WO2018107384A1 - 一种电力机车主电路及电力机车 - Google Patents

Abstract

一种电力机车主电路及电力机车。所述电力机车主电路，包括交流供电网机车主电路，直流供电网机车主电路，交直流网压检测装置，第一转换开关，控制装置；交直流网压检测装置与高压隔离开关的输出端相连检测线路当前网压并将当前网压发送给控制装置；控制装置分别与交直流网压检测装置及第一转换开关的控制端相连，根据当前网压确定当前触网状态并控制第一转换开关的开关状态；第一转换开关的第一端与接地端相连，第一转换开关的第二端与直流供电网机车主电路的输入端相连；该电路能够根据当前触网状态控制第一转换开关的开关状态，自动转换运行模式，实现电力机车在交直流接触网下兼容运行。

Description

一种电力机车主电路及电力机车 技术领域

本发明涉及电力机车技术领域，特别涉及一种电力机车主电路及电力机车。

背景技术

目前在轨道交通领域，大多数干线铁路均采用AC25kV@50HZ为干线电力机车供电，其电力机车主电路结构如图1所示，而城市轨道交通采用DC3kV及以下为其地铁车辆进行供电，其电力机车主电路结构如图2所示。

根据图1和图2可以看出由于每种机车主电路其都针对一种供电形式，即只能在机车主电路对应的供电线路下运行。其中，图1中电力机车主电路包括：1受电弓；2高压隔离开关；3避雷器；4真空断路器；5交流接地开关；6高压电压互感器；7高压电流互感器；8牵引变压器；9牵引变流器；10牵引电机；11轴端接地装置。图2中电力机车主电路包括：1受电弓；2高压隔离开关；3避雷器；4快速断路器；5直流接地开关；6直流电压传感器；7直流电流传感器；8牵引变流器；9牵引电机；10轴端接地装置。其中，图1中虚线框中的电路为交流供电网机车主电路，其输入端与高压隔离开关的输出端相连，其输出端与轴端接地装置相连；图2中虚线框中的电路为直流供电网机车主电路，其输入端与高压隔离开关的输出端相连，其输出端与轴端接地装置相连。

然而一些特殊地区(如南非及西欧等地)其干线铁路网会出现交直流接触网同时并存的局面(即该区域一部分接触网供电制式为AC25kV@50HZ，而另外一部分接触网其供电制式为DC3kV)。为实现电力机车能够在交直流接触网下兼容运行，亟需解决电力机车交直运行模式的自动转换问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力机车主电路及电力机车，该电路能通过交直流网压检测装置能够实时检测当前触网状态，并根据当前触网状态自动转换运行模式，以实现电力机车在交直流接触网下兼容运行。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电力机车主电路，包括交流供电网机车主电路，直流供电网机车主电路，还包括：交直流网压检测装置，第一转换开关，控制装置；其中，

所述交直流网压检测装置与高压隔离开关的输出端相连，用于检测线路当前网压，并将所述当前网压发送给所述控制装置；

所述控制装置分别与所述交直流网压检测装置及所述第一转换开关的控制端相连，用于根据所述当前网压确定当前触网状态，并控制所述第一转换开关的开关状态；

所述第一转换开关的第一端与接地端相连，所述第一转换开关的第二端与所述直流供电网机车主电路的输入端相连。

可选的，本方案还包括：第二转换开关，第三转换开关；其中，

所述控制装置分别与所述第二转换开关的控制端及所述第三转换开关的控制端相连，用于根据所述当前网压确定当前触网状态，并控制所述第一转换开关，所述第二转换开关，所述第三转换开关的开关状态；

所述第二转换开关的第一端与第一牵引变流器的直流输出端相连，所述第二转换开关的第二端与直流电流传感器的输入端相连；

所述第三转换开关的第一端与第二牵引变流器的直流输出端相连，所述第三转换开关的第二端与所述直流电流传感器的输入端相连。

可选的，所述第一转换开关具体为单刀双掷开关；其中，当所述当前触网状态为交流时，所述单刀双掷开关的触点闭合于所述单刀双掷开关的第一端，所述第二转换开关及所述第三转换开关断开；当所述当前触网状态为直流时，所述单刀双掷开关的触点闭合于所述单刀双掷开关的第二端，所述第二转换开关及所述第三转换开关闭合。

可选的，所述第一转换开关具体为继电器。

可选的，所述第二转换开关和所述第三转换开关均为继电器。

可选的，所述控制装置具体为机车网络控制系统中的处理器。

可选的，本方案还包括：

与所述控制装置相连，显示当前触网状态的显示装置。

可选的，所述控制装置包括：

与所述第一转换开关相连，检测所述第一转换开关的开关状态的检测部件。

可选的，本方案还包括：

与所述控制装置相连，开关状态异常时进行报警的报警装置。

本发明还提供一种电力机车，包括如上述所述的电力机车主电路。

本发明所提供的一种电力机车主电路，包括交流供电网机车主电路，直流供电网机车主电路，还包括：交直流网压检测装置，第一转换开关，控制装置；其中，所述交直流网压检测装置与高压隔离开关的输出端相连，用于检测线路当前网压，并将所述当前网压发送给所述控制装置；所述控制装置分别与所述交直流网压检测装置及所述第一转换开关的控制端相连，用于根据所述当前网压确定当前触网状态，并控制所述第一转换开关的开关状态；所述第一转换开关的第一端与接地端相连，所述第一转换开关的第二端与所述直流供电网机车主电路的输入端相连；

可见，该电路能通过交直流网压检测装置能够实时检测当前触网状态，并根据当前触网状态(即当前电流制式)控制第一转换开关的开关状态，从而自动转换运行模式，以实现电力机车在交直流接触网下兼容运行；本发明还提供了一种电力机车，具有上述有益效果，在此不再赘述。

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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中所提供的交流供电网的电力机车主电路的结构示意图；

图2为现有技术中所提供的直流供电网的电路机车主电路的结构示意 图；

图3为本发明实施例所提供的一种电力机车主电路的结构框图；

图4为本发明实施例所提供的另一电力机车主电路的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电力机车主电路及电力机车，该电路能通过交直流网压检测装置能够实时检测当前触网状态，并根据当前触网状态自动转换运行模式，以实现电力机车在交直流接触网下兼容运行。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供的电力机车主电路能够实现图1中的交流供电网的电力机车主电路的功能及图2中的直流供电网的电路机车主电路的功能，即可以实现自动转换电力机车交直流运行模式，以实现电力机车在交直流接触网下兼容运行。具体请参考图3，图3为本发明实施例所提供的一种电力机车主电路的结构框图；包括交流供电网机车主电路100，直流供电网机车主电路200，还包括：交直流网压检测装置36，第一转换开关371，控制装置；其中，

交直流网压检测装置36与高压隔离开关32的输出端相连，用于检测线路当前网压，并将当前网压发送给所述控制装置；

控制装置分别与交直流网压检测装置36及第一转换开关371的控制端相连，用于根据当前网压确定当前触网状态，并控制第一转换开关371的开关状态；

第一转换开关371的第一端与接地端相连，第一转换开关371的第二端与直流供电网机车主电路200的输入端相连。

具体的，图3中的交流供电网机车主电路100是电力机车在交流供电网 下运行主电路，其具体形式可以如图1中虚线框中的电路即交流供电网机车主电路，其输入端与高压隔离开关2的输出端相连，其输出端与轴端接地装置11相连；图3中的直流供电网机车主电路200是电力机车在直流供电网下运行主电路，其具体形式可以如图2中虚线框中的电路为直流供电网机车主电路，其输入端与高压隔离开关2的输出端相连，其输出端与轴端接地装置10相连。在本实施例中轴端接地装置即指图3中的45，图3中的31为受电弓，32为高压隔离开关。

具体的该电力机车主电路的自动转换电力机车交直流运行模式的过称为：交直流网压检测装置36检测线路当前网压，并将当前网压发送给所述控制装置，控制装置分别与交直流网压检测装置36及第一转换开关371的控制端相连，用于根据当前网压确定当前触网状态，并控制第一转换开关371的开关状态；当控制装置判断当前触网状态为交流时，控制装置控制第一转换开关371与第一端导通即与接地端相连，此时交流供电网机车主电路100中开关闭合(这里的开关即现有技术中将交流供电网机车主电路接入电路的开关，可以理解为图1中的4即真空断路器)，即将交流供电网机车主电路100连接入电路中，即使交流供电网机车主电路100的输入端与高压隔离开关32连通，此时电力机车主电路的运行模式为交流模式；其中，当机车处于交流模式下，第一转换开关置于接地位，能避免当机车处于交流工况时，由于交流感应网压导致直流避雷器击穿。

当控制装置判断当前触网状态为直流时，控制装置控制第一转换开关371与第二端导通，此时直流供电网机车主电路200中开关闭合(这里的开关即现有技术中将直流供电网机车主电路接入电路的开关，可以理解为图2中的4即快速断路器)，即将直流供电网机车主电路200连接入电路中，即使直流供电网机车主电路200的输入端与高压隔离开关32连通，此时电力机车主电路的运行模式为直流模式。本实施例中，当处于交流运行模式时，交流供电网机车主电路100的工作过程与现有技术中一致；当处于直流运行模式时，直流供电网机车主电路200的工作过程与现有技术中一致。

进一步，由于交直流网压检测装置36可以是实时检测线路当前网压，也可以是按照预定检测周期检测线路当前网压；这时控制装置需要根据接 收到的当前网压实时或者按照预定检测周期进行当前触网状态的判定，并需要根据判定结果实时或者按照预定检测周期控制第一转换开关371的开关状态。这时控制装置需要实时或者按照预定检测周期向第一转换开关371发送控制指令。为了减少控制装置发送控制指令的数量。可选的，这里的控制装置在得到当前触网状态后需要获取当前第一转换开关371的开关状态，并判断当前第一转换开关371的状态是否与当前触网状态相对应，若是则不需要向第一转换开关371发送控制指令。例如当第一转换开关371与第一端导通，即交流供电网机车主电路100连接入电路的状态，之后控制装置根据获取的当前网压判定出当前触网状态为交流时，检测第一转换开关371是否与第一端导通，此时第一转换开关371与第一端导通，因此控制装置不需要给第一转换开关371发送控制指令。

本实施例中交流供电网机车主电路100以及直流供电网机车主电路200可以分别具有其对应的受电弓，高压隔离开关以及轴端接地装置，也可以交流供电网机车主电路100和直流供电网机车主电路200共用受电弓，高压隔离开关以及轴端接地装置中至少一种。即为了提高电力机车主电路的集成度，优选的，交流供电网机车主电路100和直流供电网机车主电路200共用受电弓，高压隔离开关以及轴端接地装置。从而提升系统集成度，简化电路结构。

本实施例中的控制装置可以设置于电力机车主电路中，也可以是集成于交直流网压检测装置36中或集成于第一转换开关371中；或者是利用机车网络控制系统中的处理器作为控制装置。因此，本实施例并不限定控制装置的位置及具体形式。为了减少电路器件，提高已有器件的利用率，进一步简化电路结构。优选的，可以利用机车网络控制系统中的处理器作为控制装置。机车网络控制系统中的处理器具有处理速度快，可靠性高的优点。此时本实施例的工作过程可以是：

当受电弓升起且高压隔离开关处于闭合状态，交直流网压检测装置将检测当前网压，并将感应到的网侧电压幅值信息及制式信息实时发送给机车网络控制系统(以下简称“控制系统”)，机车由此获取当前接触网状态。当机车获取到当前接触网状态后(“交流”/“直流”)，控制系统将配置第 一转换开关到对应的位置(“交流位”即第一端/“直流位”即第二端)。当第一转换开关被配置为“交流位”即第一端时，机车将通过交流通路(即：受电弓→高压隔离开关→第一转换开关→真空断路器→牵引变压器→牵引变流器→牵引电机→轴端接地装置)以获得牵引；其中，真空断路器，牵引变压器，牵引变流器，牵引电机为交流供电网机车主电路100的一种具体形式；而当第一转换开关被配置为“直流位”即第二端时，机车将通过直流通路(即：受电弓→高压隔离开关→第一转换开关→快速断路器→牵引变流器→牵引电机→轴端接地装置)以获得牵引；其中，快速断路器，牵引变流器，牵引电机为直流供电网机车主电路200的一种具体形式。

本实施例并不对第一转换开关进行限定，其可以是任意一种可以根据指令进行切换的开关，例如单刀双掷开关，或者是继电器等。

基于上述技术方案，本发明实施例提的电力机车主电路，电路结构简单、集成度高，交直流通路共用受电弓、高压隔离开关、轴端接地装置等设备，在提高了设备利用率的同时，节约了机车设备布置所需的空间；该电路设有交直流网压检测装置，该装置将所感应到的网侧电压幅值信息及制式信息实时发送给控制装置(如机车网络控制系统)，机车由此获取当前接触网状态；该电路同时设有第一转换开关，该第一转换开关受控制装置(如机车网络控制系统)所控制，控制装置(如机车网络控制系统)通过当前接触网状态向该第一转换开关发出对应开关状态指令(“交流位”/“直流位”)，从而自动转换机车交直流运行模式，以实现机车在交直流接触网下兼容运行。

为了进一步提高了设备利用率，可以将牵引变流器作为共用器件，具体请参考图4，图4为本发明实施例所提供的另一电力机车主电路的结构示意图；包括交流供电网机车主电路，直流供电网机车主电路，还可以包括：交直流网压检测装置36，第一转换开关371，第二转换开关372，第三转换开关373，控制装置；其中，

交直流网压检测装置36与高压隔离开关32的输出端相连，用于检测线路当前网压，并将当前网压发送给控制装置；

控制装置分别与交直流网压检测装置36，第一转换开关371的控制端， 第二转换开关372的控制端及第三转换开关373的控制端相连，用于根据当前网压确定当前触网状态，并控制第一转换开关371，第二转换开关372，第三转换开关373的开关状态；

第一转换开关371的第一端与接地端相连，第一转换开关371的第二端与直流供电网机车主电路的输入端相连；

第二转换开关372的第一端与第一牵引变流器431的直流输出端相连，第二转换开关的第二端与直流电流传感器411的输入端相连；

第三转换开关373的第一端与第二牵引变流器432的直流输出端相连，第三转换开关373的第二端与直流电流传感器411的输入端相连。

具体的，为了使交流供电网机车主电路和直流供电网机车主电路可以共用牵引变流器，可以按照图4中的形式设置第二转换开关372及第三转换开关373。使得在交流供电网机车主电路导通时，牵引变流器为整个431和432，在直流供电网机车主电路导通时，牵引变流器为仅包含431和432中后两个器件，即第二转换开关372及第三转换开关373用于控制431和432的结构。将直流电流传感器412的输出端分别于牵引变流器431和432中的电感一端相连如图4所示，第二转换开关372的第一端与第一牵引变流器431的直流输出端相连，第三转换开关373的第一端与第二牵引变流器432的直流输出端相连；具体连接形式请参考图4。

此时，当控制装置判断当前触网状态为交流时，控制装置控制第一转换开关371与第一端导通，第二转换开关372闭合于第一端及第三转换开关373闭合于第一端，真空断路器34闭合，即将交流供电网机车主电路连接入电路中，即使交流供电网机车主电路的输入端与高压隔离开关32连通，且整个431和432均在连通电路中，此时电力机车主电路的运行模式为交流模式；当控制装置判断当前触网状态为直流时，控制装置控制第一转换开关371与第二端导通，第二转换开关372与第一端断开及第三转换开关373与第一端断开，快速断路器38闭合，即将直流供电网机车主电路连接入电路中，即使直流供电网机车主电路的输入端与高压隔离开关32连通，且部分431和432均在连通电路中，此时电力机车主电路的运行模式为直流模式。

请参考图4，在该拓扑图中，交直流通路共用受电弓31、高压隔离开关32、牵引变流器431和432及轴端接地装置45等设备，拓扑结构简单、系统集成度高。其中，受电弓31；高压隔离开关32；避雷器33；真空断路器34；交流接地开关35；交直流网压检测装置36；第一转换开关37；快速断路器38；直流接地开关39；高压电流互感器40；直流电流传感器411和412；牵引变压器42，第一牵引变流器431；第二牵引变流器432；牵引电机44；轴端接地装置45。

基于上述任意实施例，本实施例中第一转换开关具体为单刀双掷开关；其中，当所述当前触网状态为交流时，所述单刀双掷开关的触点闭合于所述单刀双掷开关的第一端，所述第二转换开关及所述第三转换开关断开；当所述当前触网状态为直流时，所述单刀双掷开关的触点闭合于所述单刀双掷开关的第二端，所述第二转换开关及所述第三转换开关闭合。

具体的，单刀双掷开关为常用器件成本低。且当机车处于交流模式下，第一转换开关置于接地位，能避免当机车处于交流工况时，由于交流感应网压导致直流避雷器击穿。

本实施例的基本工作过程可以是：当受电弓升起且高压隔离开关处于闭合状态交直流网压检测装置将检测当前网压，并将感应到的网侧电压幅值信息及制式信息实时发送给机车网络控制系统(以下简称“控制系统”)，机车由此获取当前接触网状态。当机车获取到当前接触网状态后(“交流”/“直流”)，控制系统将配置第一转换开关切换到对应的位置(“交流位”/“直流位”)。当第一转换开关被配置为“交流位”时，机车将通过交流通路(即：受电弓→高压隔离开关→第一转换开关→真空断路器→牵引变压器→牵引变流器→牵引电机→轴端接地装置)以获得牵引；而当第一转换开关被配置为“直流位”时，机车将通过直流通路(即：受电弓→高压隔离开关→第一转换开关→快速断路器→牵引变流器→牵引电机→轴端接地装置)以获得牵引。

在另一实施例中，所述第一转换开关，所述第二转换开关和所述第三转换开关均可以是继电器。由于继电器也是常用开关器件，可靠性好，因 此上述各个实施例中的开关可以均替换为继电器，此时其连接都适应性配合改变。

为了使得电力机车工作人员及时得知目前电机机车的运行模式，因此在本实施例中还可以包括显示装置，其与所述控制装置相连，显示当前触网状态。当然也可以直接显示当前运行模式，或者各个开关的开关状态，这里的开关可以包括第一转换开关，第二转换开关和第三转换开关。

为了进一步提高开关状态转换的准确性，在本实施例中所述控制装置可以包括：与所述第一转换开关相连，检测所述第一转换开关的开关状态的检测部件。与所述控制装置相连，开关状态异常时进行报警的报警装置。此时，当检测到开关状态异常时及时报警，以提高电力机车运行安全性。报警装置可以是蜂鸣器等。这里报警装置可以在报警的同时触发紧急制动模式，以保证电力机车的安全运行。

基于上述技术方案，本发明实施例提的电力机车主电路，电路结构简单、集成度高，交直流通路共用受电弓、高压隔离开关、牵引变流器及轴端接地装置等设备，在提高了设备利用率的同时，节约了机车设备布置所需的空间；该电路设有交直流网压检测装置，该装置将所感应到的网侧电压幅值信息及制式信息实时发送给机车网络控制系统，机车由此获取当前接触网状态；该电路同时设有第一转换开关，第二转换开关，第三转换开关，该第一转换开关，第二转换开关，第三转换开关受机车网络控制系统所控制，机车网络控制系统通过当前接触网状态向该第一转换开关，第二转换开关，第三转换开关发出对应开关状态指令，从而自动转换机车交直流运行模式，以实现机车在交直流接触网下兼容运行。

下面对本发明实施例提供的电力机车进行介绍，下文描述的电力机车与上文描述的电力机车主电路可相互对应参照。

本发明实施例还提供一种电力机车，包括上述任意实施例所述的电力机车主电路。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的电力机车而言，由于其与实施例公开的电力机车主电路相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见电力机车主电路部分说明即可。

以上对本发明所提供的电力机车主电路及电力机车进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种电力机车主电路，包括交流供电网机车主电路，直流供电网机车主电路，其特征在于，还包括：交直流网压检测装置，第一转换开关，控制装置；其中，

   所述交直流网压检测装置与高压隔离开关的输出端相连，用于检测线路当前网压，并将所述当前网压发送给所述控制装置；

   所述控制装置分别与所述交直流网压检测装置及所述第一转换开关的控制端相连，用于根据所述当前网压确定当前触网状态，并控制所述第一转换开关的开关状态；

   所述第一转换开关的第一端与接地端相连，所述第一转换开关的第二端与所述直流供电网机车主电路的输入端相连。
2. 根据权利要求1所述的电力机车主电路，其特征在于，还包括：第二转换开关，第三转换开关；其中，

   所述控制装置分别与所述第二转换开关的控制端及所述第三转换开关的控制端相连，用于根据所述当前网压确定当前触网状态，并控制所述第一转换开关，所述第二转换开关，所述第三转换开关的开关状态；

   所述第二转换开关的第一端与第一牵引变流器的直流输出端相连，所述第二转换开关的第二端与直流电流传感器的输入端相连；

   所述第三转换开关的第一端与第二牵引变流器的直流输出端相连，所述第三转换开关的第二端与所述直流电流传感器的输入端相连。
3. 根据权利要求1所述的电力机车主电路，其特征在于，所述第一转换开关具体为单刀双掷开关；其中，当所述当前触网状态为交流时，所述单刀双掷开关的触点闭合于所述单刀双掷开关的第一端，所述第二转换开关及所述第三转换开关断开；当所述当前触网状态为直流时，所述单刀双掷开关的触点闭合于所述单刀双掷开关的第二端，所述第二转换开关及所述第三转换开关闭合。
4. 根据权利要求3所述的电力机车主电路，其特征在于，所述第一转换开关具体为继电器。
5. 根据权利要求4所述的电力机车主电路，其特征在于，所述第二转 换开关和所述第三转换开关均为继电器。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的电力机车主电路，其特征在于，所述控制装置具体为机车网络控制系统中的处理器。
7. 根据权利要求6所述的电力机车主电路，其特征在于，还包括：

   与所述控制装置相连，显示当前触网状态的显示装置。
8. 根据权利要求7所述的电力机车主电路，其特征在于，所述控制装置包括：

   与所述第一转换开关相连，检测所述第一转换开关的开关状态的检测部件。
9. 根据权利要求8所述的电力机车主电路，其特征在于，还包括：

   与所述控制装置相连，开关状态异常时进行报警的报警装置。
10. 一种电力机车，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电力机车主电路。

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