CN112937378B - 一种地面自动过分相装置 - Google Patents

Abstract

一种地面自动过分相装置，其包括：机车位置检测模块，其用于通过压力检测获取机车位置信息，并生成相应的机车位置信号；控制模块，其与机车位置检测模块连接，用于根据机车位置信号生成相应的开关控制信号；过分相执行模块，其控制端口与控制模块连接，其多个功率端口分别与第一供电区、中性区和第二供电区连接，用于根据开关控制信号对中性区与第一供电区和第二供电区之间的电连接进行切换。本装置通过重量直接判断机车位置，因此其不易受到临车干扰，上下行车辆不易相互干扰，可靠性更高。同时，本装置的检测方式相对于以往的检测方式更加直接、准确，且后期维护工作量小。

Description

一种地面自动过分相装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体地说，涉及一种地面自动过分相装置。

背景技术

现有的电气化铁路接触网采用单相工频交流供电方式，为了降低电力系统三相供电网的电压不平衡度以及提高电网利用率，电气化铁路需要采用分段分相供电，即在电压相位不同的两个供电臂之间嵌入一段无电的中性区，每个供电臂与中性区之间通过锚段关节平滑过渡。在电气化铁路运营中，为了减小接触网电分相区的不利影响，大多采用车载自动过分相或地面自动过分相。

地面自动过分相装置可以在列车列车经过分相区时，通过两套开关的先后切换来达到给中性区供电的目的，这样可以大大减少列车列车无电的时间，以达到减小速度和牵引力损失的目的。根据采用的开关类型，地面自动过分相可分为机械开关地面自动过分相和电子开关地面自动过分相。

然而，无论机械地面自动过分相还是电子开关地面自动过分相，都需要列车位置信息，作为地面自动过分相装置动作的判断依据。因此，地面自动过分相的关键在于如何快速准确检出列车列车运行实际位置，从而为控制系统提供动作依据。

目前地面过分相列车列车位置检测方式主要包括计轴检测法、轨道电路检测法、红外对射检测法、接触网线索电流检测法等几种。其中，计轴检测法应用最广、最成熟，但是计轴检测法无法区分机车与货车；轨道电路检测法则需要考虑线路多编组方式，最终导致中性区长度变长(例如大于1000m)，不利于故障处理及维护；红外对射检测法及接触网检测法理论上可以直接检测机车(受电弓)位置，然而这两种方法容易受天气环境、司机操作、线路运行情况等制约，工程上无法满足可靠性要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种地面自动过分相装置，所述装置包括：

机车位置检测模块，其用于通过压力检测获取机车位置信息，并生成相应的机车位置信号，其中，所述机车位置信号包括：表征机车位于第一供电区的第一机车位置信号、表征机车位于中性区的第二机车位置信号以及表征机车位于第二供电区的第三机车位置信号；

控制模块，其与所述机车位置检测模块连接，用于根据所述机车位置信号生成相应的开关控制信号；

过分相执行模块，其控制端口与所述控制模块连接，其多个功率端口分别与所述第一供电区、中性区和第二供电区连接，用于根据所述开关控制信号对中性区与第一供电区和第二供电区之间的电连接进行切换。

根据本发明的一个实施例，所述机车位置检测模块包括至少三组压力检测单元，其中，第一组压力检测单元设置在第一供电区的轨道处，第二组压力检测单元设置在所述中性区的轨道处，第三组压力检测单元设置在第二供电区的轨道处，各个压力检测单元能够在其表面压力发生改变时生成相应的重力信号，从而得到相应的机车位置信号。

根据本发明的一个实施例，所述第二组压力检测单元与第三组压力检测单元之间的间距小于或等于两相邻机车之间的间距。

根据本发明的一个实施例，当在预设时长内首次接收到所述第一机车位置信号时，所述控制模块配置为生成第一开关控制信号，以控制所述过分相执行模块将所述中性区的电连接方式切换为与第一供电区连接。

根据本发明的一个实施例，当接收到所述第二机车位置信号时，所述控制模块配置为生成第二开关控制信号，以控制所述过分相执行模块将所述中性区的电连接方式切换为与第二供电区连接。

根据本发明的一个实施例，当接收到所述第三机车位置信号时，所述控制模块配置为生成第三开关控制信号，以控制所述过分相执行模块将所述中性区的电连接方式切换为与第一供电区连接。

根据本发明的一个实施例，对于机车位置检测模块所传输来的信号，所述控制模块配置为判断所接收到的信号所表征的峰值压力是否大于预设压力阈值，如果大于，则判定所接收到的信号为机车位置信号。

根据本发明的一个实施例，所述预设压力阈值大于整列车中货车所对应的压力值但小于整列车中机车所对应的压力值。

根据本发明的一个实施例，所述过分相执行模块包括第一可控开关和第二可控开关，所述第一可控开关连接在所述第一供电区与中性区之间，所述第二可控开关连接在所述第二供电区与中性区之间。

根据本发明的一个实施例，所述装置还包括：

保护模块，其设置在所述过分相执行模块与第一供电区和第二供电区之间，用于根据实际需要将所述过分相执行模块与所述第一供电区和/或第二供电区之间的电连接导通或是断开。

本发明所提供的地面自动过分相装置能够在列车过分相过程中实现多次换相，该装置通过纯粹的物理测量来进行相应的换相操作，这样能够有效避免轨道干扰，从而使得换相过程更加可靠，并且在工程上也更易于实现。

该装置利用牵引机车(车头)重量大于货车(客车)原理，可以基于压力检测的原理来根据重力大小区对机车及货车(客车)进行区分。同时，该装置利用机车位置检测模块可以有效识别牵引机车、货车(客车)位置，这样也就可以实现多编组列车多次换相，进而有效缩短中性区长度。

相较于传统的地面自动过分相列车位置检测装置以及方法，本装置通过重量直接判断机车位置，因此其不易受到临车干扰，上下行车辆不易相互干扰，可靠性更高。同时，本装置的检测方式相对于以往的检测方式更加直接、准确，且后期维护工作量小。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的地面自动过分相装置的结构示意图；

图2至图6是根据本发明一个实施例的列车过分相过程的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

传统的地面自动过分相装置无法满足机车多次换相需求。针对现有技术中所存在的诸多问题，本发明提供了一种新的用于轨道列车的地面自动过分相装置。

图1示出了本实施例所提供的地面自动过分相装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例所提供的地面自动过分相装置优选地包括：机车位置检测模块101、控制模块102以及过分相执行模块103。其中，机车位置检测模块101用于通过压力检测的方式来获取机车位置信息，并生成相应的机车位置信号。

其中，本实施例中，上述机车位置信号包括：表征机车位于第一供电区的第一机车位置信号、表征机车位于中性区的第二机车位置信号以及表征机车位于第二供电区的第三机车位置信号。

上述第一供电区、中性区以及第二供电区按照机车行驶方向顺序排列，列车在行驶过程中会先后驶过上述第一供电区、中性区以及第二供电区。第一供电区与第二供电区分别对应两个不同的供电站以及相应的供电臂，列车过分相也就指代列车由第一供电区驶入第二供电区。

控制模块102与机车位置检测模块101连接，其能够根据机车位置检测模块101所传输来的机车位置信号来生成相应的开关控制信号，并将该开关控制信号传输至与之连接的过分相执行模块103。

本实施例中，过分相执行模块103的控制端口与控制模块102连接，其多个功率端口分别与第一供电区、中性区和第二供电区连接。过分相执行模块103在接收到控制模块102所传输来的开关控制信号后，会根据该开关控制信号将中性区与第一供电区和第二供电区之间的电连进行切换。即，过分相执行模块103会对控制模块102所传输来的开关控制信号进行响应，从而将中性区与第一供电区之间的电连接导通并将中性区与第二供电区之间的电连接断开，或是将中性区与第二供电区之间的电连接导通并将中性区与第一供电区之间的电连接断开。

为了更加清楚地说明本实施例所提供的地面自动过分相装置的结构、实现原理以及优点，以下结合图2所示的地面自动过分相装置的电路原理示意图来作进一步的阐述。

如图2所示，本实施例中，机车位置检测模块101优选地包括至少三组压力检测单元。具体地，第一组压力检测单元CG1设置在第一供电区A的轨道处，第二组压力检测单元CG2设置在中性区B的轨道处，第三组压力检测单元CG3设置在第二供电区C的轨道处。各个压力检测单元能够在其表面压力发生改变时生成相应的重力信号，从而得到相应的机车位置信号。

本实施例中，上述压力检测单元可以采用重力传感器来实现。压力检测单元设置在轨道下方，当列车驶过时，列车自身重量的作用会使得压力检测单元所承受的压力增大，压力检测单元所产生的信号也就能够通过自身信号的变化来反映出上述压力的变化。

本实施例中，第二组压力检测单元CG2与第三组压力检测单元CG3之间的间距优选地小于或等于两相邻机车之间的间距。这样，当一机车驶过第三组压力检测单元CG3后，由于相邻机车之间的间距大于或等于第二组压力检测单元CG2与第三组压力检测单元CG3之间的间距，因此与该机车相邻的机车也就不会已经驶过第二组压力检测单元CG2。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，第一供电区A、中性区B以及第二供电区C所设置的压力检测单元的数量可以根据实际需要配置为其他不同的合理值(例如2个以上)，本发明并不对此进行限定。

过分相执行模块103包括第一可控开关K1和第二可控开关K2。其中，第一可控开关K1通过其功率端口连接在第一供电区A与中性区B之间，第二可控开关K2则通过其功率端口连接在第二供电区C与中性区B之间。本实施例中，第一可控开关K1与第二可控开关K2均通过其各自的控制端口与控制模块102连接，其能够在控制模块102的控制下导通或是关断。

需要指出的是，在本发明的不同实施例中，根据不同的实际需要，上述第一可控开关K1和第二可控开关K2既可以为机械开关，也可以为电子开关，本发明并不对此进行具体限定。

本实施例中，该地面自动过分相装置优选地还包括保护模块。其中，保护模块设置在过分相执行模块103与第一供电区A和第二供电区C之间，其能够根据实际需要将过分相执行模块103与第一供电区A和/或第二供电区C之间的电连接导通或是断开。

具体地，本实施例中，保护模块优选地包括第一断路器QF1和第二断路器QF2。其中，第一断路器QF1连接在第一可控开关K1与第一供电区A之间，第二断路器QF2则连接在第二可控开关K2与第二供电区B之间。第一断路器QF1与第二断路器QF2能够在相应控制器(例如控制模块102)的控制下导通或是关断，从而对应地将第一可控开关K1与第一供电区A之间以及第二可控开关K2与第二供电区B之间的电连接导通或是断开。

本实施例中，保护模块优选地还可以包括：第一隔离开关QS1、第二隔离开关QS2、第三隔离开关QS3以及检测用的电压互感器和/或电流互感器。第一隔离开关QS1设置在第一供电区A的供电臂与其对应的供电站之间，第二隔离开关QS2设置在中性区B的供电臂与过分相执行模块103之间，第三隔离开关QS3则设置在第二供电区C的供电臂与其对应的供电站之间。上述隔离开关能够在相应控制器(例如控制模块102)的控制下导通或是关断。

电压互感器优选地主要包括第一电压互感器PT1和第二电压互感器PT2，而电流互感器则优选地主要包括第一电流互感器CT1和第二电流互感器CT2。其中，第一电压互感器PT1和第二电压互感器PT2优选地用于测试第一供电区A所对应的供电站以及第二供电区C所对应的供电站的供电电压，而第一电流互感器CT1和第二电流互感器CT2则优选地用于测量第一供电区A和第二供电区B所流过的电流。用于实现保护功能的相应控制器与上述电压互感器和第二互感器来接，其能够基于电压互感器和/或电流互感器所传输来的电压检测信号和/或电流检测信号来进行逻辑判断，从而生成相应的控制信号以控制相应断路器和/或隔离开关的通断状态，以实现对地面自动过分相装置的电气保护。

通过对构成列车的机车(即牵引机车)与货车(客车)进行研究分析，发明人发现牵引机车的重量大于货车(客车)的重量，并且二者在重量上的差别较大。而重量较大的牵引机车驶过机车位置检测模块时，机车位置检测模块所生成的信号所表征的峰值压力也就可以视为牵引机车所对应的压力。

因此，本实施例中，控制模块可以相应地通过判断所接收到的信号所表征的峰值压力是否大于预设压力阈值来判断是由有机车(即牵引机车)驶过。其中，如果所接收到的信号所表征的峰值压力大于预设压力阈值，那么控制模块则会判定所接收到的信号为机车位置信号，即有机车驶过相应的压力检测点。其中，上述预设压力阈值优选地大于整列车中货车所对应的压力值但小于整列车中机车所对应的压力值。当然，在本发明的不同实施例中，上述预设压力阈值可以根据实际需要在满足上述要求的区间内进行合理取值，本发明并不对上述预设压力阈值的具体取值进行限定。

为了更加清楚地阐述本实施例所提供的地面自动过分相装置的结构、工作原理以及优点，以下结合图2至图6所示的列车过分相过程来对该地面自动过分相装置作进一步地说明。

一列列车可以包含多个机车以及分布在相邻机车之间的货车或是客车，在列车由第一供电区A驶向第二供电区C的过程中，当列车的第一节机车驶过第一组压力检测单元CG1时，此时第一组压力检测单元CG1将会在第一节机车的重力作用下而导致所生成的信号突然增大。当列车的第一节机车通过第一组压力检测单元CG1后，第一节机车后的火车将会驶过第一组压力检测单元CG1，由于火车的重量远小于机车的重量，因此此时第一组压力检测单元CG1所生成的信号将突然减小。

本实施例中，第一组压力检测单元CG1会将自身所生成的信号传输至控制模块102，控制模块通过将接收到的信号与预设信号阈值进行比较，也就可以判断出此时第一组压力检测单元CG1处有机车通过，此时所接收到的有第一组压力检测单元CG1所传输来的信号即为第一机车位置信号。

需要指出的是，由于各个压力检测单元的工作原理以及工作过程相同，因此也就不再对第二组压力检测单元和第三组压力检测单元的具体内容进行赘述。

本实施例中，当在预设时长内首次接收到所述第一机车位置信号时，控制模块102优选地会生成第一开关控制信号，并将该第一开关控制信号传输至与之连接的过分相执行模块103。过分相执行模块103在接收到上述第一开关控制信号后，会根据该第一开关控制信号来将中性区的电连接方式切换为与第一供电区连接。例如，控制模块102可以控制第一可控开关K1闭合并控制第二可控开关K2关断，从而使得中性区B与第一供电区A之间的电连接导通而中性区B与第二供电区C之间的电连接断开。

本实施例中，当第一节机车驶过第二组压力检测单元CG2时，第二组压力检测单元CG2会相应地生成第二机车位置信号。当接收到第二机车位置信号时，控制模块102会生成第二开关控制信号，并将该第二开关控制信号传输至与之连接的过分相执行模块103。

过分相执行模块103在接收到上述第二开关控制信号后，会根据该第二开关控制信号来将中性区的电连接方式切换为与第二供电区连接。例如，控制模块102可以控制第一可控开关K1关断并控制第二可控开关K2闭合，从而使得中性区B与第一供电区A之间的电连接断开而中性区B与第二供电区C之间的电连导通。

当第一节机车驶过第三组压力检测单元CG3时，第三组压力检测单元CG3会相应地生成第三机车位置信号。当接收到第三机车位置信号时，控制模块102会生成第三开关控制信号，并将该第三开关控制信号传输至与之连接的过分相执行模块103。

过分相执行模块103在接收到上述第三开关控制信号后，会根据该第三开关控制信号来将中性区的电连接方式切换为与第一供电区连接。例如，控制模块102可以控制第一可控开关K1闭合并控制第二可控开关K2关断，从而使得中性区B与第一供电区A之间的电连接导通而中性区B与第二供电区C之间的电连断开。

本实施例中，随着列车的行驶，第二节机车也会由第一供电区A驶向第二供电区C。本实施例中，当第二节机车驶过第一组压力检测单元CG1时，由于中性区B需要保证第一节机车的供电需求，因此中性区B所连接的供电区也就需要由第一节机车所决定，此时虽然第一组压力检测单元CG1同样会生成第一机车位置信号，但控制模块102并不会根据该第一机车位置信号而控制过分相执行模块103进行动作。

当第二节机车输入中性区B时，由于第三组压力检测单元所设置的位置的特性，第一节机车已经驶过了第三组压力检测单元CG3，因此此时中性区B与第一供电区A之间的电连接是导通的。当第二节机车驶过第二组压力检测单元CG2时，第二组压力检测单元CG2将会产生第二机车位置信号，此时控制模块102将会根据该第二机车位置信号生成第二开关控制信号，并将该第二开关控制信号传输至与之连接的过分相执行模块103。

过分相执行模块103在接收到上述第二开关控制信号后，会根据该第二开关控制信号来将中性区的电连接方式切换为与第二供电区连接。例如，控制模块102可以控制第一可控开关K1关断并控制第二可控开关K2闭合，从而使得中性区B与第一供电区A之间的电连接断开而中性区B与第二供电区C之间的电连导通。

随着列车的继续行驶，当第二节机车驶过第三组压力检测单元CG3时，第三组压力检测单元CG3会相应地生成第三机车位置信号。当接收到第三机车位置信号时，控制模块102会生成第三开关控制信号，并将该第三开关控制信号传输至与之连接的过分相执行模块103。

过分相执行模块103在接收到上述第三开关控制信号后，会根据该第三开关控制信号来将中性区的电连接方式切换为与第一供电区连接。例如，控制模块102可以控制第一可控开关K1闭合并控制第二可控开关K2关断，从而使得中性区B与第一供电区A之间的电连接导通而中性区B与第二供电区C之间的电连断开。

从上述描述中可以看出，本发明所提供的地面自动过分相装置能够在列车过分相过程中实现多次换相，该装置通过纯粹的物理测量来进行相应的换相操作，这样能够有效避免轨道干扰，从而使得换相过程更加可靠，并且在工程上也更易于实现。

该装置利用牵引机车(车头)重量大于货车(客车)原理，可以基于压力检测的原理来根据重力大小区对机车及货车(客车)进行区分。同时，该装置利用机车位置检测模块可以有效识别牵引机车、货车(客车)位置，这样也就可以实现多编组列车多次换相，进而有效缩短中性区长度。

相较于传统的地面自动过分相列车位置检测装置以及方法，本装置通过重量直接判断机车位置，因此其不易受到临车干扰，上下行车辆不易相互干扰，可靠性更高。同时，本装置的检测方式相对于以往的检测方式更加直接、准确，且后期维护工作量小。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种地面自动过分相装置，其特征在于，所述装置包括：

机车位置检测模块，其用于通过压力检测获取机车位置信息，并生成相应的机车位置信号，其中，所述机车位置信号包括：表征机车位于第一供电区的第一机车位置信号、表征机车位于中性区的第二机车位置信号以及表征机车位于第二供电区的第三机车位置信号；

控制模块，其与所述机车位置检测模块连接，用于根据所述机车位置信号生成相应的开关控制信号；

过分相执行模块，其控制端口与所述控制模块连接，其多个功率端口分别与所述第一供电区、中性区和第二供电区连接，用于根据所述开关控制信号对中性区与第一供电区和第二供电区之间的电连接进行切换。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机车位置检测模块包括至少三组压力检测单元，其中，第一组压力检测单元设置在第一供电区的轨道处，第二组压力检测单元设置在所述中性区的轨道处，第三组压力检测单元设置在第二供电区的轨道处，各个压力检测单元能够在其表面压力发生改变时生成相应的重力信号，从而得到相应的机车位置信号。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二组压力检测单元与第三组压力检测单元之间的间距小于或等于两相邻机车之间的间距。

4.如权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，当在预设时长内首次接收到所述第一机车位置信号时，所述控制模块配置为生成第一开关控制信号，以控制所述过分相执行模块将所述中性区的电连接方式切换为与第一供电区连接。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，当接收到所述第二机车位置信号时，所述控制模块配置为生成第二开关控制信号，以控制所述过分相执行模块将所述中性区的电连接方式切换为与第二供电区连接。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，当接收到所述第三机车位置信号时，所述控制模块配置为生成第三开关控制信号，以控制所述过分相执行模块将所述中性区的电连接方式切换为与第一供电区连接。

7.如权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，对于机车位置检测模块所传输来的信号，所述控制模块配置为判断所接收到的信号所表征的峰值压力是否大于预设压力阈值，如果大于，则判定所接收到的信号为机车位置信号。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预设压力阈值大于整列车中货车所对应的压力值但小于整列车中机车所对应的压力值。

9.如权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述过分相执行模块包括第一可控开关和第二可控开关，所述第一可控开关连接在所述第一供电区与中性区之间，所述第二可控开关连接在所述第二供电区与中性区之间。

10.如权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

保护模块，其设置在所述过分相执行模块与第一供电区和第二供电区之间，用于实现所述过分相执行模块与所述第一供电区和/或第二供电区之间的电连接的导通或是断开。

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