一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制方法及控制系统与流程

1.本发明涉及轨道交通的控制领域，具体涉及一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制方法及控制系统。


背景技术：

2.电气化铁道电网采用单相供电，而电力系统采用三相供电。为了使电气化铁道从电力系统三相电网取流基本对称，电气化铁道采用了分相分段取流的方法，即每隔20～20km设置一个分相区，相邻分相区由不同相位的两相供电，在分相区前、后30m线路左侧设置断、合标志牌，轨道工程车辆通过分相区间必须断电惰行。此时若控制不当，会导致列车带载入分相区，易引发牵引变流器、变压器、受电弓和接触网烧损事故，严重危害线路安全。
3.同时由于通过分相区间必须断电，断电时间较长，造成轨道工程车辆整车辅助设备断电或者作业中断，造成较大的冲击。
4.目前，国内外发明的轨道工程车辆自动过分相的控制方案较多。其中“一种电动车组自动过分相控制系统及控制方法
ꢀ”
，介绍了一种电动车组的牵引、制动和惰行工况自动过分相控制方法，过分相过程完全由dcu自动控制，无需人工干预，牵引电机转为发电机发电使滤波中间直流电路不断电。“一种机车过分相控制方法”，介绍了根据机车当前速度、牵引力和安全距离计算得出牵引力卸载斜率或延迟卸载时间来优化机车自动过分相控制。“一种机车自动过分相控制方法及装置”，介绍了减少机车在过分相过程中的失电时间，并防止双弓运行通过分相，使机车安全通过分相。
5.综上所述，上述现有列车过分相控制方案存在的不足有：(1)轨道工程车辆在低速作业过分相时，车速较低，车辆无法利过惯性通过分相区，同时牵引电机转速低，牵引电机转为发电机无法保证辅助设备用电，需要辅助动力源切入为整车提供动力源；(2)受线路条件(部分线路无地面磁感应器)或自动过分相装置故障等影响，轨道工程车司机需根据根据实际情况选择自动过分相或者手动过分相，单一的自动过分相方式可能无法满足实际需求。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，从而提供一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制方法，保证车辆动力的连续性。
7.本发明的目的还在于提供一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制系统。
8.为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制系统，包括安装于线路两侧的地面磁感应器和断、合标志牌，安装于轨道工程车辆上的受电弓、主断路器、变压器、四象限整流器、牵引变流器、辅助变流器、牵引电机、辅助动力源、中间直流环节、磁感应器检测装置及对轨道工程车辆进行控制的控制器；所述变压器通过所述主断路器与受电弓连接；
所述牵引变流器、辅助变流器分别与所述中间直流环节相连；所述辅助动力源与所述四象限整流器输出端均接至中间直流环节，用于给中间直流环节提供电源；所述四象限整流器与所述变压器相连，在车辆正常牵引运行时，在所述控制器的控制下，四象限整流器单独给中间直流环节提供电源；在所述控制器的控制下，在车辆过分相开始时，中间直流环节的供电电源从四象限整流器逐步切换到辅助动力源，过分相恢复时，从辅助动力源再逐步切换回四象限整流器。
9.所述辅助变流器将中间直流环节的直流电压逆变为三相电压供辅助设备正常使用；牵引变流器用于将中间直流环节的直流电压逆变为三相电压驱动所述牵引电机。
10.铁路轨道工程车辆正常牵引运行时，四象限整流器将所述受电弓提供的单相工频电网电压整流为中间直流环节的直流电压。
11.所述辅助动力源由发电机组和不控整流器组成。
12.所述辅助动力源由蓄电池或者燃料电池和双向dc/dc变换器组成。
13.在接触网供电时，在控制器的控制下，所述双向dc/dc变换器可从中间直流环节取电，转换为蓄电池充电系统需要的直流电压，在蓄电池管理系统(bms)控制下，对蓄电池充电。
14.磁感应器检测装置有四个且分设在铁路轨道工程车辆前后端的两侧上；地面磁感应器有四个，四个地面磁感应器按照车辆的运行方向分别是：地面磁感应器b1、地面磁感应器b2、地面磁感应器b3和地面磁感应器b4。
15.一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制方法，在铁路轨道工程车辆前后端的两侧共设有四个磁感应器检测装置a1-a4，在分相区两侧设有断、合标志牌及四个地面磁感应器，四个地面磁感应器按照车辆的运行方向分别是：地面磁感应器b1触发过分相预告信号；地面磁感应器b2触发过分相强断信号，地面磁感应器b3和地面磁感应器b4为过分相恢复信号；过分相控制过程包括如下步骤：1)铁路轨道工程车辆作业运行时，当控制器接收到司机台的手动过分相指令时，执行步骤2)；当控制器接收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b1触发的过分相预告信号时，执行步骤3)；当没有接收过分相预告信号，而直接接收到磁感应器检测装置a1/a3发来的由地面磁感应器b2触发的过分相强断信号时，执行步骤4)；2)控制器不接收磁感应器检测装置的信号，然后开始手动过分相操作；3)控制器自动确定过分相起点并开始作业过分相控制，控制器将接触网电源取电切换至辅助动力源取电，当控制器收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b3触发的恢复信号后，结束过分相控制，控制器将辅助动力源取电切换至接触网电源取电，然后再返回运行步骤1)；4)当控制器接收到由磁感应器检测装置a1/a3发来的由地面磁感应器b2触发的过分相强断信号时，则强制断开车辆与接触网的电气连接，经过延时，当控制器收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b3触发的恢复信号后，重新给出牵引力，然后再返回运行步骤1)。
16.步骤2)具体步骤为：司机通过瞭望，看到断标志牌，手动操作过分相开关，发出预
告断指令给控制器，控制器将接触网电源取电切换至辅助动力源取电，切换完成后，断开主断路器；到断标志牌，再次操作过分相开关，发出强断信号给控制器，此时控制器强制断开主断路器；到合标志牌，操作过分相开关，发出恢复信号给控制器，控制器将辅助动力源取电切换至接触网电源取电切换完成后，闭合主断路器。
17.进一步地，步骤3)具体步骤为：控制器控制双向dc/dc变换器或者发电机组启动，使辅助动力源输出与四象限整流器输出并联，并控制两路电源的输出电压，从而控制两种动力源的输出功率，保证整车动力从接触网取电无缝切换到辅助动力源，同时切断车辆与接触网之间的电气连接，当控制器收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b3触发的恢复信号后，控制器控制接通车辆与接触网之间的电气连接，控制整车动力从辅助动力源无缝切换到接触网取电，同时切断辅助动力源的输出，完成过分相控制。
18.本发明的有益效果：本发明提供了一种铁路轨道工程车辆过分相控制方法及控制系统。在铁路轨道工程车辆作业过分相时，通过控制辅助动力源和接触网电源的无缝切换，保证整车辅助设备不断电，避免作业中断。
19.本发明可以人工确定过分相的起点和终点，也可以自动确定过分相的起点和终点。
附图说明
20.图1为本发明公开的车辆通过分相区的场景主视图；图2为本发明公开的车辆通过分相区的场景俯视图；图3为本发明控制系统的组成结构原理示意图一；图4为本发明控制系统的组成结构原理示意图二。
实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图提供的实施例对本发明进一步详述。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，都属于本方明保护的范围。
22.为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：无缝切换指两种动力源在供电切换过程中，所有用电设备能够正常工作。
23.如图1-3所示，本实施例中，作业过分相控制系统包括安装于线路两侧的地面磁感应器和断、合标志牌，铁路轨道工程车辆以及轨道工程车辆上安装的受电弓、变压器、主断路器、四象限整流器、牵引变流器、辅助变流器、牵引电机、辅助动力源、中间直流环节、磁感应器检测装置及对轨道工程车辆进行控制的控制器。辅助动力源与四象限整流器输出并连接至中间直流环节，为中间直流环节提供电源；变压器通过主断路器与受电弓连接，四象限整流器输入端与变压器相连，在车辆正常牵引运行时，在所述控制器的控制下，升受电弓闭合主断路器后，接触网单相工频电源经变压器降压后输入四象限整流器，四象限整流器将交流电整流为中间直流环节的直流电压；牵引变流器、辅助变流器分别与所述中间直流环节相连；辅助变流器将中间直流环节的直流电逆变为三相电压供辅助设备正常使用，牵引变流器将中间直流环节的直流电逆变为三相电压驱动牵引电机。在所述控制器的控制下，在车辆过分相开始时，中间直流环节的供电电源从四象限整流器逐步切换到辅助动力源，
过分相恢复时，从辅助动力源再逐步切换回四象限整流器。本实施例中辅助动力源由发电机组和不控整流器组成。
24.断、合标志牌用于在车辆需要手动过分相情况时，司机人工确定过分相的起点和终点。当司机通过瞭望，观察到线路旁的“断”标志牌作为过分相的起点，立即通过操纵司机台上的控制开关告诉控制器开始过分相；当观察到线路旁的“合”标志牌作为切换的终点，立即通过操纵司机台上的控制开关告诉控制器分相终点。
25.地面磁感应器传送信号给安装于车辆车体的前后端左右侧的地面磁感应器检测装置，用于在车辆作业过分相时，控制器控制自动确定过分相的起点和终点。当检测装置检测到第一个地面磁感应器b1时，控制器自动确定过分相起点，开始过分相控制，控制器控制整车电源从接触网电源的平稳切换到辅助动力源，并断开车辆与接触网的电气连接；当检测装置检测到第二个地面磁感应器b2时，控制器若没有完成过分相切换，则强制断开车辆与接触网的电气连接；当检测装置检测到第三个地面磁感应器b3时，控制器自动确定过分相终点，控制器控制整车电源从辅助动力源平稳切换到接触网电源，并断开车辆与接触网电源的电气连接。
26.如图4所示，在另一个实施例中，辅助动力源由蓄电池或者燃料电池和双向dc/dc变换器组成。在接触网供电时，在控制器的控制下，双向dc/dc变换器可从中间直流环节取电，转换为蓄电池充电系统需要的直流电压，在蓄电池管理系统(bms)控制下，对蓄电池充电。
27.过分相开始时，控制器先启动发电机组或者双向dc/dc变换器，待辅助电源稳定后，输出电压始终低于四象限变流器输出的直流电压。此时调整四象限整流器降低其输出的直流电压低于辅助电源输出的直流电压，就可以无缝切换到辅助电源供电。此时，动力源已切换至辅助动力源，四象限整流器电流为0，然后断开主断路器，四象限整流器无输出；过分相结束时，控制器先控制闭合主断路器，调整四象限整流器输出的直流电压快速接近辅助电源输出的直流电压，再逐步提高其输出的直流电压高于辅助电源输出的直流电压，就可以无缝切换到四象限整流器供电。此时，动力源已切换至接触网，辅助电源输出电流为0，然后控制器关闭发电机组或者双向dc/dc变换器，完成切换过程。
28.一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制方法，在铁路轨道工程车辆前后端的两侧设有四个磁感应器检测装置a1-a4，在分相区两侧设有断、合标志牌及四个地面磁感应器，四个地面磁感应器按照车辆的运行方向分别是：地面磁感应器b1触发过分相预告信号；地面磁感应器b2触发过分相强断信号，地面磁感应器b3和地面磁感应器b4为过分相恢复信号；过分相控制过程如下步骤：轨道工程车辆作业过分相时：1)铁路轨道工程车辆作业运行时，当控制器接收到司机台的手动过分相指令时，执行步骤2)；当控制器接收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b1触发的过分相预告信号时，执行步骤3)；当没有接收过分相预告信号，而直接接收到磁感应器检测装置a1/a3发来的由地面磁感应器b2触发的过分相强断信号时，执行步骤4)；2)控制器不接收磁感应器检测装置的信号，然后开始手动过分相操作；司机通过瞭望，看到断标志牌，手动操作过分相开关，发出预告断指令给控制器，控制器将接触网电源取电切换至辅助动力源取电，切换完成后，断开主断路器；到断标志牌，再次操作过分相
开关，发出强断信号给控制器，此时控制器强制断开主断路器；到合标志牌，操作过分相开关，发出恢复信号给控制器，控制器将辅助动力源取电切换至接触网电源取电切换完成后，闭合主断路器；3)控制器自动确定过分相起点并开始作业过分相控制，控制器将接触网电源取电切换至辅助动力源取电；经过延时，当控制器收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b3触发的恢复信号后，结束过分相控制，控制器将辅助动力源取电切换至接触网电源取电，然后再返回运行步骤1)；4)当控制器接收到由磁感应器检测装置a1/a3发来的由地面磁感应器b2触发的过分相强断信号时，则强制断开车辆与接触网的电气连接，经过延时，当控制器收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b3触发的恢复信号后，重新给出牵引力，然后再返回运行步骤1)。
29.进一步地，所述步骤3)具体步骤为：控制器控制双向dc/dc变换器或者发电机组启动，使辅助动力源输出与四象限整流器输出并联，并控制两路电源的输出电压，从而控制两种动力源的输出功率分配，保证整车动力从接触网取电无缝切换到辅助动力源，同时切断车辆与接触网之间的电气连接；经过延时，当控制器收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b3触发的恢复信号后，控制器控制接通车辆与接触网之间的电气连接，控制整车动力从辅助动力源无缝切换到接触网取电，同时切断辅助动力源的输出，完成过分相控制。

技术特征：
1.一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制系统，其特征在于：包括安装于线路两侧的地面磁感应器和断、合标志牌，安装于轨道工程车辆上的受电弓、主断路器、变压器、四象限整流器、牵引变流器、辅助变流器、牵引电机、辅助动力源、中间直流环节、磁感应器检测装置及对轨道工程车辆进行控制的控制器；所述变压器通过所述主断路器与受电弓连接；所述牵引变流器、辅助变流器分别与所述中间直流环节相连；所述辅助动力源与所述四象限整流器输出端均接至中间直流环节，用于给中间直流环节提供电源；所述四象限整流器与所述变压器相连，在车辆正常牵引运行时，在所述控制器的控制下，四象限整流器单独给中间直流环节提供电源；在所述控制器的控制下，在车辆过分相开始时，中间直流环节的供电电源从四象限整流器逐步切换到辅助动力源，过分相恢复时，从辅助动力源再逐步切换回四象限整流器。2.根据权利要求1所述的一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制系统，其特征在于：所述辅助变流器将中间直流环节的直流电压逆变为三相电压供辅助设备正常使用；牵引变流器用于将中间直流环节的直流电压逆变为三相电压驱动所述牵引电机。3.根据权利要求1所述的一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制系统，其特征在于：铁路轨道工程车辆正常牵引运行时，四象限整流器将所述受电弓提供的单相工频电网电压整流为中间直流环节的直流电压。4.根据权利要求1所述的一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制系统，其特征在于：所述辅助动力源由发电机组和不控整流器组成。5.根据权利要求1所述的一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制系统，其特征在于：所述辅助动力源由蓄电池或者燃料电池和双向dc/dc变换器组成。6.根据权利要求5所述的一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制系统，其特征在于：在接触网供电时，在控制器的控制下，所述双向dc/dc变换器可从中间直流环节取电，转换为蓄电池充电系统需要的直流电压，在蓄电池管理系统(bms)控制下，对蓄电池充电。7.根据权利要求1所述的一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制系统，其特征在于：磁感应器检测装置有四个且分设在铁路轨道工程车辆前后端的两侧上；地面磁感应器有四个，四个地面磁感应器按照车辆的运行方向分别是：地面磁感应器b1、地面磁感应器b2、地面磁感应器b3和地面磁感应器b4。8.一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制方法，其特征在于：在铁路轨道工程车辆前后端的两侧共设有四个磁感应器检测装置a1-a4，在分相区两侧设有断、合标志牌及四个地面磁感应器，四个地面磁感应器按照车辆的运行方向分别是：地面磁感应器b1触发过分相预告信号；地面磁感应器b2触发过分相强断信号，地面磁感应器b3和地面磁感应器b4为过分相恢复信号；过分相控制过程包括如下步骤：1)铁路轨道工程车辆作业运行时，当控制器接收到司机台的手动过分相指令时，执行步骤2)；当控制器接收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b1触发的过分相预告信号时，执行步骤3)；当没有接收过分相预告信号，而直接接收到磁感应器检测装置a1/a3发来的由地面磁感应器b2触发的过分相强断信号时，执行步骤4)；2)控制器不接收磁感应器检测装置的信号，然后开始手动过分相操作；
3)控制器自动确定过分相起点并开始作业过分相控制，控制器将接触网电源取电切换至辅助动力源取电，当控制器收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b3触发的恢复信号后，结束过分相控制，控制器将辅助动力源取电切换至接触网电源取电，然后再返回运行步骤1)；4)当控制器接收到由磁感应器检测装置a1/a3发来的由地面磁感应器b2触发的过分相强断信号时，则强制断开车辆与接触网的电气连接，经过延时，当控制器收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b3触发的恢复信号后，重新给出牵引力，然后再返回运行步骤1)。9.根据权利要求8所述的一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制方法，其特征在于：步骤2)具体步骤为：司机通过瞭望，看到断标志牌，手动操作过分相开关，发出预告断指令给控制器，控制器将接触网电源取电切换至辅助动力源取电，切换完成后，断开主断路器；到断标志牌，再次操作过分相开关，发出强断信号给控制器，此时控制器强制断开主断路器；到合标志牌，操作过分相开关，发出恢复信号给控制器，控制器将辅助动力源取电切换至接触网电源取电切换完成后，闭合主断路器。10.根据权利要求8所述的一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制方法，其特征在于：步骤3)具体步骤为：控制器控制双向dc/dc变换器或者发电机组启动，使辅助动力源输出与四象限整流器输出并联，并控制两路电源的输出电压，从而控制两种动力源的输出功率，保证整车动力从接触网取电无缝切换到辅助动力源，同时切断车辆与接触网之间的电气连接，当控制器收到由磁感应器检测装置a2/a4发来的由地面磁感应器b3触发的恢复信号后，控制器控制接通车辆与接触网之间的电气连接，控制整车动力从辅助动力源无缝切换到接触网取电，同时切断辅助动力源的输出，完成过分相控制。

技术总结
本发明公开了一种铁路轨道工程车辆作业过分相控制方法及控制系统，该控制系统包括安装于线路两侧的地面磁感应器和断、合标志牌，安装于轨道工程车辆上的受电弓、变压器、四象限整流器、牵引变流器、辅助变流器、牵引电机、辅助动力源、中间直流环节、磁感应器检测装置及对轨道工程车辆进行控制的控制器，在控制器的控制下，在车辆过分相开始时，中间直流环节的供电电源从四象限整流器逐步切换到辅助动力源，过分相恢复时，从辅助动力源再逐步切换回四象限整流器。能够在车辆作业过分相工况下，控制器控制接触网电源和辅助动力源两种电源的来回无缝切换，实现整车辅助设备不断电，降低车辆冲击，避免作业中断，保证弓网安全。保证弓网安全。保证弓网安全。


技术研发人员：夏福坤 易红 陈永波 李抗 贺丽萍 肖会建 郭盼 徐丽娟 杨加玲
受保护的技术使用者：金鹰重型工程机械股份有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/7/18