[发明专利]一种地面自动过分相系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种地面自动过分相系统及其控制方法，包括：第一换相开关、第二换相开关、第一红外测距仪、第二红外测距仪、第三红外测距仪、位置判定单元和控制单元；所述位置判定单元，用于根据第一、第二或第三红外测距仪的测距数据判定列车位置；所述控制单元，用于根据列车位置控制所述第一、第二换相开关通断，该方法为上述系统实现过分相的控制方法。本发明利用红外测距仪精确的识别列车的位置，避免了因磁钢传感器测量列车位置时磁钢传感器和电缆频繁损坏引起的自动过分相系统误动作。

技术领域

本发明涉及电气化铁路过供电技术领域，具体涉及一种地面自动过分相系统及其控制方法。

背景技术

电气化铁路供电系统多采用交流单相工频换相供电的方式，为了避免相间短路，在牵引变电所出口及分区亭处设置了一段两端都有电气分段的接触网，即中性段(或电分相)。中性段由中性区、两端锚段关节组成。中性段隔离了同一条线路的两个相邻的具有不同标称电压或相位的电气区段。由于中性区接触网本身不带电，列车通过时，车载设备或地面装置需要进行特殊的操作。根据列车过分相的操作方式，可分为手动过分相和自动过分相，而自动过分相又可细分为车上自动断电过分相与地面自动切换不断电过分相。

传统的电力机车通过电分相区的方法是司机手动操作。在无电区外一定距离处设有“断/合”提示牌,电力机车通过时须将牵引级位回零、关闭辅助机组、断开主断路器,惰行通过无电区后再按相反顺序逐项恢复,这样受电弓是在无电流情况下进出分相区的,从而保证了受电弓和接触网的安全。但这样的操作方式完全依靠司机手动操作，存在安全隐患。高速铁路(300km/h以上)中由于列车速度高，而分相区间隔距离为30km左右，几乎每隔4～6分钟就有一个分相区，大大增加了司机的劳动强度；另一方面，司机稍有疏忽，还没来得及断开主断，机车就已经行驶到分相区，受电弓带电流闯分相，拉电弧烧毁接触网或是造成牵引变电所相间短路跳闸。目前电气化铁路多采用车上自动断电过分相方式，此种方式的操作步骤跟传统人工手动操作过分相方式基本相同，区别在于列车感知分相区位置，并自动进行过分相操作。

随着高速铁路和重载铁路的发展，断电过分相越来越不适应铁路的需求，主要表现在以下几个方面。

(1)列车在高速运行时，如果在分相区没有电能提供，将失去牵引力，同时由于高速时候列车受到的风阻很大，车速明显下降，使得列车平均旅行时间大大增加，列车运行秩序得不到保障。另一方面，高速列车断电经过电分相后，速度衰减大，为了保证平均旅行时间，须在列车经过电分相后提速运行，但这个速度恢复的过程需要耗费大量的电能，很不经济。当然也可以靠增大牵引容量来提高列车的平均运行速度，以保障运行时间，但是增大牵引容量会涉及到受电弓、牵引变流器、牵引变压器、绝缘设备等整个动车系统，成本、技术难度均大大增加，很不经济。

(2)重载列车由多台机车牵引，过分相时其中一台机车断电运行，而其他机车带电运行，造成牵引力不均匀，对列车的正常运行极为不利。在山区铁路，断电过分相的影响更为严重，低速重载列车运行在上坡道的分相区，失去牵引力后速度逐渐减小，以至于停在中性区，必须依靠内燃机车才能将列车搬运到供电区，重新依靠电力机车牵引，严重影响列车的载荷能力。为了实现重载列车顺利通过山区铁路的电分相，可以减小列车的载货量，但这样势必会影响到总的货运量，进而影响到国民经济的发展，所以是不可行的。

(3)虽然断电过分相的受电弓是在没有电流的情况下进入中性区的，但在受电弓进入中性区和脱离中性区的瞬间，由于供电臂与非供电臂的靠近和脱离过程中，仍会拉弧放电，出现过电压冲击，严重时甚至出现高于90kV的过电压，造成车顶绝缘间隙被击穿、接触网被烧毁、牵引变电所跳闸等事故，严重影响电气化铁路的正常运营。尽管在一些分相区安装了RC过电压吸收装置，但是该装置是被动的承受过电压，而不是主动避免过电压，同时装置受天气影响大，而铁路环境差异大，因此装置适应能力不强。

在经济飞速发展和铁路事业跨越式发展的大背景下，高速列车和重载货运列车发展很快，对过分相提出了新的要求——自动操作、快速换相、短时失电。地面自动过分相可以通过开关切换，使得机车带电通过分相区，可以很好的解决上述问题。