CN107351730B - 一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统，包括四个电流感知器、两个开关单元、电压互感器以及控制柜，均安装在电分相区域附近，其中，每个供电分区的接触网线上分别安装一个电流感知器，中性段接触网线上安装两个电流感知器；两个开关单元分别跨接在两个分相绝缘装置两侧的接触网线上，电压互感器接在中性段接触网线上。各电流感知器、开关单元、电压互感器均通过线缆与控制柜连接。该系统采用电流电压检测技术和固态开关切换技术实现列车运行位置的感知和牵引电流相序的快速切换，适用于各种形式电分相的电气化铁路。该系统结构简单、使用方便，在安全性、可靠性、免维护性和经济性方面均优于现有技术。

Description

一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及铁路电气化技术领域，尤其涉及一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统及其运行方法。

背景技术

我国电气化铁路牵引供电采用单相工频交流制式，为了尽可能平衡三相交流电力系统的各相负荷，目前普遍采用分区轮换相序的牵引供电方案。为了防止相间短路，不同相序的相邻供电分区之间需设置一段平时不带电的中性段进行电气绝缘分隔，简称电分相或分相。早期的电气化铁路一般采用器件式电分相，即在中性段接触网线的两端分别设置一个分相绝缘器进行不同相序间的电气绝缘分隔。目前新建时速160km及以上的电气化铁路通常采用机械性能和绝缘性能更加可靠的双断口锚段关节式电分相，双断口锚段关节式电分相实际上是由两个连续的绝缘锚段关节拼接而成，两个绝缘锚段关节之间用一根接触网线构成中性段。下文中，分相绝缘器和绝缘锚段关节统称为分相绝缘装置。

目前，电力机车或动车组(以下统称为“列车”)过分相时，有列车断电过分相方式和列车不断电自动过分相方式，其中前者较常用。

列车断电过分相方式是列车在通过电分相前切断牵引供电电源，驶离电分相后再恢复接通牵引供电电源的工作方式。列车在过分相期间断电惰行，只能靠自身的运行惯性闯过电分相，导致列车速度下降、列车运行时间增加、铁路运输效率降低。如果电分相设在大上坡道上，列车速度下降将更加明显。因此，在长大上坡道区段、重载铁路和高速铁路，列车断电过电分相方式对运输效率的不良影响不容忽视，这种不利于运营的技术方案不在本专利目标的讨论范围内。

列车不断电自动过分相方式是利用安装于轨旁地面或柱上的自动过分相系统或装置择机将电分相两侧的接触网牵引供电电源轮换接入中性段的接触网线上，使列车不断电通过电分相。目前成熟的列车不断电自动过分相技术大多采用有触点的机械式开关方式，其主要缺点有二：一是开关的使用寿命有限，维护成本很高，二是开关投切时会产生暂态过程，易引起过电压或过电流，甚至损坏器件、引发故障。此外，在列车不断电自动过分相技术领域，目前也有一些已公开发表的文献开始探讨用无触点的固态开关向电分相中性段接引牵引供电电源，用多台计轴器来感知和记录列车接近、进入和驶离电分相的全过程，进而控制中性段的供电时序。它们的不足之处有：一是固态开关接引电源的电路结构的实用性、经济合理性、故障冗余等方面仍有待优化；二是由于计轴器安装于钢轨上，工务部门维修或更换钢轨时涉及繁琐的配合工作，而且计轴器易受外界干扰而出现列车感知错误，影响中性段供电时序的正确性；另外，计轴器需配套稳定可靠的不停电工作电源和复杂的结合电路，还存在故障复原操作繁琐、工程投资大的缺点。

因此有必要设计一种能克服上述技术缺陷的电气化铁路列车不断电自动过分相系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统，以使得对列车位置的感知和记录更精准、更快速，牵引供电电源的切换时间更短，系统结构更加简单、使用更加方便、工程投资更节省。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统，所述系统包括四个电流感知器、两个开关单元、电压互感器以及控制柜，各电流感知器、各开关单元、电压互感器以及控制柜均安装于电分相区域附近。

所述电分相区域包括三段接触网线以及两个分相绝缘装置，三段接触网线分别为第一区接触网线、中性段接触网线以及第二区接触网线，两个分相绝缘装置分别为连接第一区接触网线与中性段接触网线的第一分相绝缘装置以及连接第二区接触网线与中性段接触网线的第二分相绝缘装置。

四个所述电流感知器分别为第一电流感知器、第二电流感知器、第三电流感知器以及第四电流感知器，其中：

第一电流感知器安装在第一区接触网线上，第一电流感知器与第一分相绝缘装置有电区边界之间的距离大于或等于列车按最大允许行驶速度在第一电流感知器感知到有牵引电流至第一开关单元导通的延时时间内行驶的距离；

第二电流感知器安装在中性段接触网线上且靠近第一分相绝缘装置，第二电流感知器与第二分相绝缘装置无电区边界的距离大于或等于列车上两个或多个受电弓同时升起时的最大弓间距，第二电流感知器与第一分相绝缘装置无电区边界的距离大于或等于列车按最大允许行驶速度在第二电流感知器感知到有牵引电流至第一开关单元导通的延时时间内行驶的距离；

第三电流感知器安装在中性段接触网线上且靠近第二分相绝缘装置，第三电流感知器与第一分相绝缘装置无电区边界的距离大于或等于列车上两个或多个受电弓同为升起时的最大弓间距，第三电流感知器与第二分相绝缘装置无电区边界的距离大于或等于列车按最大允许行驶速度在第三电流感知器感知到有牵引电流至第二开关单元导通的延时时间内行驶的距离；

第四电流感知器安装在第二区接触网线上，第四电流感知器与第二分相绝缘装置有电区边界之间的距离大于或等于列车按最大允许行驶速度在第四电流感知器感知到牵引电流至第二开关单元导通的延时时间内行驶的距离。

两个所述开关单元分别为第一开关单元和第二开关单元，第一开关单元串联于第一区接触网线和中性段接触网线之间，第二开关单元串联于第二区接触网线和中性段接触网线之间。

所述电压互感器安装于两个分相绝缘装置之间的区域，所述电压互感器的一端连接中性段接触网线，另一端接地，或者连接到钢轨上，或者通过一信号扼流变压器连接到钢轨上。

四个所述电流感知器、两个所述开关单元以及电压互感器均通过线缆与控制柜连接；控制柜连续采集各电流感知器和电压互感器输出的监测信息以及各开关单元的状态信息，通过对信息的时序关系和逻辑关系进行分析判断，控制相应开关单元的导通与关断。

进一步地，所述电流感知器包括电流互感器，还包括穿越所述电流互感器的导线或载流型承力索，所述导线或载流型承力索并联于接触网线上；电流感知器利用并联电路的分流原理监测接触网线是否有牵引电流。

进一步地，两个所述开关单元采用相同的结构，其中：

第一开关单元包括第一固态开关、第一隔离开关、第一备用固态开关以及第一备用隔离开关，第一固态开关和第一隔离开关串联形成第一串联电路，第一串联电路串联于第一区接触网线和中性段接触网线之间，第一备用隔离开关与第一备用固态开关串联形成第一备用串联电路，第一备用串联电路与第一串联电路并联；第一串联电路与第一备用串联电路互为冗余备用关系，常态下，第一隔离开关呈闭合状态，第一备用隔离开关呈分断状态，第一备用固态开关作为第一固态开关的备用，也即第一备用串联电路作为第一串联电路的备用；

第二开关单元包括第二固态开关、第二隔离开关、第二备用固态开关以及第二备用隔离开关，第二固态开关和第二隔离开关串联形成第二串联电路，第二串联电路串联于第二区接触网线和中性段接触网线之间，第二备用隔离开关与第二备用固态开关串联形成第二备用串联电路，第二备用串联电路与第二串联电路并联；第二串联电路与第二备用串联电路互为冗余备用关系，常态下，第二隔离开关呈闭合状态，第二备用隔离开关呈分断状态，第二备用固态开关作为第二固态开关的备用，也即第二备用串联电路作为第二串联电路的备用。

进一步地，所述控制柜还通过通信网络与电力远动系统互联；控制柜向电力远动系统提供各开关单元的状态信息，并接受电力远动系统的远程控制指令，控制相应开关单元的闭合与分断。

本发明还提供一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统的运行方法，当列车从第一区接触网线向第二区接触网线方向行驶时，所述运行方法包括以下步骤：

S11、当列车的受电弓越过第一电流感知器后，第一电流感知器监测到牵引电流，控制柜随之触发第一开关单元导通，预先将第一区接触网线上的牵引供电电源接引到中性段接触网线上；

S12、列车继续行驶至中性段接触网线并通过第一区接触网线获得牵引供电电源；

S13、当列车的受电弓越过第二电流感知器后，第二电流感知器监测到牵引电流；

S14、当列车的受电弓越过第三电流感知器后，第三电流感知器监测到牵引电流，控制柜随之关断第一开关单元，于是第一电流感知器、第二电流感知器以及第三电流感知器均监测不到牵引电流，控制柜随之触发第二开关单元导通，预先将第二区接触网线上的牵引供电电源接引到中性段接触网线上，第四电流感知器监测到牵引电流；

S15、当列车上的所有受电弓均越过第四电流感知器后，第四电流感知器监测不到牵引电流，控制柜随之关断第二开关单元；

当列车从第二区接触网线向第一区接触网线方向行驶时，所述运行方法包括以下步骤：

S21、当列车的受电弓越过第四电流感知器后，第四电流感知器监测到牵引电流，控制柜随之触发第二开关单元导通，预先将第二区接触网线上的牵引供电电源接引到中性段接触网线上；

S22、列车继续行驶至中性段接触网线后并通过第二区接触网线获得牵引供电电源；

S23、当受电弓越过第三电流感知器后，第三电流感知器监测到牵引电流；

S24、当受电弓越过第二电流感知器后，第二电流感知器监测到牵引电流，控制柜随之关断第二开关单元，于是第四电流感知器、第三电流感知器以及第二电流感知器均监测不到牵引电流，控制柜随之触发第一开关单元导通，预先将第一区接触网线上的牵引供电电源接引到中性段接触网线上，第一电流感知器监测到牵引电流；

S25、当列车上所有受电弓均越过第一电流感知器后，第一电流感知器监测不到牵引电流，控制柜随之关断第一开关单元。

进一步地，当列车行驶到第一电流感知器与第四电流感知器之间的区域时，如果电压互感器没有信号输出，所述系统报警并停止运行；当列车接近第一电流感知器与第四电流感知器之间的区域之前，或者驶离第一电流感知器与第四电流感知器之间的区域之后，如果电压互感器有信号输出，所述系统报警并停止运行。

进一步地，所述控制柜通过通信网络与电力远动系统互联；控制柜向电力远动系统提供两个开关单元的状态信息，电力远动系统根据两个开关单元的状态信息向控制柜发送远程控制指令，控制柜根据远程控制指令控制两个开关单元。

本发明还提供一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统的运行方法：第一开关单元内，正常运行时，第一串联电路投入工作，通过人工操控方式或通过控制柜机控方式使第一隔离开关闭合、第一备用隔离开关关断，之后，通过控制柜控制第一固态开关的导通来实现第一开关单元的导通，通过控制柜控制第一固态开关的关断来实现第一开关单元的关断；当第一固态开关故障或第一串联电路故障时，改由第一备用串联电路投入工作，通过人工操控方式或通过控制柜机控方式使第一隔离开关关断、第一备用隔离开关闭合，之后，通过控制柜控制第一备用固态开关的导通来实现第一开关单元的导通，通过控制柜控制第一备用固态开关的关断来实现第一开关单元的关断；

第二开关单元内，正常运行时，第二串联电路投入工作，通过人工操控方式或通过控制柜机控方式使第二隔离开关闭合、第二备用隔离开关关断，之后，通过控制柜控制第二固态开关的导通来实现第二开关单元的导通，通过控制柜控制第二固态开关的关断来实现第二开关单元的关断；当第二固态开关故障或第二串联电路故障时，改由第二备用串联电路投入工作，通过人工操控方式或通过控制柜机控方式使第二隔离开关关断、第二备用隔离开关闭合，之后，通过控制柜控制第二备用固态开关的导通来实现第二开关单元的导通，通过控制柜控制第二备用固态开关的关断来实现第二开关单元的关断。

进一步地，当对所述系统进行检修时，或者同一个开关单元内的两个固态开关均被击穿时，将两个开关单元内的所有隔离开关均操控到分断状态。

本发明具有以下有益效果：

1、采用电流感知器代替计轴器，彻底排除了计轴器易受外界干扰而出现列车感知错误以及故障复原操作繁琐的问题；

2、采用电流感知器和固态开关的配置方式，缩短了不同相序牵引供电电源的切换时间，系统结构更加简单、使用更加方便、工程投资更节省；

3、使用主备冗余结构的开关单元实现电分相中性段接触网线的自动供电，增强了系统的安全性、可靠性、可用性、免维护性和经济合理性，延长了设备的使用寿命。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统的电路结构示意图；

图2为图1提供的一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统的电流感知器、开关单元、电压互感器、控制柜以及电力远动系统之间的信息交互示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等词语，仅是为了便于描述本发明中的不同的技术特征，而不是要求本发明必须以特定的顺序、先后或者重要程度进行操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

如图1-图2，本发明实施例提供一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统，所述系统包括四个电流感知器(图中用A1、A2、A3、A4分别表示第一电流感知器、第二电流感知器、第三电流感知器、第四电流感知器)、两个开关单元(图1中用KG1、KG2分别表示第一开关单元、第二开关单元)、一个电压互感器(图中用V表示)以及一个控制柜(图中用KZ表示)。电流感知器、开关单元、电压互感器以及控制柜均安装于电分相区域附近。

电分相区域包括三段接触网线以及两个分相绝缘装置。三段接触网线分别为中性段接触网线JCW0、第一区接触网线JCW1以及第二区接触网线JCW2。两个分相绝缘装置分别为第一分相绝缘装置S1和第二分相绝缘装置S2。分相绝缘装置可以是分相绝缘器，也可以是绝缘锚段关节。第一分相绝缘装置S1连接第一区接触网线JCW1与中性段接触网线JCW0，第二分相绝缘装置S2连接第二区接触网线JCW2与中性段接触网线JCW0。电分相区域的两端分别为供电一区和供电二区，供电一区和供电二区之间为中性段。中性段接触网线JCW0不接外部电源，供电一区通过第一区接触网线JCW1从外部电源处接入牵引供电电源，供电二区通过第二区接触网线JCW2从外部电源处接入牵引供电电源；供电一区和供电二区的电源引接点在图1的a～d区域之外；因此平时(即列车不在图1所示的a～d区域内时，下同)中性段接触网线JCW0不带电，a～d区域内的接触网线平时也没有牵引电流。

为了便于描述，下面所述的“无电区”和“有电区”借用列车断电过分相技术制式中的定义，即“无电区”是指中性段内接触网线不能被受电弓取流的无电区域；“有电区”是指接触网线能被受电弓取流的带电区域；锚段关节式电分相的中性段内位于“无电区”和“有电区”之间的接触网线在受电弓的作用下有可能接通牵引供电电源，向受电弓输电。

本发明实施例提供的一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统是这样实现的：

第一电流感知器A1安装在第一区接触网线JCW1上的a点处，用于感知第一区接触网线JCW1上a～S1间是否有牵引电流，为控制柜KZ控制第一开关单元KG1的导通与关断提供信息来源；

a点与第一分相绝缘装置S1的有电区边界的距离为L1，L1大于或等于列车从a点向d点方向运行时按最大允许行驶速度在第一电流感知器A1监测到有牵引电流至第一开关单元KG1导通的延时时间内行驶的距离，这样取值的目的是：当列车从a点向d点方向运行时，列车最前端升起状态下的受电弓进入中性段前第一开关单元KG1就可以导通，保证了列车可以不断电驶入中性段。

第二电流感知器A2安装在中性段接触网线JCW0上的b点处且靠近第一分相绝缘装置S1，用于感知中性段接触网线JCW0上b～S1间是否有牵引电流，并间接反映两个开关单元是否已经关断，为控制柜KZ控制中性段接触网线JCW0轮换接通不同相序的牵引供电电源提供信息来源；

b点与第二分相绝缘装置S2无电区边界的距离为L5，L5大于或等于列车上两个或多个受电弓同为升起状态下的最大弓间距，这样取值的目的是：当列车从d点向a点方向运行时，列车最前方升起状态下的受电弓到达b点后，列车最后方升起状态下的受电弓已完全进入中性段，从而保证列车的各受电弓均位于同一相序的牵引供电电源中；

b点与第一分相绝缘装置S1无电区边界的距离为L6，L6大于或等于列车从d点向a点方向运行时按最大允许行驶速度在第二电流感知器A2监测到有牵引电流至第一开关单元KG1导通的延时时间内行驶的距离，这样取值的目的是：当列车从d点向a点方向运行时，列车最前端受电弓进入b点后，控制柜KZ有充足时间先控制第二开关单元KG2可靠关断，使中性段接触网线JCW0断开供电二区的电源，之后，控制柜KZ再控制第一开关单元KG1导通，使中性段接触网线JCW0接通供电一区的电源，列车可以不断电驶出中性段。

第三电流感知器A3安装在中性段接触网线JCW0上的c点处且靠近第二分相绝缘装置S2，用于感知中性段接触网线JCW0上c～S2间是否有牵引电流，并间接反映两个开关单元是否已经关断，为控制柜KZ控制中性段接触网线JCW0轮换接通不同相序的牵引供电电源提供信息来源；

c点与第一分相绝缘装置S1无电区边界的距离为L2，L2大于或等于列车上两个或多个受电弓同为升起状态下的最大弓间距，这样取值的目的是：当列车从a点向d点方向运行时，列车最前方升起状态下的受电弓到达c点后，列车最后方升起状态下的受电弓已完全进入中性段，从而保证列车的各受电弓均位于同一相序的牵引供电电源中；

c点与第二分相绝缘装置S2无电区边界的距离为L3，L3大于或等于列车从a点向d点方向运行时按最大允许行驶速度在第三电流感知器A3监测到有牵引电流至第二开关单元KG2随后导通的延时时间内行驶的距离，这样取值的目的是：当列车从a点向d点方向运行时，列车最前端受电弓进入c点后，控制柜KZ有充足时间先控制第一开关单元KG1可靠关断，使中性段接触网线JCW0断开供电一区的电源，之后，控制柜KZ再控制第二开关单元KG2导通，使中性段接触网线JCW0接通供电二区的电源，列车可以不断电驶出中性段。

第四电流感知器A4安装在第二区接触网线JCW2上的d点处，用于感知第二区接触网线JCW2上d～S2间是否有牵引电流，为控制柜KZ控制第二开关单元KG2的导通与关断提供信息来源；

d点与第二分相绝缘装置S2的有电区边界的距离为L4，L4大于或等于列车从d点向a点方向运行时按最大允许行驶速度在第四电流感知器A4监测到有牵引电流至第二开关单元KG2导通的延时时间内行驶的距离，这样取值的目的是：当列车从d点向a点方向运行时，列车最前端升起状态下的受电弓进入中性段前第二开关单元KG2就可以导通，保证了列车可以不断电驶入中性段。

第一开关单元KG1串联在第一区接触网线JCW1和中性段接触网线JCW0之间，用于控制中性段接触网线JCW0与第一区接触网线JCW1的导通和断开；第二开关单元KG2串联在第二区接触网线JCW2和中性段接触网线JCW0之间，用于控制中性段接触网线JCW0与第二区接触网线JCW2的导通和断开。

电压互感器V安装于两个分相绝缘装置之间的区域，其一端连接中性段接触网线JCW0，另一端接地，或者连接到钢轨上，或者通过一信号扼流变压器连接到钢轨上，通过电压互感器V监测中性段接触网线JCW0是否带电，间接反映开关单元是否被击穿。

各电流感知器、开关单元以及电压互感器均通过线缆与控制柜KZ连接。其信息交互关系如图2所示，图2中的箭头方向表示信息流向。控制柜连续采集各电流感知器和电压互感器输出的监测信息以及各开关单元的状态信息，通过对信息的时序关系和逻辑关系进行分析判断，控制相应开关单元的导通与关断。

进一步地，所述电流感知器包括电流互感器，还包括穿越所述电流互感器的导线或载流型承力索，所述导线或载流型承力索并联于接触网线上。电流感知器利用并联电路的分流原理监测接触网线是否有牵引电流，进而间接感知列车及其受电弓的运行位置。

进一步地，两个开关单元采用相同的结构，其中：

第一开关单元KG1包括第一固态开关T1、第一隔离开关K1、第一备用固态开关T3以及第一备用隔离开关K3，第一固态开关T1和第一隔离开关K1串联形成第一串联电路，第一串联电路串联于第一区接触网线JCW1和中性段接触网线JCW0之间，第一备用隔离开关K3与第一备用固态开关T3串联形成第一备用串联电路，第一备用串联电路与第一串联电路并联。第一串联电路与第一备用串联电路互为冗余备用关系，常态下，第一隔离开关K1呈闭合状态，第一备用隔离开关K3呈分断状态，第一固态开关T1参与列车不断电自动过分相控制，第一备用固态开关T3作为第一固态开关T1的备用，也即第一备用串联电路作为第一串联电路的备用。当第一固态开关T1故障或其它原因需要用第一备用固态开关T3参与列车不断电自动过分相控制时，可通过控制柜KZ自动控制的方式或人工操作方式将第一隔离开关K1切换到分断状态、第一备用隔离开关K3切合到闭合状态；

第二开关单元KG2包括第二固态开关T2、第二隔离开关K2、第二备用固态开关T4以及第二备用隔离开关K4，第二固态开关T2和第二隔离开关K2串联形成第二串联电路，第二串联电路串联于第二区接触网线JCW2和中性段接触网线JCW0之间，第二备用隔离开关K4与第二备用固态开关T4串联形成第二备用串联电路，第二备用串联电路与第二串联电路并联。第二串联电路与第二备用串联电路互为冗余备用关系。第二开关单元KG2与第一开关单元KG1的结构及工作原理均相同，同理分析，在此不再赘述。

进一步地，控制柜KZ还通过通信网络与电力远动系统YD互联，控制柜KZ向电力远动系统YD提供各开关的状态信息，并接受电力远动系统YD的远程控制指令，控制两个开关单元的闭合与分断。

本发明实施例还提供一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统的运行方法，所述运行方法如下：

如图1，第一区接触网线JCW1、第二区接触网线JCW2分别接不同相序的牵引供电电源，电源接引点在a～d区域以外。平时，第一区接触网线JCW1上的a点～分相绝缘装置S1之间、中性段接触网线JCW0全段以及第二区接触网线JCW2上的d点～分相绝缘装置S2之间都没有牵引电流，第一电流感知器A1、第二电流感知器A2、第三电流感知器A3、第四电流感知器A4都没有信号输出，第一开关单元KG1、第二开关单元KG2都处于关断状态，电压互感器V也没有信号输出。

以下分两个场景描述该运行方法，并假定第一开关单元KG1内的第一串联电路和第二开关单元KG2内的第二串联电路处于工作状态：

场景一：列车从a点向d点方向运行

当列车的受电弓越过a点后，第一电流感知器A1立即监测到第一区接触网线JCW1上a点～分相绝缘装置S1间有牵引电流，控制柜KZ随之触发第一开关单元KG1内的第一固态开关T1导通，预先将第一区接触网线JCW1上的供电一区的牵引供电电源接引到中性段接触网线JCW0上；列车继续前行，其受电弓进入到中性段后不间断获得从第一区接触网线JCW1接引的供电一区的牵引供电电源；当受电弓越过b点后，第二电流感知器A2监测到中性段接触网线JCW0上b点～分相绝缘装置S1间有牵引电流；当受电弓越过c点后，第三电流感知器A3监测到中性段接触网线JCW0上c点～分相绝缘装置S2间有牵引电流，此时中性段仍然由供电一区牵引供电电源提供牵引电流。控制柜KZ随之关断第一开关单元KG1内的第一固态开关T1，即切断供电一区的牵引供电电源向中性段接触网线JCW0的供电。于是第一电流感知器A1、第二电流感知器A2以及第三电流感知器A3均感知不到牵引电流，间接反映第一开关单元KG1已关断。随即，控制柜KZ立即触发第二开关单元KG2内的第二固态开关T2导通，将第二区接触网线JCW2上的供电二区的牵引供电电源接引到中性段接触网线JCW0上，于是列车立即获得供电二区的牵引供电电源，此时第四电流感知器A4监测到第二区接触网线JCW2上的d点～分相绝缘装置S2间有牵引电流。当列车上所有受电弓均越过d点后，第四电流感知器A4感知不到牵引电流，控制柜KZ随之关断第二开关单元KG2内的第二固态开关T2。至此系统恢复到平时状态。

场景二：列车从d点向a点方向运行

当列车的受电弓越过d点后，第四电流感知器A4立即监测到第二区接触网线JCW2上d点～分相绝缘装置S2间有牵引电流，控制柜KZ随之触发第二开关单元KG2内的第二固态开关T2导通，预先将第二区接触网线JCW2上的供电二区的牵引供电电源接引到中性段接触网线JCW0上；列车继续前行，其受电弓进入到中性段后不间断获得从第二区接触网线JCW2接引的供电二区的牵引供电电源；当受电弓越过c点后，第三电流感知器A3监测到中性段接触网线JCW0上c点～分相绝缘装置S2间有牵引电流；当受电弓越过b点后，第二电流感知器A2监测到中性段接触网线JCW0上b点～分相绝缘装置S1间有牵引电流，此时中性段仍然由供电二区牵引供电电源提供牵引电流。控制柜KZ随之关断第二开关单元KG2内的第二固态开关T2，即切断供电二区的牵引供电电源向中性段接触网线JCW0的供电。于是第四电流感知器A4、第三电流感知器A3以及第二电流感知器A2均感知不到牵引电流，间接反映第二开关单元KG2已关断。随即，控制柜KZ立即触发第一开关单元KG1内的第一固态开关T1导通，将第一区接触网线JCW1上的供电一区的牵引供电电源接引到中性段接触网线JCW0上，于是列车立即获得供电一区的牵引供电电源，此时第一电流感知器A1监测到第一区接触网线JCW1上的a点～分相绝缘装置S1间有牵引电流。当列车上所有受电弓均越过a点后，第一电流感知器A1感知不到牵引电流，控制柜KZ随之关断第一开关单元KG1内的第一固态开关T1。至此系统恢复到平时状态。

本实施例所提供的运行方法与现有技术相比，运行方法更简单，而且运行安全性更高，实现列车不断电自动通过中性段的同时，确保了中性段两端不同相序的牵引供电电源在任何时候都不被连通。

进一步地，电压互感器V的作用是通过监测中性段接触网线JCW0是否带电来间接反映开关单元内的固态开关是否被击穿，防止系统在固态开关被击穿的情况下错误进行不断电过分相控制，系统的运行方法如下：

1.如果在列车接近a～d区域之前，或驶离a～d区域之后，电压互感器V有信号输出，意味着两个开关单元内至少有一个工作固态开关被击穿，系统将报警并停止自动过分相控制。

2.如果在列车进入a～d区域期间，电压互感器V始终没有信号输出，意味着电压互感器V监测电路故障或系统发生故障，系统也将报警并停止自动过分相控制。

进一步地，控制柜KZ还通过通信网络与电力远动系统YD互联，控制柜KZ向电力远动系统YD提供各开关的状态信息，并接受电力远动系统YD的远程控制指令，控制两个开关单元的闭合与分断，进而实现自动过分相控制。

本发明实施例还提供一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统的运行方法，所述运行方法如下：

如图1，第一开关单元内，正常运行时，第一串联电路投入工作，此时第一隔离开关K1闭合、第一备用隔离开关K3关断，控制柜KZ通过控制第一固态开关T1的导通或关断，从而控制中性段接触网线JCW0与第一区接触网线JCW1的导通或关断；当第一串联电路故障或第一固态开关T1故障时，改由第一备用串联电路投入工作，通过人工操控方式或通过控制柜机控方式使第一隔离开关K1关断、第一备用隔离开关K3闭合，之后，控制柜KZ控制第一备用固态开关T3的导通或关断，从而控制中性段接触网线JCW0与第一区接触网线JCW1的导通或关断；

第二开关单元内，正常运行时，第二串联电路投入工作，此时第二隔离开关K2闭合、第二备用隔离开关K4关断，控制柜KZ通过控制第二固态开关T2的导通或关断，从而控制中性段接触网线JCW0与第二区接触网线JCW2的导通或关断；当第二串联电路故障或第二固态开关T2故障时，改由第二备用串联电路投入工作，通过人工操控方式或通过控制柜机控方式使第二隔离开关K2关断、第二备用隔离开关K4闭合，之后，控制柜KZ控制第二备用固态开关T4的导通或关断，从而控制中性段接触网线JCW0与第二区接触网线JCW2的导通或关断。

本实施例使用主备冗余结构的固态开关实现中性段的自动供电，增强了系统的安全性、可靠性、可用性、免维护性和经济合理性。利用固态开关代替现有技术中的机械开关，延长开关使用寿命、降低维护成本。可以选用有过电压、过电流保护的固态开关，则固态开关投切时不易引起过电压或过电流、故障发生率降低，提高系统的安全性和可靠性。

进一步地，检修电分相时，或同一个开关单元内的两个固态开关均被击穿时，应将两个开关单元内的所有隔离开关均操控到分断状态，使中性段接触网线JCW0与第一区接触网线JCW1之间以及中性段接触网线JCW0与第二区接触网线JCW2之间完全电气隔离，处于无电的安全状态。

为了进一步提高系统的可靠性，优选采取如下技术措施：

1.控制柜KZ采集电流感知器的输出信息时，适当延长其持续采集时间，以剔除接触网线短路、雷电等干扰因素；

2.电流感知器、电压互感器均采用成对热备用工作方式，即使某个器件故障，系统仍能可靠工作；

3.选用有过电压、过电流保护的固态开关。

具体实施时，可将第一电流感知器A1、第二电流感知器A2以及第一开关单元KG1相对集中地设置于第一分相绝缘装置S1附近；将第三电流感知器A3、第四电流感知器A4以及第二开关单元KG2相对集中地设置于第二分相绝缘装置S2附近。电压互感器V成对热备用时，也可将两个热备用的电压互感器V分设在第一分相绝缘装置S1附近和第二分相绝缘装置S2附近；控制柜KZ可设于中性段区域内。

与现有的列车过分相技术相比，本发明提供的电气化铁路列车自动过分相系统具有如下优点：

1.利用电流感知器代替现有技术中的计轴器，彻底避免了计轴器易受外界干扰而出现列车感知错误的问题以及故障复原操作繁琐的问题；而且系统结构更加简单、使用更加方便、工程投资更节省；

2.电流感知器利用电气化铁路系统中现有的载流型承力索代替导线，还可进一步节约成本；

3.利用固态开关代替现有技术中的机械开关，可以延长开关使用寿命、降低维护成本，且固态开关投切时不易引起过电压或过电流、故障发生率降低；

4.将隔离开关与固态开关串联，当固态开关发生故障时，可以通过断开隔离开关的方式将中性段接触网线与第一区接触网线以及第二区接触网线电气隔离，保证了系统的安全性；

5.开关单元由两个隔离开关和两个固态开关组成互为冗余备用关系的电路结构，进一步提高了系统的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电气化铁路列车不断电自动过分相系统，其特征在于：

所述系统包括四个电流感知器、两个开关单元、电压互感器以及控制柜，电流感知器、开关单元、电压互感器以及控制柜均安装于电分相区域附近；

所述电分相区域包括三段接触网线以及两个分相绝缘装置，三段接触网线分别为第一区接触网线、中性段接触网线以及第二区接触网线，两个分相绝缘装置分别为连接第一区接触网线与中性段接触网线的第一分相绝缘装置以及连接第二区接触网线与中性段接触网线的第二分相绝缘装置；

四个所述电流感知器分别为第一电流感知器、第二电流感知器、第三电流感知器以及第四电流感知器，其中：

第一电流感知器安装在第一区接触网线上，第一电流感知器与第一分相绝缘装置有电区边界之间的距离大于或等于列车按最大允许行驶速度在第一电流感知器监测到有牵引电流至第一开关单元导通的延时时间内行驶的距离；

第二电流感知器安装在中性段接触网线上且靠近第一分相绝缘装置，第二电流感知器与第二分相绝缘装置无电区边界的距离大于或等于列车上两个或多个受电弓同时升起时的最大弓间距，第二电流感知器与第一分相绝缘装置无电区边界的距离大于或等于列车按最大允许行驶速度在第二电流感知器监测到有牵引电流至第一开关单元导通的延时时间内行驶的距离；

第三电流感知器安装在中性段接触网线上且靠近第二分相绝缘装置，第三电流感知器与第一分相绝缘装置无电区边界的距离大于或等于列车上两个或多个受电弓同为升起时的最大弓间距，第三电流感知器与第二分相绝缘装置无电区边界的距离大于或等于列车按最大允许行驶速度在第三电流感知器监测到有牵引电流至第二开关单元导通的延时时间内行驶的距离；

第四电流感知器安装在第二区接触网线上，第四电流感知器与第二分相绝缘装置有电区边界之间的距离大于或等于列车按最大允许行驶速度在第四电流感知器监测到牵引电流至第二开关单元导通的延时时间内行驶的距离；

两个所述开关单元分别为第一开关单元和第二开关单元，第一开关单元串联于第一区接触网线和中性段接触网线之间，第二开关单元串联于第二区接触网线和中性段接触网线之间；

所述电压互感器安装于两个分相绝缘装置之间的区域，所述电压互感器的一端连接中性段接触网线，另一端接地，或者连接到钢轨上，或者通过一信号扼流变压器连接到钢轨上；

四个所述电流感知器、两个所述开关单元以及电压互感器均通过线缆与控制柜连接。

2.如权利要求1所述的电气化铁路列车不断电自动过分相系统，其特征在于：所述电流感知器包括电流互感器，还包括穿越所述电流互感器的导线或载流型承力索，所述导线或载流型承力索并联于接触网线上。

3.如权利要求1所述的电气化铁路列车不断电自动过分相系统，其特征在于：

两个所述开关单元采用相同的结构；

第一开关单元包括第一固态开关、第一隔离开关、第一备用固态开关以及第一备用隔离开关，第一固态开关和第一隔离开关串联形成第一串联电路，第一串联电路串联于第一区接触网线和中性段接触网线之间，第一备用隔离开关与第一备用固态开关串联形成第一备用串联电路，第一备用串联电路与第一串联电路并联；

第二开关单元包括第二固态开关、第二隔离开关、第二备用固态开关以及第二备用隔离开关，第二固态开关和第二隔离开关串联形成第二串联电路，第二串联电路串联于第二区接触网线和中性段接触网线之间，第二备用隔离开关与第二备用固态开关串联形成第二备用串联电路，第二备用串联电路与第二串联电路并联。

4.如权利要求1所述的电气化铁路列车不断电自动过分相系统，其特征在于：所述控制柜还通过通信网络与电力远动系统互联。

5.一种基于如权利要求1所述的电气化铁路列车不断电自动过分相系统的运行方法，其特征在于：

当列车从第一区接触网线向第二区接触网线方向行驶时，所述运行方法包括以下步骤：

S11、当列车的受电弓越过第一电流感知器后，第一电流感知器监测到牵引电流，控制柜随之触发第一开关单元导通，预先将第一区接触网线上的牵引供电电源接引到中性段接触网线上；

S12、列车继续行驶至中性段接触网线并通过第一区接触网线获得牵引供电电源；

S13、当列车的受电弓越过第二电流感知器后，第二电流感知器监测到牵引电流；

S14、当列车的受电弓越过第三电流感知器后，第三电流感知器监测到牵引电流，控制柜随之关断第一开关单元，于是第一电流感知器、第二电流感知器以及第三电流感知器均监测不到牵引电流，控制柜随之触发第二开关单元导通，预先将第二区接触网线上的牵引供电电源接引到中性段接触网线上，第四电流感知器监测到牵引电流；

S15、当列车上的所有受电弓均越过第四电流感知器后，第四电流感知器监测不到牵引电流，控制柜随之关断第二开关单元；

当列车从第二区接触网线向第一区接触网线方向行驶时，所述运行方法包括以下步骤：

S21、当列车的受电弓越过第四电流感知器后，第四电流感知器监测到牵引电流，控制柜随之触发第二开关单元导通，预先将第二区接触网线上的牵引供电电源接引到中性段接触网线上；

S22、列车继续行驶至中性段接触网线后并通过第二区接触网线获得牵引供电电源；

S23、当受电弓越过第三电流感知器后，第三电流感知器监测到牵引电流；

S24、当受电弓越过第二电流感知器后，第二电流感知器监测到牵引电流，控制柜随之关断第二开关单元，于是第四电流感知器、第三电流感知器以及第二电流感知器均监测不到牵引电流，控制柜随之触发第一开关单元导通，预先将第一区接触网线上的牵引供电电源接引到中性段接触网线上，第一电流感知器监测到牵引电流；

S25、当列车上所有受电弓均越过第一电流感知器后，第一电流感知器监测不到牵引电流，控制柜随之关断第一开关单元。

6.如权利要求5所述的运行方法，其特征在于：

当列车行驶到第一电流感知器与第四电流感知器之间的区域时，如果电压互感器没有信号输出，所述系统报警并停止运行；

当列车接近第一电流感知器与第四电流感知器之间的区域之前，或者驶离第一电流感知器与第四电流感知器之间的区域之后，如果电压互感器有信号输出，所述系统报警并停止运行。

7.如权利要求5所述的运行方法，其特征在于：所述控制柜通过通信网络与电力远动系统互联；控制柜向电力远动系统提供两个开关单元的状态信息，电力远动系统根据两个开关单元的状态信息向控制柜发送远程控制指令，控制柜根据远程控制指令控制两个开关单元。

8.一种基于如权利要求3所述的电气化铁路列车不断电自动过分相系统的运行方法，其特征在于：

第一开关单元内，正常运行时，第一串联电路投入工作，通过人工操控方式或通过控制柜机控方式使第一隔离开关闭合、第一备用隔离开关关断之后，通过控制柜控制第一固态开关的导通来实现第一开关单元的导通，通过控制柜控制第一固态开关的关断来实现第一开关单元的关断；当第一固态开关故障或第一串联电路故障时，改由第一备用串联电路投入工作，通过人工操控方式或通过控制柜机控方式使第一隔离开关关断、第一备用隔离开关闭合，之后，通过控制柜控制第一备用固态开关的导通来实现第一开关单元的导通，通过控制柜控制第一备用固态开关的关断来实现第一开关单元的关断；第二开关单元内，正常运行时，第二串联电路投入工作，通过人工操控方式或通过控制柜机控方式使第二隔离开关闭合、第二备用隔离开关关断，之后，通过控制柜控制第二固态开关的导通来实现第二开关单元的导通，通过控制柜控制第二固态开关的关断来实现第二开关单元的关断；当第二固态开关故障或第二串联电路故障时，改由第二备用串联电路投入工作，通过人工操控方式或通过控制柜机控方式使第二隔离开关关断、第二备用隔离开关闭合，之后，通过控制柜控制第二备用固态开关的导通来实现第二开关单元的导通，通过控制柜控制第二备用固态开关的关断来实现第二开关单元的关断。

9.如权利要求8所述的运行方法，其特征在于：当对所述系统进行检修时，或者同一个开关单元内的两个固态开关均被击穿时，将两个开关单元内的所有隔离开关均操控到分断状态。