[发明专利]用于电气化轨道交通的地面选相控制过分相系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于电气化轨道交通的地面选相控制过分相系统及方法，选相控制过分相系统由两个对称的部分组成，包括线路电压电流采集模块、位置信号感应模块、通信模块、主控模块、选相开关模块、开关切换模块和空闲保护模块；选相过分相过程为：当电力机车进行过分相时，其要从A相供电臂经中性段进入到B相供电臂，会依次经过铁轨上的三个位置传感器，两个选相控制器控制对应的地面开关模块进行分合闸操作。本发明能实现自动选相过分相功能，有效解决了分闸过电压、合闸励磁涌流和开关拉弧的问题；本发明还兼具电力电子开关冗余备用功能、空闲保护功能以及人机交互功能。

技术领域

本发明属于电气化轨道交通领域，具体涉及一种用于电气化轨道交通的地面选相控制过分相系统及方法。

背景技术

我国的电气化铁路采用27.5KV单相工频交流电的供电方式向电力机车供电，为了使电气化铁路从电力系统三相电网中取流基本对称，减小电气化铁路对电力系统负序分量的影响，电气化铁路采取了分段取流、换相连接的方式。不同相在连接时会有一个换相过渡区，称为电分相区。根据电分相的方式不同，电力机车过分相的方式分为分相绝缘器电分相和锚段关节式电分相，为使电力机车快速平滑地通过电分相区，电力机车常采用关节式自动过分相的方式。

目前，我国大多数高速铁路的电力机车过分相都是采取关节式自动过分相方式，这种方式的大量应用，让广大科研人员和工程技术人员不得不重视这一过分相过程的电气问题。在电力机车自动过分相的过程中，电力机车通过合断真空断路器来实现两相电切换，以顺利通过电分相区，而合断真空断路器的操作相当于投切电力机车这个负载，线路的换路再加上电力机车中的各种动态元件，将不可避免地激起电磁振荡现象，例如分闸过电压、合闸励磁涌流和开关拉弧等，这些现象可能导致车载电气设备损坏、继电保护装置误动作等严重危害，影响电气化铁路的安全运营。

在电力机车自动过分相的过程中通，分闸过电压主要取决于开关分闸前线路电流的相位，合闸励磁涌流主要取决于开关合闸前的线路电压相位。针对这个结论，可以利用选相控制技术来控制开关的关合时线路电压或电流的相位，以减小甚至消除电力机车因过分相所产生的分闸过电压及合闸励磁涌流，提高系统的稳定性、安全性和延长电气设备的使用寿命。

目前，中国现有的地面自动过分相装置都是采用以真空断路器为代表的机械开关来作为相邻两相的切换装置。但是，随着电力电子技术的发展，电力电子开关的性能也越来越优良，相较于传统的机械开关，它具有开关时间更短、使用寿命更长且开关次数基本不受限制等优点。但，由于电力电子开关的耐压问题，限制了它在电气化铁路上的应用。

发明内容

为解决目前电力机车过分相产生的分闸过电压、合闸励磁涌流和开关拉弧的问题，以及如何将电力电子开关应用于电力机车过分相等问题。本发明提供了一种用于电气化轨道交通的地面选相控制过分相系统及方法。

本发明的一种用于电气化轨道交通的地面选相控制过分相系统，由两个对称的部分组成，一部分是控制A相供电臂投切中性段的一号选相控制器、另一部分是控制B相供电臂投切中性段的二号选相控制器；两个选相控制器控制地面开关模块的分合闸。

地面开关模块至少包含一个选相开关模块，该选相开关模块是由IGBT和电力二极管构成的双向开关单元。

电压互感器和电流互感器分别采集电压电流信号传给AD转换模块，构成线路电压电流采集模块。

一号位置传感器、二号位置传感器和三号位置传感器依次安装在铁轨上A相供电臂、中性段和B相供电臂对应路段，构成位置信号感应模块。

线路电压电流采集模块和位置信号感应模块将信息传递给主控模块，主控模块通过信模块连接地面控制台，从而控制地面开关模块。

进一步的，地面开关模块中还包含开关切换模块，该开关切换模块为两个隔离开关分别并联两个双向开关单元，用于将故障的双向开关单元隔离。