CN112701661A - 带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法及控制装置，在交流传动机车牵引变流器的中间直流回路发生直流短路或接地故障时，断开牵引变流器输入端的电源；启动中间直流回路的斩波单元并持续开通，使得中间直流回路保持短路无电状态；控制电动隔离开关执行分闸动作，并检测分闸过程中电动隔离开关动触头的动作距离；根据预设时间段内的动触头动作距离来判断隔离开关的运行状态，再根据隔离开关的运行状态来调整变流器的运行状态。本发明的控制方法及装置均具有安全可靠性高、可用性强、体积小且成本低等优点。

Description

带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法和控 制装置

技术领域

本发明主要涉及轨道交通机车牵引传动技术领域，特指一种带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法和控制装置。

背景技术

现有的交流传动机车牵引变流器中，共中间直流回路的电路形式，以其优秀的功率体积比，同时保留基于谐波过滤的二次谐振电路，性能上同样优异，得到了广泛的应用。但是此类牵引变流器，由于共用的主电路，在发生直流短路或接地故障时，无法做到隔离，使得动力损失过大。为了解决上述问题，当前认可的方案通常是通过在每一重牵引电路的正端，通过加入电动隔离开关控制分合，实现严重故障时刻的隔离，既保留了共中间直流回路的优秀性能，同时有做到了独立直流回路电路的高可用性。

电动隔离开关，不同于线路接触器，是一种不带灭弧功能，通过步进电机实现分合的一种开关器件。但是目前的电动隔离开关存在以下问题：

(1)现有隔离开关需要借助两组辅助触点用于判断到位，通常分为合位触点和分位触点，使得整体成本偏高，体积偏大；

(2)由于机车牵引系统上使用的电动隔离开关小型化、载流密度大的特点，通常在长时间高功率密度负荷运行下，容易使得表面高温，接触电阻偏大，同时缺乏有效的观察检测手段，使得电路连接逐渐不可靠；

(3)另外，隔离开关在动作过程中，由于缺少灭弧功能，容易造成触头烧损粘连。

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，本发明提供一种在无电状态进行分闸、提高可用性的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法和控制装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，包括以下步骤：

S01、在交流传动机车牵引变流器的中间直流回路发生直流短路或接地故障时，断开牵引变流器输入端的电源；

S02、启动中间直流回路的斩波单元并持续开通，使得中间直流回路保持短路无电状态；

S03、控制电动隔离开关执行分闸动作，并检测分闸过程中电动隔离开关动触头的动作距离；

S04、根据预设时间段内的动触头动作距离来判断隔离开关的运行状态，再根据隔离开关的运行状态来调整变流器的运行状态。

作为上述技术方案的进一步改进：

步骤S04的具体过程为：

当预设时间段内的动作距离在第一预设距离阈值内时，判断隔离开关处于卡合状态，变流器停止工作；

当预设时间段内的动作距离在第二预设距离阈值内时，判断隔离开关处于卡滞状态，变流器停止工作或者继续工作；

当预设时间段内的动作距离在第三预设距离阈值内时，判断隔离开关处于正常状态，变流器继续工作；

其中第一预设距离阈值<第三预设距离阈值<第三预设距离阈值。

所述第一预设距离阈值S1为S1≤15％Sn；所述第二预设距离阈值S2为15％Sn<S2≤95％Sn；所述第三预设距离阈值S3为95％Sn<S3；其中Sn为动触头正常动作行程。

在步骤S03中，通过超声波距离传感器检测电动隔离开关中动触头的动作距离。

在交流传动机车牵引变流器正常运行时，实时检测所述电动隔离开关的主触头温度T，并根据主触头温度T调整牵引变流器的输出功率。

根据主触头温度T调整牵引变流器的输出功率的具体过程为：

在主触头温度T在正常范围内时，牵引变流器正常输出功率；

在主触头温度T在预设温度阈值内时，牵引变流器降功率运行；

在主触头温度T大于极限温度时，牵引变流器停止运行。

牵引变流器降功率运行具体为P＝(1-0.04(T-T1))Pn，其中Pn为正常运行时的输出功率，T1为正常范围温度的最大边界值。

通过光纤温度传感器实时检测所述电动隔离开关的主触头温度T。

在主触头温度T大于极限温度时，牵引变流器停止运行后，当主触头温度T下降至预设温度阈值内并保持一段时间后再恢复降功率运行。

本发明还公开了一种带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制装置，包括距离检测件、温度检测件和控制单元，所述距离检测件和温度检测件均与控制单元相连；所述距离检测件用于检测电动隔离开关的动触头的动作距离并发送至控制单元，所述控制单元根据预设时间段内的动触头动作距离来判断隔离开关的运行状态，再根据隔离开关的运行状态来调整变流器的运行状态；所述温度检测件用于检测所述电动隔离开关主触头温度T并发送至控制单元，所述控制单元根据主触头温度T调整牵引变流器的输出功率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，在交流传动机车牵引变流器的中间直流回路发生直流短路或接地故障，通过断开电动隔离开关来实现故障的隔离，并进行如下的优化设计：在进行分闸作业前，通过启动中间直流回路的斩波单元(如常规的斩波开关及斩波电阻构成的斩波电路)持续开通，使得中间直流回路保持短路无电状态，再进行电动隔离开关的分闸动作，从而使分闸动作在无电状态下进行，实现灭弧的功能，保证动触头的正常分闸而不会烧损粘连，缩短分闸时间，尽可能缩短故障隔离及牵引变流器恢复时间。

(2)在进行分闸过程中，对电动隔离开关动触头的动作距离进行实时检测，相对于之前采用辅助触头检测分闸到位或合闸到位的方式，能够对动触头的整个动作状态进行监控，从而便于细分动触头的运行状态，再依据动触头的运行状态调速对应的变流器的运行状态，从而进一步整个变流器的安全可靠性以及可用性。

(3)由于通过对隔离开关动触头的动作距离进行检测同样能够实现对合分闸到位的判断，从而不需要配置对应的分闸到位辅助触点和合闸到位辅助触点，从而使得电动隔离开关本身的整体体积小且成本低。

(4)在正常情况下对主触头温度T进行实时检测，并根据主触头温度T调整牵引变流器的输出功率，实现主触头温度T与变流器输出功率的联动，从而使得小型化及载流密度大的电动隔离开关在长时间高功率密度负荷运行下，触头表面不会超温，保障电路连接的可靠性以及延长触头机构的寿命，同时对主触头温度T进行实时监控，也能够监控触头工作状态以及故障的相关分析。

(5)本发明的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制装置，同样具有如上方法所述的优点，而且电动隔离开关可以取消分闸到位辅助触点和合闸到位辅助触点，整体体积小且成本低。

附图说明

图1为本发明的控制方法在实施例的方法流程图。

图2为本发明的电动隔离开关在实施例中的结构示意图。

图中标号表示：1、动触头；2、静触头；3、步进电机；4、距离检测件；5、温度检测件。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1和图2所示，本实施例的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，包括以下步骤：

S01、在交流传动机车牵引变流器的中间直流回路发生直流短路或接地故障时，断开牵引变流器输入端的电源；

S02、启动中间直流回路的斩波单元并持续开通，使得中间直流回路保持短路无电状态；

S03、控制电动隔离开关执行分闸动作，并检测分闸过程中电动隔离开关动触头1的动作距离；

S04、根据预设时间段内的动触头1动作距离来判断隔离开关的运行状态，并根据隔离开关的运行状态来调整变流器的运行状态。

本发明的控制方法适用于带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器，电动隔离开关可以采用如图2所示的结构，具体包括动触头1、静触头2和分合时用于驱动动触头1动作的步进电机3，动触头1采用接触式，即闭合时动触头1上下咬合静触头2完成闭合；其中静触头2用于连接中间直流回路的正极。

本发明的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，在交流传动机车牵引变流器的中间直流回路发生直流短路或接地故障，通过断开电动隔离开关来实现故障的隔离，并进行如下的优化设计：

在进行分闸作业前，通过启动中间直流回路的斩波单元(如常规的斩波开关及斩波电阻构成的斩波电路)持续开通，使得中间直流回路保持短路无电状态，再进行电动隔离开关的分闸动作，从而使分闸动作在无电状态下进行，实现灭弧的功能，保证动触头1的正常分闸而不会烧损粘连，缩短分闸时间，尽可能缩短故障隔离及牵引变流器恢复时间；

在进行分闸过程中，对电动隔离开关动触头1的动作距离进行实时检测，相对于之前采用辅助触头检测分闸到位或合闸到位的方式，能够对动触头1的整个动作状态进行监控，从而便于细分动触头1的运行状态，再依据动触头1的运行状态调整对应变流器的运行状态，从而进一步提高整个变流器的安全可靠性以及可用性；另外，由于通过对隔离开关动触头1的动作距离进行检测同样能够实现对合分闸到位的判断，从而不需要配置对应的分闸到位辅助触点和合闸到位辅助触点，从而使得电动隔离开关本身的整体体积小且成本低。

本实施例中，步骤S04的具体过程为：

当预设时间段内的动作距离在第一预设距离阈值内时，判断隔离开关处于卡合状态，变流器停止工作；

当预设时间段内的动作距离在第二预设距离阈值内时，判断隔离开关处于卡滞状态，变流器停止工作或者继续工作；

当预设时间段内的动作距离在第三预设距离阈值内时，判断隔离开关处于正常状态，变流器继续工作；

其中第一预设距离阈值<第三预设距离阈值<第三预设距离阈值。具体地，第一预设距离阈值S1为S1≤15％Sn；第二预设距离阈值S2为15％Sn<S2≤95％Sn；第三预设距离阈值S3为95％Sn<S3；其中Sn为动触头1正常动作行程，预设时间段取6s，可以根据电动隔离开关的类型等进行选择。其中15％Sn<S2≤35％Sn时，变流器停止工作；35％Sn<S2≤95％Sn时(如采用触点检测是否到位，此时是检测不到的)变流器继续工作，保持卡滞故障提示，但此时分闸动作已经完成，在下一次变流器维护时进行触头机构的检修维护，相对于之前的到位检测方式，这种距离检测方式明显能够提高电动隔离开关的可用性。另外为了保证安全，当控制电源断电时，隔离开关会保持断电前的状态，不会发生动作。

本实施例中，在步骤S03中，通过超声波距离传感器检测电动隔离开关中动触头1的动作距离，结构简单、易于实现且成本低。当然，在其它实施例中，也可以通过其它非接触式的距离传感器对动触头1的动作距离进行实时检测。

本实施例中，在交流传动机车牵引变流器正常运行时，实时检测电动隔离开关的主触头温度T，并根据主触头温度T调整牵引变流器的输出功率。具体地，根据主触头温度T调整牵引变流器的输出功率的具体过程为：

在主触头温度T在正常范围(如T≤80℃)内时，牵引变流器按正常逻辑输出功率；

在主触头温度T在预设温度阈值(如80℃＜T＜105℃)内时，牵引变流器降功率运行；

在主触头温度T大于极限温度(如T>105℃)时，牵引变流器停止运行。

在正常情况下对主触头温度T进行实时检测，并根据主触头温度T调整牵引变流器的输出功率，实现主触头温度T与变流器输出功率的联动，从而使得小型化及载流密度大的电动隔离开关在长时间高功率密度负荷运行下，触头表面不会超温，保障电路连接的可靠性以及延长触头机构的寿命，同时对主触头温度T进行实时监控，也能够监控触头工作状态以及故障的相关分析。

具体地，牵引变流器降功率运行具体为P＝(1-0.04(T-T1))Pn，其中Pn为正常运行时的输出功率，T1为正常范围温度的最大边界值，如80℃。通过执行上述降功率策略，在保障不超温的情况下，变流器能够输出最大功率。

本实施例中，通过光纤温度传感器实时检测电动隔离开关的主触头温度T，结构简单、易于实现且成本低；当然，在其它实施例中，也可以采用其它温度传感器实现温度的检测。

本实施例中，在主触头温度T大于极限温度时，牵引变流器停止运行后，当主触头温度T下降至预设温度阈值内并保持一段时间(如1min)后再恢复功率输出，降功率运行，从而避免温度的频繁波动对输出功率的影响，提高变流器工作的稳定性。

当然，上述是对分闸过程相关动作的优化设计，同理在进行合闸过程中，也可以检测合闸过程中电动隔离开关动触头1的动作距离以判断隔离开关的运行状态，而且也能够避免在带电情况下进行合闸而损坏触头机构。

本发明还相应公开了一种带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制装置，包括距离检测件4(如超声波距离传感器)、温度检测件5(如光纤温度传感器)和控制单元，距离检测件4和温度检测件5均与控制单元相连；距离检测件4用于检测电动隔离开关的动触头1的动作距离并发送至控制单元，控制单元根据预设时间段内的动触头1动作距离来判断隔离开关的运行状态，再根据隔离开关的运行状态来调整变流器的运行状态；温度检测件5用于检测所述电动隔离开关主触头温度T并发送至控制单元，控制单元根据主触头温度T调整牵引变流器的输出功率。上述控制装置具体执行如上所述的方法，同样具有如上方法所述的优点，而且电动隔离开关可以取消分闸到位辅助触点和合闸到位辅助触点，整体体积小且成本低。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、在交流传动机车牵引变流器的中间直流回路发生直流短路或接地故障时，断开牵引变流器输入端的电源；

S02、启动中间直流回路的斩波单元并持续开通，使得中间直流回路保持短路无电状态；

S03、控制电动隔离开关执行分闸动作，并检测分闸过程中电动隔离开关动触头的动作距离；

S04、根据预设时间段内的动触头动作距离来判断隔离开关的运行状态，再根据隔离开关的运行状态来调整变流器的运行状态。

2.根据权利要求1所述的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，其特征在于，步骤S04的具体过程为：

当预设时间段内的动作距离在第一预设距离阈值内时，判断隔离开关处于卡合状态，变流器停止工作；

当预设时间段内的动作距离在第二预设距离阈值内时，判断隔离开关处于卡滞状态，变流器停止工作或者继续工作；

当预设时间段内的动作距离在第三预设距离阈值内时，判断隔离开关处于正常状态，变流器继续工作；

其中第一预设距离阈值<第三预设距离阈值<第三预设距离阈值。

3.根据权利要求2所述的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，其特征在于，所述第一预设距离阈值S1为S1≤15％Sn；所述第二预设距离阈值S2为15％Sn<S2≤95％Sn；所述第三预设距离阈值S3为95％Sn<S3；其中Sn为动触头正常动作行程。

4.根据权利要求1或2或3所述的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，其特征在于，在步骤S03中，通过超声波距离传感器检测电动隔离开关中动触头的动作距离。

5.根据权利要求1或2或3所述的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，其特征在于，在交流传动机车牵引变流器正常运行时，实时检测所述电动隔离开关的主触头温度T，并根据主触头温度T调整牵引变流器的输出功率。

6.根据权利要求5所述的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，其特征在于，根据主触头温度T调整牵引变流器的输出功率的具体过程为:

在主触头温度T在正常范围内时，牵引变流器正常输出功率；

在主触头温度T在预设温度阈值内时，牵引变流器降功率运行；

在主触头温度T大于极限温度时，牵引变流器停止运行。

7.根据权利要求6所述的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，其特征在于，牵引变流器降功率运行具体为P＝(1-0.04(T-T1))Pn，其中Pn为正常运行时的输出功率，T1为正常范围温度的最大边界值。

8.根据权利要求5所述的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，其特征在于，通过光纤温度传感器实时检测所述电动隔离开关的主触头温度T。

9.根据权利要求6所述的带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制方法，其特征在于，在主触头温度T大于极限温度时，牵引变流器停止运行后，当主触头温度T下降至预设温度阈值内并保持一段时间后再恢复降功率运行。

10.一种带电动隔离开关的交流传动机车牵引变流器的控制装置，其特征在于，包括距离检测件、温度检测件和控制单元，所述距离检测件和温度检测件均与控制单元相连；所述距离检测件用于检测电动隔离开关的动触头的动作距离并发送至控制单元，所述控制单元根据预设时间段内的动触头动作距离来判断隔离开关的运行状态，再根据隔离开关的运行状态来调整变流器的运行状态；所述温度检测件用于检测所述电动隔离开关主触头温度T并发送至控制单元，所述控制单元根据主触头温度T调整牵引变流器的输出功率。

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