CN117048662A - 一种智能型高压集成装置、高压状态监控系统及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种智能型高压集成装置、高压状态监控系统及轨道车辆，智能型高压集成装置包括箱体，所述箱体通过隔板分割为高压区和低压区，所述高压区内设置有真空断路器、接地开关、第一电压互感器、第二电压互感器、电缆终端、避雷器和隔离开关，所述低压区内设置有真空断路器的低压部分和隔离开关的低压部分；本申请通过第一电压互感器、第二电压互感器测量值的对比，能够对真空断路器真空包真空度进行检查以及快速判定两个电压互感器的工作状态，提高装置的可靠性，避免降低动车组高压系统故障。

Description

一种智能型高压集成装置、高压状态监控系统及轨道车辆

技术领域

本申请涉及轨道车辆领域，具体涉及一种智能型高压集成装置、高压状态监控系统及轨道车辆。

背景技术

动车组高压系统通常将电压互感器、真空断路器及接地开关、电缆终端、避雷器和隔离开关集成在一封闭空间内，降低外界环境对高压部件绝缘性能的影响，在一定程度提高了高压系统的稳定性，但由于箱内空间相对封闭，空气不能有效更换，当过分相产生谐波过电压超过起晕条件时，空气的绝缘度下降导致高压箱内部闪络，同时谐波电压也会造成避雷器和电压互感器过热炸裂，并对箱内高压部件形成二次伤害，并且不能查看箱内环境，故障状态无法识别。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例中提供了一种智能型高压集成装置、系统及车辆，能够对真空断路器真空包真空度进行检查。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种智能型高压集成装置，包括箱体，所述箱体通过隔板分割为高压区和低压区，所述高压区内设置有真空断路器、接地开关、第一电压互感器、第二电压互感器、电缆终端、避雷器和隔离开关，所述低压区内设置有真空断路器的低压部分和隔离开关的低压部分；所述真空断路器的静端用于通过电缆终端与受电弓相连，所述真空断路器与受电弓之间的连线分别与第一电压互感器、接地开关相连，所述真空断路器的动端与隔离开关相连，所述真空断路器与隔离开关之间的连线分别与第二电压互感器、避雷器相连。

优选地，所述箱体外侧设置有一级能量释放保护装置，所述避雷器底部通过法兰与一级能量释放保护装置连通。

优选地，所述箱体外侧设置有二级能量释放保护装置，所述一级能量释放保护装置通过泄压阀与二级能量释放保护装置连通。

优选地，所述低压区内设置有摄像头、步进电机和充电装置，所述摄像头分别与步进电机、充电装置电连接。

优选地，所述高压区内设置有用于判断高压区内是否处于高压环境的高压有无确定继电器，用于将高压区内的高压环境判断结果输出至外部监控系。

优选地，所述低压区内设置有蓝牙传输装置，所述摄像头通过蓝牙传输装置与外部控制设备通信连接。

优选地，所述低压区内设置有存储装置，所述存储装置与摄像头电连接。

优选地，所述低压区内设置有补光灯，所述补光灯与通过所述蓝牙传输装置与所述外部控制设备通信连接，且与所述摄像头对应设置。

优选地，所述电缆终端包括主电路电缆终端、本牵引单元电缆终端和邻牵引电缆终端，所述真空断路器通过主电路电缆终端与受电弓相连，所述真空断路器的动端通过本牵引单元电缆终端与牵引单元相连，所述隔离开关与邻牵引电缆终端相连。

优选地，所述第一电压互感器和第二电压互感器的低压部分设置在低压区内。

优选地，所述真空断路器的低压部分和隔离开关的低压部分分别设置在高压区两侧。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种高压状态监控系统，用于轨道车辆，包括如上所述的智能型高压集成装置，所述系统包括：信号接收单元：用于接收第一电压互感器、第二电压互感器采集到的电压信号并发送至A/D转换单元；A/D转换单元：用于接收采集到的电压信号，将电压信号转换为数字信号后发送至所述轨道车辆的中央处理单元，所述中央处理单元根据所述数字信号判断所述智能型高压集成装置的工作状态，并相应生成控制指令；信号输出单元：用于接收所述中央处理单元的控制指令，并向待控制部件输出控制指令。

根据本申请实施例的第三个方面，提供了一种轨道车辆，包括如第一个方面所述的智能型高压集成装置。

采用本申请实施例中提供的一种智能型高压集成装置、系统及车辆，包括箱体，所述箱体通过隔板分割为高压区和低压区，高压区内设置有真空断路器、接地开关、第一电压互感器、第二电压互感器、电缆终端、避雷器和隔离开关，低压区内设置有真空断路器的低压部分和隔离开关的低压部分；本申请通过第一电压互感器、第二电压互感器测量值的对比，能够对真空断路器真空包真空度进行检查以及快速判定两个电压互感器的工作状态；在真空断路器断开的情况下，通过两个电压互感器的差值，可判定真空包的真空度；对隔离开关和真空断路器的低压区进行单独设计，与高压区隔离，提高控制电路的抗电磁兼容性，同时提高低压区控制电路的检修便利性，提高装置的可靠性，避免降低动车组高压系统故障。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种智能型高压集成箱的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种智能型高压集成系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的智能型高压集成装置在轨道车辆干线中的连接示意图；

图中：1为高压区，11为真空断路器，12为接地开关，13为第一电压互感器，14为第二电压互感器，15为避雷器，16为隔离开关，17为主电路电缆终端，18为本牵引单元电缆终端，19为邻牵引电缆终端，2为低压区，101为信号接收单元，102为A/D转换单元，103为信号输出单元。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在实现本申请的过程中，发明人发现，车辆运行时，主断路器真空包真空度降低导致绝缘性能下降无法监控，当真空包真空度下降到一定值时，会导致其无法切除故障，导致故障影响进一步扩大。

针对上述问题，本申请实施例中提供了一种智能型高压集成装置，如图1所示，包括箱体，所述箱体通过隔板分割为高压区1和低压区2，所述高压区1内设置有真空断路器11、接地开关12、第一电压互感器13、第二电压互感器14、电缆终端、避雷器15和隔离开关16，所述低压区2内设置有真空断路器11的低压部分、隔离开关16的低压部分及第一电压互感器13和第二电压互感器14的低压部分；所述低压区2至少为两个，所述真空断路器11的低压部分、隔离开关16的低压部分分别设置在高压区1两侧；所述真空断路器11的静端用于通过电缆终端与受电弓相连，所述真空断路器11与受电弓之间的连线分别与第一电压互感器13、接地开关12相连，所述真空断路器11的动端与隔离开关16相连，所述真空断路器11与隔离开关16之间的连线分别与第二电压互感器14、避雷器15相连。

本装置为车下安装式，第一电压互感器13、第二电压互感器14分别设置在真空断路器11的输入端和输出端，通过第一电压互感器13、第二电压互感器14测量值的对比，能够对真空断路器真空包真空度进行检查以及快速判定两个电压互感器的工作状态；在真空断路器断开的情况下，通过两个电压互感器的差值，可判定真空包的真空度；对隔离开关和真空断路器的低压区进行单独设计，与高压区隔离，提高控制电路的抗电磁兼容性，同时提高低压区控制电路的检修便利性，提高装置的可靠性，避免降低动车组高压系统故障。

进一步地，所述箱体外侧设置有一级能量释放保护装置3和二级能量释放保护装置4，所述避雷器15底部通过法兰与一级能量释放保护装置3连通，该一级能量释放保护装置3可以是设置在避雷器15底部的封闭的箱体，且所述一级能量释放保护装置3通过泄压阀与二级能量释放保护装置连通；所述二级能量释放保护装置4包括膨胀气囊，二级能量释放保护装置4正常处于压缩状态；本实施例中，通过选用避雷器由侧部能量释放改为法兰底部释放，在安装箱体外侧设计一级能量释放保护装置3，此装置可以承受能量级较小的能量存储，当内部压力值超过压力释放阀的设定值时，打开泄气阀，二级能量释放保护装置4迅速启动，降低能量快速上升导致的压力上升，以保护一级能量释放保护装置3；本实施例在避雷器15底部设置一级能量释放保护装置3和二级能量保护装置4，即在避雷器的后端设计封闭空间作为释放空间，避免氧化锌蒸汽释放到高压区对高压区其余部件造成影响；通过设置专门的避雷器释放空间，杜绝避雷器热释放对其他部件的影响，解决需要拆箱检查的现状，可以有效的避免车辆高压系统的常见性故障，提前预警，提高车辆运行的稳定性和检修的便利性。

低压区内设置有摄像头、步进电机和充电装置，摄像头分别与步进电机、充电装置电连接。摄像头组件设置在箱体内，相对远离(大于310mm)真空断路器等的高压部分，是一个安全区位置；摄像头针对真空断路器、隔离开关设置，用于检测其状态。

高压区内设置有高压有无确定继电器，高压有无确定继电器用于判断高压区内是否处于高压环境。

低压区内设置有蓝牙传输装置，摄像头通过蓝牙传输装置与外部控制设备(如手持终端、控制中心等)通信连接，所述外部控制设备由检修人员随身携带。

低压区内设置有存储装置，存储装置与摄像头电连接；存储装置用于在高压区出现故障时，检修人员手动存储摄像头的数据信息。

低压区内设置有补光灯，所述补光灯设置在摄像头上方，所述补光灯与通过所述蓝牙传输装置与所述外部控制设备通信连接，且与所述摄像头对应设置所述补光灯用于对断路器、隔离开关等待检测部件的照明，便于摄像头拍摄断路器、隔离开关等部件的拍摄。补光灯可优选与摄像头联动，即可以随着摄像头的移动而移动，以便随时为其拍摄提供照明。

具体地，高压区内需要检修时，通过高压有无确定继电器判断高压区内是否处于高压环境，当高压区内处于高压环境时，则摄像头不工作，当高压区内处于非高压环境下，手持终端发出检修命令，补光灯激活，摄像头唤醒，通过手持终端选择检修模式，自动模式按照协议规定，在步进电机的带动下，摄像头在特定轨道上滑动，对真空断路器11和隔离开关16开展检测，并将故障点发给手持终端进行人为确认，如此可借助高压有无确定继电器的判断避免摄像头在高压区的在高压环境下工作而导致损坏；非自动模式由检修人员选择需要检修的部件，对其整体检查，并人为控制摄像头的视野角度；检修视频和数据分析可通过蓝牙传输装置或通讯接口传输给检查人员使用的设备；本实施例通过设定智能巡检摄像头，解决高压区需要拆解箱体检查的现状，实现远程可视化智能检查巡检。

进一步地，所述电缆终端包括主电路电缆终端17、本牵引单元电缆终端18和邻牵引电缆终端19，所述真空断路器11通过主电路电缆终端17与受电弓相连，所述真空断路器11的动端通过本牵引单元电缆终端18与牵引单元相连，所述隔离开关16与邻牵引电缆终端19相连。

本申请实施例中提供了一种高压状态监控系统，用于轨道车辆，包括如上所述的智能型高压集成装置，如图2所示，所述系统包括：

信号接收单元101：用于接收第一电压互感器13、第二电压互感器14采集到的电压信号并发送至A/D转换单元；

A/D转换单元102：用于接收采集到的电压信号，将电压信号转换为数字信号后发送至所述轨道车辆的中央处理单元，所述中央处理单元根据所述数字信号判断所述智能型高压集成装置的工作状态，并相应生成控制指令；所述控制指令包括真空断路器控制指令和受电弓控制指令；

信号输出单元103：用于接收所述中央处理单元的控制指令，并向待控制部件输出控制指令；所述待控制部件可以包括真空断路器和受电弓等。

具体地，根据信号采集的特性，信号接收单元101接收第一电压互感器13、第二电压互感器14采集到的电压信号模拟量，通过A/D转换单元102将模拟量转为数字量，经处理后发至所述轨道车辆的中央处理单元，所述中央处理单元根据所述数字信号判断所述智能型高压集成装置的工作状态，并相应生成控制指令；信号输出单元103接收所述中央处理单元的控制指令，并向待控制部件输出控制指令；本实施例通过采集第一电压互感器13、第二电压互感器14的电压值，轨道车辆的中央处理单元根据所述数字信号判断所述智能型高压集成装置的工作状态，并相应生成控制指令，从而判定真空断路器11是否断开，受电弓是否降落，以避免真空断路器11真空包真空度失效和第一电压互感器13、第二电压互感器14匝间短路故障的扩大化，轨道车辆的中中央处理单元提示司机可以切除故障位于哪一个牵引单元，将其切除后，此时司机可继续维持机车车辆运行。

本实施例中，智能型高压集成装置在车下安装。如图3所示，03车和06车设置有受电弓，设置在03车和06车的智能型高压集成装置分别与其受电弓连接。为便于方案阐述，设定03车受电弓升起，06车受电弓未升起，即03车为升弓单元侧，06车为非升弓单元侧。在列车的升弓单元侧设置的智能型高压集成装置内的第一电压互感器13为VT1、第二电压互感器14为VT2，且VT1设置在真空断路器11和受电弓之间，VT2设置在真空断路器11之后；相应地，非升弓单元侧设置的智能型高压集成装置内的第一电压互感器13为VT3、第二电压互感器14为VT4，且VT3设置在真空断路器11和受电弓之间，VT4设置在真空断路器11之后。此外，各车的第二电压互感器由共同母线连接处于等电位，即03车VT2和06车的VT4由共同母线连接，两电压互感器处于等电位。在该实施例中，可以按照如下方法判断真空断路器的真空包真空度监测。

升弓单元侧(对应03车)真空断路器的真空包真空度监测方法为，当03车的受电弓升起、真空断路器未闭合且真空断路器后侧电压互感器VT2＞阈值(如2.5kV)，则说明升弓单元侧真空断路器的真空包真空度失效，此时应禁止闭合真空断路器，受电弓降弓锁闭，提示隔离开关打开，升起另一端受电弓(即06车的受电弓)降功率运营。非升弓单元侧(对应06车)真空断路器的真空包真空度监测，当升弓单元侧(即03车)的受电弓升起、真空断路器闭合且非升弓单元侧的电压互感器VT3＞阈值(如2.5kV)，则说明非升弓单元侧真空包真空度失效；说明受电弓非升起端真空断路器真空度失效，后续禁止闭合此真空断路器，提示断开工作端真空断路器、隔离开关打开，再次闭合工作端真空断路器降功率运营。

本实施例中的阈值给出的2.5kV只是示例性的，可以根据实际情况和需求进行选择，且不同表达式中的阈值可以不同。

进一步地，当作为升弓单元侧的03车受电弓升起、真空断路器闭合且VT1-VT2＞阈值(如2.5kV)且VT1-VT4＞阈值(如2.5kV)，则说明升弓单元侧侧VT1故障，此时中央控制单元会自动断开真空断路器，并降弓，中央控制单元会提示手动升起另一单元受电弓和闭合主断，满功率运营；其他电压互感器类推。

进一步地，由于VT2和VT4处于等电位，因此可将VT2和VT4合并为一个VT2电压互感器，减少电压互感器数量，真空断路器真空包和电压互感器匝间短路故障后，评估VT1和VT2之间的电压值，也可以对故障进行判断。但当故障解决措施实施后，隔离开关打开，另一半高压系统无法进行智能检测，即将VT2和VT4合并，而没有在每一个智能型高压集成装置上均设置真空断路器后侧的第二电压互感器，也就无法利用第二电压互感器监测判断升弓单元侧真空断路器的真空包真空度。换而言之，结合图3所示，若VT2和VT4合并，则无法实现利用VT4监测判断升弓单元侧03车的真空断路器的真空包真空度是否失效。

一种轨道车辆，包括如上所述的智能型高压集成装置，智能型高压集成装置设置在车辆的多节车厢，且在车下安装。或者，该轨道车辆包括有上述实施例中的高压状态监控系统，轨道车辆的中央处理单元与高压状态监控系统的A/D转换单元和信号输出单元等信号连接。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种智能型高压集成装置，包括箱体，其特征在于，所述箱体通过隔板分割为高压区和低压区，所述高压区内设置有真空断路器、接地开关、第一电压互感器、第二电压互感器、电缆终端、避雷器和隔离开关，所述低压区内设置有真空断路器的低压部分和隔离开关的低压部分；

所述真空断路器的静端用于通过电缆终端与受电弓相连，所述真空断路器与受电弓之间的连线分别与第一电压互感器、接地开关相连，所述真空断路器的动端与隔离开关相连，所述真空断路器与隔离开关之间的连线分别与第二电压互感器、避雷器相连。

2.根据权利要求1所述的一种智能型高压集成装置，其特征在于，所述箱体外侧设置有一级能量释放保护装置，所述避雷器底部通过法兰与一级能量释放保护装置连通。

3.根据权利要求2所述的一种智能型高压集成装置，其特征在于，所述箱体外侧设置有二级能量释放保护装置，所述一级能量释放保护装置通过泄压阀与二级能量释放保护装置连通。

4.根据权利要求1所述的一种智能型高压集成装置，其特征在于，所述低压区内设置有摄像头、步进电机和充电装置，所述摄像头分别与步进电机、充电装置电连接。

5.根据权利要求4所述的一种智能型高压集成装置，其特征在于，所述高压区内设置有用于判断高压区内是否处于高压环境的高压有无确定继电器，用于将高压区内的高压环境判断结果输出至外部监控系统。

6.根据权利要求4所述的一种智能型高压集成装置，其特征在于，所述低压区内设置有蓝牙传输装置，所述摄像头通过蓝牙传输装置与外部控制设备通信连接。

7.根据权利要求4所述的一种智能型高压集成装置，其特征在于，所述低压区内设置有存储装置，所述存储装置与摄像头电连接。

8.根据权利要求6所述的一种智能型高压集成装置，其特征在于，所述低压区内设置有补光灯，所述补光灯与通过所述蓝牙传输装置与所述外部控制设备通信连接，且与所述摄像头对应设置。

9.根据权利要求1所述的一种智能型高压集成装置，其特征在于，所述电缆终端包括主电路电缆终端、本牵引单元电缆终端和邻牵引电缆终端，所述真空断路器通过主电路电缆终端与受电弓相连，所述真空断路器的动端通过本牵引单元电缆终端与牵引单元相连，所述隔离开关与邻牵引电缆终端相连。

10.根据权利要求1所述的一种智能型高压集成装置，其特征在于，所述第一电压互感器和第二电压互感器的低压部分设置在低压区内。

11.根据权利要求1所述的一种智能型高压集成装置，其特征在于，所述真空断路器的低压部分和隔离开关的低压部分分别设置在高压区两侧。

12.一种高压状态监控系统，用于轨道车辆，其特征在于，包括如权利要求1至11任一所述的智能型高压集成装置，所述系统包括：

信号接收单元：用于接收第一电压互感器、第二电压互感器采集到的电压信号并发送至A/D转换单元；

A/D转换单元：用于接收采集到的电压信号，将电压信号转换为数字信号后发送至所述轨道车辆的中央处理单元，所述中央处理单元根据所述数字信号判断所述智能型高压集成装置的工作状态，并相应生成控制指令；

信号输出单元：用于接收所述中央处理单元的控制指令，并向待控制部件输出控制指令。

13.一种轨道车辆，其特征在于，包括如权利要求1至11任一所述的智能型高压集成装置；或者，包括如权利要求12所述的高压状态监控系统。