中不同位置处的动力车组是否经过中性段，每当检测到有所述动力车组经过中性段时，所述逻辑控制单元通过控制两个换相开关单元执行一次换相操作，使得整个列车分次执行换相后通过中性段。

作为本发明装置的进一步改进：所述位置检测单元具体包括用于检测动力车组是否到达中性段的第一检测电路、用于检测动力车组是否到达中性段中需换相位置的第二检测电路以及用于检测动力车组是否即将驶出中性段的第三检测电路。

作为本发明装置的进一步改进：所述第二检测电路设置有分别对应于正、反向行车的两个检测电路。

作为本发明装置的进一步改进：还包括用于检测两个所述换相开关单元的电流信号的电流检测单元以及用于实时检测两供电臂的电压信号、中性段的电压信号的电压检测单元，所述电流检测单元、所述电压检测单元分别与所述逻辑控制单元连接。

作为本发明装置的进一步改进：还包括用于在列车过分相过程中，对中性段与供电臂之间的电压进行补偿以抑制进出中性段过渡区因电压差而产生电弧的电压补偿单元。

作为本发明装置的进一步改进：所述电压补偿器装置连接在两个所述换相开关单元与中性段之间，所述电压补偿器装置具体当接入供电臂为中性段供电后，分别检测所接入的供电臂、中性段的电压信号，并根据检测到的电压差通过变流器产生电压串入中性段进行电压补偿，使得中性段与接入供电臂的电压相位和幅值相等或差值在可允许范围内。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明通过按照列车动力分配方式，每当检测到动力车组经过中性段时执行一次换相操作，使经过中性区的多弓列车不同受电弓由换相开关单元轮流换相，整个列车通过分次换相的方式经过中性段，无需整列车进入中性区后才进行换相，因而可以大大缩短中性区长度，提高列车供电系统的稳定可靠性和可维护性。

2)本发明基于动力车组分次换相的方式，列车动力车不会存在同时断电情况，可以使得多弓列车过分相过程中整列车全程不断电，实现列车无感知电过分相，大大提高了多弓列车的运行效率，并尽可能的减少速度损失，尤其适用于动力分散、多受电弓模式的重载电气化铁路和高速铁路等，可以极大的缩短所需的中性区长度，提高供电系统的稳定可靠性及列车的运行力。

3)本发明通过采用分次换相的方式，由于可以使得多弓列车在经过分相区时全程不断电，大大提高了多弓列车的运行效率，因而也可以便于变电所选址，变电所和分区所可选址于一般坡度地段而不必避开坡度地段，避免供电臂长度过长或过短，同时消除了列车由于过分相造成坡停情况的发生。

4)本发明通过地面自动过分相装置中逻辑控制单元实时采集传感器的信号，控制换相开关自动进行分次换相切换，不同动力车厢的司机不必频繁操作，也无需复杂的配合操作，同时还可以实现列车正反向行车自适应控制。

5)本发明进一步在列车过分相过程中，还包括对中性段的电压进行补偿的电压补偿，通过对中性段进行电压补偿，可以有效抑制电弧产生，解决锚段关节电压差造成的受电弓拉弧问题。

附图说明

图1是传统的地面自动过分相装置过分相的原理示意图。

图2是本发明实施例1智能地面自动过分相方法的实现流程示意图。

图3是本发明实施例1执行一次换相操作的实现流程示意图。

图4是本发明实施例2采用的地面自动过分相装置的结构示意图。

图5是本发明实施例2中地面自动过分相装置实现电压补偿的原理示意图。

图6是本发明实施例3实现多弓列车过分相的具体实现流程示意图。

图7是本发明实施例3实现多弓列车过分相的工作时序示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图2所示，本实施例智能地面自动过分相方法包括当列车过分相时，依次检测列车中不同位置处的动力车组是否经过中性段，动力车组包括一节以上的动力车，每当检测到有动力车组经过中性段时，通过连接在两供电臂与中性段之间的两个换相开关单元控制执行一次换相操作，使得整个列车分次执行换相后通过中性段。动力车组具体可依据不同的列车动力分配方式，包括由列车头部位置的动力车构成的前部动力车组以及由列车中部位置的动力车构成的中部动力车组等，当检测到动力车组经过中性段时，即控制执行一次换相操作，整个列车按照动力分配方式进行分次换相，直至整个列车通过中性段。

通常列车动力为“N+M”模式(通常动力车数：N≤3，M≤3)，本实施例考虑列车动力分配方式，针对动力分散的多弓列车过分相时，每当检测到动力车组经过中性段时执行一次换相操作，使经过中性区的多弓列车不同受电弓由换相开关单元轮流换相，整个列车通过分次换相的方式经过中性段，以对多弓列车实现分次轮流换相，无需整列车进入中性区后才进行换相，因而可以大大缩短中性区长度，减少换相时间，提高列车供电系统的稳定可靠性和可维护性，同时基于动力车组分次换相的方式，列车不同位置动力车组不会存在同时断电情况，可以使得过分相过程中整列车全程不断电，实现列车无感知电过分相，并尽可能的减少速度损失，尤其适用于动力分散、多受电弓模式的重载电气化铁路和高速铁路等，可以极大的缩短所需的中性区长度，提高供电系统的稳定可靠性及列车的运行力。

本实施例具体将地面自动过分相装置安装于变电所出口电分相或者分区所处过分相，当列车过分相时，位于列车头部的动力车组将首先到达中性段，当地面自动过分相装置检测到列车头部的动力车组到达中性段时，控制执行一次换相操作，中性段依次切换由两端供电臂进行供电；在列车中部的动力车组到达中性段前，列车仍保持供电臂供电，当列车中部的动力车组进入中性段后，再执行一次换相操作，使得中性段切换由两端供电臂供电，直至整列车经过中性段，完成过分相。上述整个列车过分相过程中，由地面过分相装置中的换相开关自动完成换相切换，同一列车的不同动力车组中总有一组带电过分相，列车一直存在动力供电，因而速度损失很小，且不同动力车厢的司机不必频繁操作，也无需复杂的配合操作，尤其是对于山区重载列车的运行控制具有重大意义。

本实施例中，执行一次换相操作时，具体通过依次控制两个换相开关单元闭合、断开，以控制依次切换两供电臂为中性段供电。如图3所示，本实施例执行一次换相操作的具体步骤为：

a.当检测到有动力车组到达中性段时，闭合位于列车驶入侧的第一换相开关单元，以控制接入列车驶入侧的供电臂为中性段供电；

b.当检测到当前动力车组到达中性段中需换相位置时，断开第一换相开关单元、闭合另一侧的第二换相开关单元，以控制切换接入另一侧供电臂为中性段供电；

c.当检测到当前动力车组完全出中性段时，断开第二换相开关单元，完成一次换相操作。

通过上述换相操作，中性段依次切换由两端供电臂进行供电，换相完成后，动力车组完成过分相。

本实施例中，当断开第一换相开关单元后，还包括判断第一换相开关单元是否完成关断，若判断到已完成关断，控制闭合第二换相开关单元。若第一换相开关单元未完全关断，由于关断后的残压并没有消失，此时打开另一侧的第二换相开关单元会使得合闸的供电臂相位和残压相位相反，将产生远远大于闭合空负荷的暂态过压、过流，通过确定最佳角闭合第二换相开关单元，可以减少冲击电流的产生，本实施例具体当第一换相开关单元完全关断后，控制闭合第二换相开关单元，可以使得减少冲击电流的产生。

本实施例中，判断第一换相开关单元是否完成关断具体为：分别采集列车驶入侧供电臂的电压信号、中性段的电压信号，并判断列车驶入侧供电臂的电压信号与中性段的电压信号之间是否存在一定的电压差值，如果是，判定第一换相开关单元已完成关断。当第一换相开关单元接通时，列车驶入侧供电臂与中性段的电压应当相同，而当第一换相开关单元关断时，列车驶入侧供电臂与中性段的电压会由于第一换相开关单元的关断产生电压差值，本实施例利用供电臂与中性段之间是否存在电压差值状态，判定第一换相开关单元是否完成关断，实现方法简单且有效，在第一换相开关单元完全关断后，控制闭合第二换相开关单元，可以有效避免冲击电流、过电压的产生。

本实施例中，还包括预先分别在进入中性段前附近位置、中性段换相位置以及即将列车驶离中性段位置安装列车位置检测装置，通过所述列车位置检测装置检测列车中所述动力车组的位置，通过位置检测装置检测列车中动力车组的位置，由检测到的位置信号控制两个换相开关单元执行上述换相切换操作。

本实施例当列车过分相时，还包括根据位置检测装置检测到的检测到的信号识别列车行驶方向，由识别到的列车行驶方向确定两个换相开关单元的通断顺序，从而可以灵活适用于正、反向双向行车的过分相控制。

本实施例中，在首个动力车组到达中性段后，每当有其他位置动力车组进入中性段时，还包括检测第一换相开关单元的电流信号，且当检测到有电流信号时，确定有其他位置动力车组已开始行驶进入中性段。在首个动力车组到达中性段后即可确定列车已到达中性段，在首个动力车组后续的其他动力车组通过检测电流可判断是否进入中性段，具体在第一换相开关单元的输入侧设置第一电流检测单元，当有动力车进入中性段时，电流检测单元会检测到电流信号，则由第一电流检测单元检测到的信号可以判断动力车组是否已行驶进入中性段的状态，当第一电流检测单元检测到电流信号时，表明动力车组已开始行驶进入中性段。

本实施例中，每当有动力车组即将驶出中性段时，还包括检测第二换相开关单元的电流信号，且当检测不到电流信号时，确定当前动力车组已行驶出中性段。具体在第二换相开关单元的输入侧设置电流检测单元，当动力车在中性段内时，电流检测单元会检测到电流信号，当动力车离开中性段时，电流检测单元则检测不到电流信号，则由第二电流检测单元检测到的信号可以判定动力车组是否已行驶出中性段的状态，当第二电流检测单元检测不到电流信号时，表明动力车组已行驶出中性段。

本实施例中，还包括在列车过分相过程中，对中性段与供电臂之间的电压进行补偿以抑制进出中性段过渡区因电压差而产生电弧，具体通过在锚段关节处设置电压补偿单元，通过电压补偿单元对中性段进行电压补偿。通过对中性段进行电压补偿，可以有效抑制电弧产生，解决锚段关节电压差造成的受电弓拉弧问题。

本实施例中，电压补偿步骤具体为：当接入供电臂为中性段供电后，分别检测所接入的供电臂、中性段的电压信号，并根据检测到的电压差通过变流器产生电压串入中性段进行电压补偿，使得中性段与接入的供电臂的电压相等或差值在预设范围内。

本实施例地面自动过分相装置具体包括列车位置传感器、电压检测设备、电流检测设备、换相开关、逻辑控制系统、锚段关节电压补偿单元等构成，通过逻辑控制器实时采集地面列车传感器信号、电流与电压信号等，根据列车位置传感器和电流检测设备的信号做出动车位置的智能识别，从而对换相开关进行相应的开/闭控制，使经过中性区的多弓列车不同动力车组地面切换开关轮流换相，完成整列车的过分相。逻辑控制器通过控制地面开关进行分次换相切换，中性区的长度短，可以实现列车无感知电过分相，同时通过检测地面传感器信号还可以实现列车正、反向行车识别和自适应控制。

由于考虑到列车过分相坡停情况发生，传统的各变电所和分区所选址时通常会避开上坡区段，选址位置之间并不是等距的，造成有的位置处的供电臂长，电压损失大，而有的位置处的供电臂又太短，发挥不了变电所供电能力。本实施例通过上述分次换相过分相的方法，多弓列车在经过分相区时可以全程不断电，大大提高了多弓列车的运行效率，且中性区长度短、列车几乎无速度损失，同时也给变电所选址带来便利，变电所和分区所完全可选址于一般坡度地段，同时消除了列车由于过分相造成坡停情况的发生。

本实施例上述换相开关单元既可以采用如真空断路器等机械式开关，也可以采用如晶闸管阀组等电子式开关。

实施例2：

本实施例具体采用如图4所示的地面自动过分相装置，包括分别连接在两供电臂与中性段之间的两个换相开关单元(开关1、开关2)以及分别与两个换相开关单元(开关1、开关2)连接的逻辑控制单元，两个换相开关单元(开关1、开关2)跨接在两供电臂(供电臂A、供电臂B)之间，还包括与逻辑控制单元连接的位置检测单元，位置检测单元分别检测列车中不同位置处的动力车组是否经过中性段，每当检测到有动力车组经过中性段时，逻辑控制单元通过控制两个换相开关单元执行一次换相操作，使得整个列车分次执行换相后通过中性段。

上述地面自动过分相装置，可基于传统的地面自动过分相装置实现，无需改变原有的装置硬件结构，可以降低整个多弓列车地面自动过分相装置所需成本和安装工作量，节省线路改造时间，减少对列车运行的影响。

本实施例上述换相开关单元(开关1、开关2)可以采用如真空断路器的机械式开关，也可以采用如晶闸管、GTO等器件的电子式开关，当采用晶闸管电子开关时，可进一步缩短中性区、减少换相时间，整体过分相过程更快。

本实施例中，位置检测单元具体包括用于检测动力车组是否到达中性段的第一检测电路、用于检测动力车组是否到达中性段中需换相位置的第二检测电路以及用于检测动力车组是否即将驶出中性段的第三检测电路，第一检测电路设置在中性段前端，第二检测电路设置在中性段中部需要换相位置处，第三检测电路设置在中性段后端末端。第一检测电路～第三检测电路具体可使用计轴器等位置传感器。

本实施例中，第二检测电路设置有分别对应于正、反向行车的两个检测电路，如图4所示，具体使用位置传感器G1检测动力车组是否即将到达中性段，位置传感器G2、G4测动力车组是否到达中性段中需换相位置，位置传感器G3检测动力车组是否已经驶出中性段，其中位置传感器G2对应于正向行车时的检测，位置传感器G2布置位置靠近所需切换的供电臂B侧，位置传感器G4对应于反向行车时的检测，位置传感器G4布置位置靠近所需切换的供电臂A侧，使得可适用于正反向行车检测，位置传感器G3检测动力车组是否已经驶出中性段。

本实施例中，还包括用于检测两个换相开关单元的电流信号的电流检测单元以及用于实时检测两供电臂的电压信号、中性段的电压信号的电压检测单元，电流检测单元、电压检测单元分别与逻辑控制单元连接。

如图4所示，具体在第一换相开关单元(开关1)、第二换相开关单元(开关2)的输入侧分别设置电流互感器TA1、电流互感器TA2，当有动力车进入中性段时，电流互感器TA1会检测到电流信号，则由电流互感器TA1检测到的信号可以判断动力车组是否已行驶进入中性段的状态，当电流互感器TA1检测到电流信号时，表明动力车组开始行驶进入中性段；当动力车在中性段内时，电流互感器TA2会检测到电流信号，当动力车离开中性段时，电流互感器TA2则检测不到电流信号，则由电流互感器TA2检测到的信号可以判定动力车组是否已行驶出中性段的状态，当电流互感器TA2检测不到电流信号时，表明动力车组已行驶出中性段。

本实施例上述地面自动过分相装置，通过逻辑控制单元实时采集位置传感器G1～G3的信号(反向行车时为G1、G3、G4)，以及电流互感器(TA1、TA2)与电压互感器(YH1、YH2、YH3)检测到的信号等，通过控制开关1、开关2进行分次换相切换，中性区所需的长度短，实现列车无感知电过分相，同时还可以实现列车正反向行车自适应控制。

本实施例中，在锚段关节处两个换相开关单元与中性段之间设置电压补偿器装置，如图5所示，由于电流经过开关1或开关2会产生压降，造成锚段关节处存在一定的电压差△U＝IR，受电弓进出关接处时因电压差会产生拉弧的现象，通过电压补偿器装置当接入供电臂为中性段供电后，分别检测所接入的供电臂、中性段的电压信号，并根据检测到的电压信号对中性段电压进行补偿，使得中性段与接入的供电臂的电压保持相等或差值在预设范围内，可以抑制受电弓进出锚段关节处的电弧，解决供电臂与中性段电压差值易造成拉弧的问题。

实施例3：

本实施例以使用实施例1控制方法、实施例2地面自动过分相装置，对包含位于列车头部位置的前部动力车组、位于列车中部位置的中部动力车组的多弓列车进行过分相控制为例进一步进行说明。

当包含位于列车头部位置的前部动力车组N、位于列车中部位置的中部动力车组M的多弓列车过分相时，依次检测前部动力车组和中部动力车组，当检测到前部动力车组、中部动力车组经过中性段时，分别控制执行一次换相操作，如图6所示，列车通过中性段时的具体步骤为：

S1.检测列车的前部动力车组N是否到达中性段，如果是，控制两个换相开关单元(开关1、开关2)启动执行一次换相操作；当前部动力车组N离开中性段时，两个换相开关单元(开关1、开关2)均恢复为断开状态，中性段进入断电状态；

S2.经过指定时间延时后，控制两个换相开关单元中位于列车驶入侧的第一换相开关单元(开关1)闭合，中性段恢复供电臂A供电；等待中部动力车组M到达中性段；

S3.判断列车的中部动力车组M是否全部进入中性段，如果是，控制两个换相开关单元启动执行一次换相操作，当中部动力车组离开中性段时，两个换相开关单元均恢复为断开状态，直至整个列车通过中性段。

由于当检测到前部动力车组N时表明列车已到达中性段，后续必然有中部动力车组M即将到达中性段，本实施例考虑列车前后动力车组进入中性段的先后顺序，在检测到前部动力车组N后，执行一次换相操作，且完成换相切换后，经过指定时间延时后即闭合第一换相开关单元(开关1)，恢复中性段供电，以等待中部动力车组M到达中性段，因而在中部动力车组M到达中性段前中性段即为带电状态，直至中部动力车组M全部进入中性段，再控制两个换相开关单元进行换相切换，整个列车通过中性段。

本实施例中，步骤S1前部动力车组N过分相的具体步骤为：

S11.当检测到前部动力车组N到达中性段时，控制闭合位于列车驶入侧的第一换相开关单元(开关1)，使得中性段由列车驶入侧的供电臂A供电；

S12.当检测到前部动力车组N到达中性段中需换相位置时，控制断开第一换相开关单元(开关1)后，闭合另一侧的第二换相开关单元(开关2)，使得中性段由另一侧的供电臂B供电；

S13.当检测到前部动力车组N已经离开中性区时，控制断开第二换相开关单元(开关2)，完成当前次换相操作。

本实施例中，步骤S3中部动力车组M过分相的具体步骤为：

S31.当检测到中部动力车组M到达中性段时，转入执行步骤S32；

S32.判断中部动力车组M是否全部进入中性段，如果是，断开第一换相开关单元(开关1)，延时指定时间后闭合第二换相开关单元(开关2)，使得中性段由另一侧的供电臂B供电；

S33.当中部动力车组M离开中性段时，两个换相开关单元(开关1、开关2)均恢复为断开状态，直至整个列车通过中性段。

本实施例中，步骤S31中具体当检测到中部动力车组M到达中性段时，从开始检测到列车电流信号后通过计轴信号以对列车的轮对进行计数，当计数值大于指定阈值时，判定中部动力车组已全部进入中性段。列车动力通常为“N+M”模式，通常每列车有4对车轮，整列车包含N+M节动力车，其中一组N位于列车车头部，另一组M位于列车中部位置，计数值阈值具体取4MAX{N，M}，通常动力车数：N≤3，M≤3。

假设两组动力车之间相距约L，单节动车为l0，中性区长度为L0(L>L0>l0max{N,M})，G1与G3、G2与G4之间关于中点对称，列车速度V，开始时开关1和开关2均处于断开状态，如图7所示，正向行车时动力分散、多受电弓模式列车的换相控制流程详细为：

(1)第一次换相切换：

①当列车位置传感器G1检测到前部动力车组N到达时(t1)，开关1闭合，中性段由供电臂A供电；

②当电流检测设备TA1检测到电流时(t2)，表明前部动力车组N开始行驶进入中性段；

③当位置传感器G2检测到前部动力车组N到达时(t3)，表明前部动力车组N已全部进入中性段，逻辑控制器控制开关1断开，然后控制开关2闭合，中性段由供电臂B供电，此时前部动车会出现短时断电；

(2)第二次换相切换：

①列车继续行驶，当位置传感器G2检测到前部动力车组N到达且电流检测设备TA2检测不到电流存在时(t4)，表明前部动力车组N已全部进入供电臂B区域，开关2断开；此时，列车中部动力车组M还未到达位置传感器G1，仍处于供电臂A供电；

②中性区短时断电，逻辑控制器控制开关1延时闭合，中性段由供电臂A恢复供电，等待列车后部动力车组M进入中性段；

③当电流检测设备TA1检测到电流时(t5)，表明列车中部动力车组M已开始进入中性段，列车位置传感器G2检测计轴信号并输送给逻辑控制器，当轮对计数大于4max{N，M}时(t6)，表明中部动力车组M全部进入中性段，此时开关1断开，中性段短时断电，开关2延时闭合，中性段由供电臂B供电，电流检测设备TA2检测到电流；

④当电流检测设备TA2检测不到电流时(t7)，断开开关2，中性段断电；

将位置传感器信号和计轴信号清零，整列车的过分相完成，等待下次列车进入，重新执行上述流程。

对于反向行车情况，通过G3、G4、G1三个列车位置传感器和TA2、TA1电流信号传感器进行检测自动识别列车行驶方向，换相过程与上述列车正向行车原理相同。

上述过分相过程中，由电压补偿器检测电压检测设备YH1、YH2和YH3之间的压差，对中性段电压进行补偿，当开关1导通后，电压补偿器实时检测YH1和YH2的电压并进行比较，通过电压补偿输出Ui使中性段电压U0与供电臂A电压Ua时刻保持相等，从而抑制受电弓在锚段关节产生电弧，开关2导通后，方法原理与上述相同。

本发明上述方法、装置也可以适用于仅在列车头部有动力车厢的列车，即整个列车过分相过程中执行一次换相切换，后续未检测到动力车后不再进行换相切换，因而可以满足各种不同类型列车的过分相控制。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (21)

1.一种智能地面自动过分相方法，其特征在于：该方法包括当列车过分相时，依次检测列车中不同位置处的动力车组是否经过中性段，所述动力车组包括一节以上的动力车，每当检测到有所述动力车组经过中性段时，通过连接在两供电臂与中性段之间的两个换相开关单元控制执行一次换相操作，使得整个列车分次执行换相后通过中性段。

2.根据权利要求1所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于：所述执行一次换相操作时，通过依次控制两个所述换相开关单元闭合、断开，以控制依次切换两供电臂为中性段供电。

3.根据权利要求2所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于，所述执行一次换相操作的具体步骤为：

当检测到有所述动力车组到达中性段时，闭合位于列车驶入侧的第一换相开关单元，以控制接入列车驶入侧的供电臂为中性段供电；

当检测到当前动力车组到达中性段中需换相位置时，断开所述第一换相开关单元、闭合另一侧的第二换相开关单元，以控制切换接入另一侧供电臂为中性段供电；

当检测到当前动力车组完全驶出中性段时，断开所述第二换相开关单元，完成一次换相操作。

4.根据权利要求3所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于：当断开所述第一换相开关单元后，还包括判断所述第一换相开关单元是否完成关断，若判断到已完成关断，控制闭合所述第二换相开关单元。

5.根据权利要求4所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于：判断所述第一换相开关单元是否完成关断具体为：分别采集列车驶入侧供电臂的电压信号、中性段的电压信号，并判断所述列车驶入侧供电臂的电压信号与所述中性段的电压信号之间是否存在电压差值，如果是，则判定所述第一换相开关单元已完成关断。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于：还包括预先分别在进入中性段前附近位置、中性段换相位置以及即将列车驶离中性段位置安装列车位置检测装置，通过所述列车位置检测装置检测列车中所述动力车组的位置。

7.根据权利要求6所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于：当列车过分相时，还包括根据所述位置检测装置检测到的信号识别列车的行驶方向，并根据列车行驶方向确定两个所述换相开关单元的通断顺序。

8.根据权利要求1～5中任意一项所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于：在首个动力车组到达中性段后，每当有其他位置动力车组进入中性段时，还包括检测所述第一换相开关单元的电流信号，且当检测到有电流信号时，确定有其他位置动力车组已开始行驶进入中性段。

9.根据权利要求1～5中任意一项所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于：还包括在列车过分相过程中，对中性段与供电臂之间的电压进行补偿以抑制进出中性段过渡区因电压差而产生电弧。

10.根据权利要求9所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于：所述电压补偿步骤具体为：当接入供电臂电源到中性段供电后，分别检测所接入的供电臂和中性段的电压信号，并根据检测到的电压差通过变流器产生电压串入中性段进行电压补偿，使得中性段与接入供电臂的电压相位和幅值相等或差值在可允许范围内。

11.根据权利要求1～5中任意一项所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于：当列车包含位于列车头部位置的前部动力车组、位于列车中部位置的中部动力车组时，具体依次检测所述前部动力车组和所述中部动力车组，当检测到所述前部动力车组、中部动力车组经过中性段时，分别控制执行一次换相操作。

12.根据权利要求11所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于，当包含所述前部动力车组、所述中部动力车组的列车通过中性段时的具体步骤为：

S1.检测列车的所述前部动力车组是否到达中性段，如果是，控制两个所述换相开关单元启动执行一次换相操作；当所述前部动力车组离开中性段时，两个所述换相开关单元均恢复为断开状态，中性段进入断电状态；

S2.经过指定时间延时后，控制两个所述换相开关单元中位于列车驶入侧的第一换相开关单元闭合，中性段恢复供电；等待所述中部动力车组到达中性段；

S3.判断列车的中部动力车组是否全部进入中性段，如果是，控制两个所述换相开关单元启动执行一次换相操作，当所述中部动力车组离开中性段时，两个所述换相开关单元均恢复为断开状态，直至整个列车通过中性段。

13.根据权利要求12所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤为：

S11.当检测到所述前部动力车组到达中性段时，控制闭合位于列车驶入侧的第一换相开关单元，使得中性段由列车驶入侧的供电臂供电；

S12.当检测到所述前部动力车组到达中性段中需换相位置时，控制断开所述第一换相开关单元后，闭合另一侧的第二换相开关单元，使得中性段由另一侧的供电臂供电；

S13.当检测到所述前部动力车组已经离开中性区时，控制断开所述第二换相开关单元，完成当前次换相操作。

14.根据权利要求12或13所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤为：

S31.当检测到所述中部动力车组到达中性段时，转入执行步骤S32；

S32.通过检测电流信号判断所述中部动力车组是否进入中性段，如果是，断开所述第一换相开关单元，延时指定时间后闭合所述第二换相开关单元，使得中性段由另一侧的供电臂供电；

S33.当所述中部动力车组离开中性段时，两个所述换相开关单元均恢复为断开状态，直至整个列车通过中性段。

15.根据权利要求14所述的智能地面自动过分相方法，其特征在于：所述步骤S32中具体当检测到所述中部动力车组完全到达中性段时，从开始检测到列车电流信号后通过计轴信号以对列车的轮对进行计数，当计数值大于指定阈值时，判定所述中部动力车组已全部进入中性段。

16.一种利用权利要求1～15中任意一项所述的控制方法的智能地面自动过分相装置，包括分别连接在两供电臂与中性段之间的两个换相开关单元，以及分别与两个所述换相开关单元连接的逻辑控制单元，其特征在于，还包括与所述逻辑控制单元连接的位置检测单元，所述位置检测单元分别检测列车中不同位置处的动力车组是否经过中性段，每当检测到有所述动力车组经过中性段时，所述逻辑控制单元通过控制两个换相开关单元执行一次换相操作，使得整个列车分次执行换相后通过中性段。

17.根据权利要求16所述的智能地面自动过分相装置，其特征在于：所述位置检测单元具体包括用于检测动力车组是否到达中性段的第一检测电路、用于检测动力车组是否到达中性段中需换相位置的第二检测电路以及用于检测动力车组是否即将驶出中性段的第三检测电路。

18.根据权利要求17所述的智能地面自动过分相装置，其特征在于：所述第二检测电路设置有分别对应于正、反向行车的两个检测电路。

19.根据权利要求16或17或18所述的智能地面自动过分相装置，其特征在于：还包括用于检测两个所述换相开关单元的电流信号的电流检测单元以及用于实时检测两供电臂的电压信号、中性段的电压信号的电压检测单元，所述电流检测单元、所述电压检测单元分别与所述逻辑控制单元连接。

20.根据权利要求16或17或18所述的智能地面自动过分相装置，其特征在于，还包括用于在列车过分相过程中，对中性段与供电臂之间的电压进行补偿以抑制进出中性段过渡区因电压差而产生电弧的电压补偿单元。

21.根据权利要求20所述的智能地面自动过分相装置，其特征在于，所述电压补偿器装置连接在两个所述换相开关单元与中性段之间，所述电压补偿器装置具体当接入供电臂为中性段供电后，分别检测所接入的供电臂、中性段的电压信号，并根据检测到的电压差通过变流器产生电压串入中性段进行电压补偿，使得中性段与接入供电臂的电压相位和幅值相等或差值在可允许范围内。