本發(fā)明主要涉及過分相，具體涉及一種過分相系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術：

1、電氣化鐵路單相供電的特殊性，兩供電臂之間必然存在一段中性區(qū)(無電區(qū))。目前，我國主要采用車載自動過分相方式過無電區(qū)，勢必造成在機車過分相時牽引力喪失及速度損失，萬噸重載機車經過長大坡度(大于10‰)分相區(qū)段時，引力喪失及速度損失影響尤為嚴重，存在機車停無電區(qū)風險。基于電力電子技術的地面自動過分相裝置在變電所兩同相電源(相位0°)工況應用，機車過分相時，中性區(qū)失電時間1.5ms±0.5ms，機車實現(xiàn)無感過分相，在變電所兩異相電源(相位差60°)工況應用時，機車完全失去牽引力或制動力的時間為0.2～0.4s。地面自動過分相裝置顯著降低了機車過分相的速度損失，提高了鐵路供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在鐵路供電系統(tǒng)中的推廣和應用具有很大的意義。

2、目前主流的地面自動過分相裝置如圖1所示，當j1檢測到有列車通過，電子開關scr_v1導通，中性區(qū)由供電臂α供電；當j2檢測到有列車通過，先scr_v1關斷，然后導通scr_v2，由供電臂α切換至供電臂β給中性區(qū)供電；當j3檢測到列車時，關斷scr_v2，為下次列車過分相做準備。

3、現(xiàn)對目前如圖1所示的過分相系統(tǒng)的經典拓撲中的相關器件以及功能說明如下：

4、(1)電子開關閥scr_v1、scr_v2

5、電子開關閥scr_v1、scr_v2分別采用多對反并聯(lián)晶閘管組件構成，是過分相裝置的主執(zhí)行機構。通過接收過分相控制系統(tǒng)的觸發(fā)指令信號，實現(xiàn)電子開關的導通和關斷。

6、(2)高壓斷路器qf1、qf2

7、高壓斷路器qf1、qf2為過分相裝置的電氣分斷和保護動作機構。

8、(3)隔離開關qs1～qs4

9、隔離開關qs1～qs4為過分相裝置的電氣隔離機構，正常情況下qs1～qs4閉合。當過分相裝置電氣故障檢修時，qs1～qs4斷開。

10、(4)電流互感器和電壓互感器

11、pt1～pt3分別實現(xiàn)對供電母線a、b和中性區(qū)電壓的測量，互感器變比為27.5kv/0.1kv，測量精度為0.5級，保護精度為3p級，二次繞組容量為50va；

12、ct1～ct3分別實現(xiàn)回路電流測量，包括電子開關中性區(qū)、供電母線a和b、rc支路的電流測量，測量精度為0.2級，保護精度為5p20。二次繞組容量為30va和/20va。

13、(5)rc組件

14、用于實現(xiàn)機車未到達中性區(qū)使電子開關導通續(xù)流，同時可避免機車進入中性區(qū)時的電流沖擊(圖1中代號r和c)。

15、(6)列車位置檢測裝置

16、主要包括車輪傳感器、信號調整單元、邏輯處理單元、輸出單元等，通過車輪傳感器(圖1中代號j1、j2、j3、j4)及信號處理單元組成，用于檢測軌道上指定位置是否有列車到達、列車的行駛方向以及軌道檢測區(qū)間是否占用或出清，并將檢測處理后的信號狀態(tài)發(fā)送至過分相控制系統(tǒng)。

17、目前的過分相系統(tǒng)的功能包括：

18、1)裝置應適應27.5kv單相工頻電氣化鐵路雙向行車，進行電子開關自動過分相正常的功能轉換，保證機車過電分相的安全可靠性，最大限度地發(fā)揮機車的牽引力及通行速度。

19、2)裝置應能實現(xiàn)快速換相功能，異相電源工況下接觸網自動換相時中性段瞬間斷電時間為15±5ms，同相電源工況下接觸網自動換相時中性段瞬間斷電時間為1.5±0.5ms。

20、功能分解與實現(xiàn)說明：

21、該功能要求機車通過分相區(qū)時裝置能通過列車位置檢測(或受電弓檢測)實時檢測機車進入中性區(qū)，并通過控制系統(tǒng)完成相應邏輯處理、控制運算來控制電子開關的導通與關斷，實現(xiàn)中性區(qū)電源的快速切換，實現(xiàn)中性區(qū)的供電和機車受流，順利通過電分相區(qū)段。異相電源工況下接觸網自動換相時中性段瞬間斷電時間為15±5ms。同相電源工況下接觸網自動換相時中性段瞬間斷電時間為1.5±0.5ms。

22、以從左向右行車為例，其工作原理如圖3所示：

23、1)在t1時刻，列車經過j1處，列車位置檢測子系統(tǒng)輸出位置信號給邏輯控制系統(tǒng)，邏輯控制系統(tǒng)給電子開關控制系統(tǒng)發(fā)出scr_v1導通命令，隨即scr_v1導通但并不流過列車負載的電流；

24、2)在t2時刻，列車進入中性區(qū)后，中性區(qū)列車負載電流通過scr_v1提供；

25、3)在t3時刻，列車到達j3處完全進入中性區(qū)后，列車位置檢測子系統(tǒng)輸出位置信號給邏輯控制系統(tǒng)，電子開關控制系統(tǒng)接受邏輯控制系統(tǒng)命令，完成scr_v1關斷；

26、4)在t4時刻，確認scr_v1關斷后，電子開關控制系統(tǒng)發(fā)出電子開關scr_v2觸發(fā)命令，此時中性區(qū)列車負載電流由電子開關scr_v2提供；

27、5)在t5時刻，列車離開中性區(qū)，電子開關scr_v2不流過列車電流；

28、6)在t6時刻，列車到達j4完全離開中性區(qū)，列車位置檢測子系統(tǒng)輸出列車位置信號，電子開關控制系統(tǒng)接受邏輯控制系統(tǒng)命令，完成scr_v2關斷。

29、現(xiàn)有的過分相晶閘管控制方法如圖4所示，閥控系統(tǒng)通過光纖給出閥組晶閘管組件導通的脈沖，觸發(fā)板將閥控系統(tǒng)的光脈沖信號轉換為電脈沖信號，直接驅動閥組晶閘管導通與關斷。

30、其中電子開關采用多對可控硅元器件組成，采用多組反并聯(lián)晶閘管組件串聯(lián)結構。為保證系統(tǒng)可靠，應留有2倍以上額定電壓、電流1.2倍安全裕度，電子開關閥利用晶閘管故障后為短路狀態(tài)，采用元件串聯(lián)冗余方案，其原理如圖2所示。上述方案中的scr_v1與scr_v2都需要冗余設計，存在大量冗余器件，成本高。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種在確保各電子開關冗余的基礎上降低成本的過分相系統(tǒng)。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為：

3、一種過分相系統(tǒng)，包括列車位置識別單元和電源切換單元，所述電源切換單元包括第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關和觸發(fā)單元，所述第一電子開關和第二電子開關的一端分別與兩相供電臂相連，所述第一電子開關的另一端和第二電子開關的另一端相連并與第三電子開關的一端相連，所述第三電子開關的另一端則與中性區(qū)相連；所述第三電子開關分別與所述第一電子開關和第二電子開關相互冗余；所述觸發(fā)單元分別與所述第一電子開關、第二電子開關和第三電子開關相連，用于驅動第一電子開關、第二電子開關和第三電子開關的導通與關閉。

4、作為上述技術方案的進一步改進：

5、所述第一電子開關、第二電子開關和第三電子開關均包括多組反并聯(lián)晶閘管組件，多組反并聯(lián)晶閘管組件相互串聯(lián)。

6、所述第一電子開關、第二電子開關和第三電子開關中的反并聯(lián)晶閘管組件的數(shù)量為8-12個。

7、所述列車位置識別單元包括第一位置傳感器、第二位置傳感器、第三位置傳感器和第四位置傳感器；所述第一位置傳感器、第二位置傳感器、第三位置傳感器和第四位置傳感器沿列車行駛方向依次布置。

8、所述第一電子開關和第二電子開關的一端均依次經斷路器和隔離開關與供電臂相連；所述第三電子開關的另一端經斷路器與中性區(qū)相連。

9、所述觸發(fā)單元包括控制單元、分光單元和合光單元；所述控制單元與所述分光單元的輸入端相連，所述分光單元的輸出端與所述第一電子開關和第二電子開關相連，并經合光單元與所述第三電子開關相連。

10、所述分光單元包括第一分光器、第二分光器、第三分光器和第四分光器；所述合光單元包括第一合光器和第二合光器；所述第一分光器、第二分光器、第三分光器和第四分光器的輸入端均與控制單元相連，用于接收控制單元的導通脈沖信號；所述第一分光器的輸出端分別與第一電子開關和第一合光器的輸入端相連；所述第二分光器的輸出端分別與第一電子開關和第二合光器的輸入端相連；所述第三分光器的輸出端分別與第二電子開關和第一合光器的輸入端相連；所述第四分光器的輸出端分別與第二電子開關和第二合光器的輸入端相連；第三分光器和第四分光器的輸出端與所述第三電子開關相連。

11、各分光器或合光器均通過觸發(fā)板與各電子開關相連。

12、本發(fā)明還公開了一種基于如上所述的過分相系統(tǒng)的控制方法，包括步驟：

13、s01、初始狀態(tài)時，所述第一電子開關、第二電子開關和第三電子開關均處于斷開狀態(tài)；當列車位置識別單元檢測列車行駛至中性區(qū)前方時，控制第一電子開關和第三電子開關閉合；當列車行駛至中性區(qū)時，此時供電臂的電源經第一電子開關和第三電子開關后進入中性區(qū)為列車供電；

14、s02、當列車位置識別單元檢測列車行駛至中性區(qū)預定位置時，控制第一電子開關和第三電子開關斷開；

15、s03、當列車位置識別單元檢測列車行駛至中性區(qū)預定切換位置時，控制第二電子開關和第三電子開關閉合；此時另一供電臂的電源經第二電子開關和第三電子開關進入中性區(qū)為列車供電；

16、s04、當列車位置識別單元檢測列車離開至中性區(qū)時，斷開第一電子開關、第二電子開關和第三電子開關，完成過分相。

17、作為上述技術方案的進一步改進：

18、通過觸發(fā)單元來實現(xiàn)第三電子開關的光脈沖信號與第一電子開關或第二電子開關的同步。

19、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

20、本發(fā)明通過將第一電子開關和第二電子開關的冗余部分單獨分離，將其分離出的冗余部件第三電子開關共用并安裝在主電路共用線路上；優(yōu)化后的整套系統(tǒng)在保證第一電子開關和第二電子開關冗余的基礎上，整體所需晶閘管組件為原系統(tǒng)的3/4，進而降低成本。

21、本發(fā)明通過一分二分光器與二合一合光器組合使用，保證第三電子開關能與第一電子開關和第二電子開關同時導通與關斷，保證過分相動作的可靠性。