一种电力机车自动过分相控制方法、装置及电力机车

摘要

本发明适用于铁路电力机车领域，提供了一种电力机车自动过分相控制方法、装置及电力机车，通过在接触网上安装射频定位卡，并在车顶安装用于识别该射频定位卡的RFID定位阅读器，车载主机根据车顶RFID定位阅读器所采集的射频定位卡的定位信息和车载主机从TAX箱读取的公里标数据，结合当前机车速度，计算、校准机车距前方区间卡或相点预告卡的距离，并在过分相区域以射频定位卡的定位信息为主、以公里标数据信息为辅的方式进行分/合主断控制，确保运算输出最佳分主断位置，降低机车速度损失，同时这种双重定位技术的采用也保证了机车自动过分相的安全、可靠性，避免漏检分相点，并且安装维护方便。

说明书

技术领域

本发明属于铁路电力机车领域，尤其涉及一种电力机车自动过分相控制方法、装置及电力机车。

背景技术

我国电气化铁路牵引供电网采用单相工频交流供电方式。为使电力系统三相负荷平衡，提高电网的利用率，电气化铁路的接触网采用分段换相供电方式，在换相点有一段绝缘物将两相接触网电气分隔，此处成为分相区。为了避免拖带电弧损坏供电设备，电力机车通过分相区必须断电惰行。传统的电力机车过分相方法是司机按照线路上设置的断合标志进行手动操作以分合机车电源主断路器主断，但在准高速、高速线路上，机车每小时要通过十多个分相区，手动操作很难把握最佳的分合主断路器时刻，也无法控制最佳的降电流和升电流速率，因而造成较多的机车速度损失和较大的机车冲动，这不仅影响旅客乘车的舒适度，也会缩短机车设备的使用寿命；同时司机操作稍有疏忽或瞭望不及时就会拉电弧烧分相绝缘器，直接危机设备及行车安全。

鉴于上述手动切换方式已无法适应电气化铁路尤其是高速电气化铁路的发展，目前世界上采用自动过分相的控制方式，主要有以下三种：1、以日本为代表的地面开关自动切换方案；2、以瑞士AF公司为代表的柱上开关自动断电方案；3、以法国、德国、英国和西班牙为代表的车上自动控制断电方案。第1种和第2种方案的缺点为真空负荷开关带负荷分断，合闸时有电流冲击，投资巨大，第3种方案相对来说有投资较少、主断路器只分断辅机的小电流因而对主断路器电寿命影响不大、适用于低速、常速、准高速、高速的要求以及多弓的列车等诸多优点，但也存在一些问题：机车上有一段时间是断电的、如果断电时间过长，则会造成较大的机车速度损失，如果电流控制不好，则会产生电力冲击和列车冲动；采用地面感应磁铁作为分相点识别，容易因地面磁铁丢失或失效等原因造成漏检发生拉弧等行车事故；由于地面磁铁的安装需要在路基上施工，牵扯部门多，施工难度大。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种电力机车自动过分相控制方法、装置及电力机车，旨在解决现有的自动过分相控制技术方案中过分相时易造成机车速度损失、容易漏检分相点、安装实施困难等问题。

本发明实施例是这样实现的，一种电力机车自动过分相控制方法，所述方法包括以下步骤：

当机车在区间运行时，车载主机根据采集到的射频定位卡的位置信息及公里标数据，结合当前机车速度运算距下张区间卡或相点预告卡的距离；所述射频定位卡安装于铁路沿线的接触网的承力索上，存储有上下行类别信息、射频定位卡类型信息及射频定位卡的ID序列号信息；所述射频定位卡分为区间卡和相点卡两种类型，所述相点卡包括预告卡、卸载卡、分主断卡、合主断卡；

当机车运行到分相区域时，车载主机根据采集到的相点卡的定位信息，发出卸载机车牵引电流信号和分主断信号；当机车越过分相区域时，车载主机根据检测到的网压变化信号和采集到的相点卡的定位信息，发出合主断信号和加载机车牵引电流信号；

当机车运行到分相区域且无法采集到相点卡的定位信息时，车载主机根据公里标数据信息发出卸载机车牵引电流信号和分主断信号；当机车越过分相区域时，车载主机根据检测到的网压变化信号和公里标数据信息，发出合主断信号和加载机车牵引电流信号。

本发明实施例还提供了一种电力机车自动过分相控制装置，所述装置包括：

多个安装于铁路沿线的接触网的承力索上的射频定位卡，其存储有上下行类别信息、射频定位卡类型信息及射频定位卡的ID序列号信息；所述射频定位卡分为区间卡和相点卡两种类型，所述相点卡包括预告卡、卸载卡、分主断卡、合主断卡；

安装于车顶的RFID阅读器，用于采集所述射频定位卡的定位信息；

存储有公里标数据的TAX箱；

获取机车速度的机车速度传感器；

自动过分相执行单元；以及

车载主机，用于当机车在区间运行时，根据所述RFID阅读器采集到的所述区间卡的位置信息及所述TAX箱的公里标数据，结合所述机车速度传感器获取的当前机车速度运算距下张区间卡或相点预告卡的距离；

当机车运行到分相区域时，所述车载主机根据所述RFID阅读器采集到的所述相点卡的定位信息，发出卸载机车牵引电流信号和分主断信号至所述自动过分相执行单元；当机车越过分相区域时，所述车载主机根据检测到的网压变化信号和所述RFID阅读器采集到的所述相点卡的定位信息，发出合主断信号和加载机车牵引电流信号至所述自动过分相执行单元；

当机车运行到分相区域且无法采集到所述相点卡的定位信息时，所述车载主机根据所述TAX箱的公里标数据信息发出卸载机车牵引电流信号和分主断信号至所述自动过分相执行单元；当机车越过分相区域时，所述车载主机根据检测到的网压变化信号和公里标数据信息，发出合主断信号和加载机车牵引电流信号至所述自动过分相执行单元。

本发明实施例还提供了一种电力机车，所述电力机车包括：

安装于车顶的RFID阅读器，用于采集安装于铁路沿线的区间卡和相点卡的定位信息；

存储有公里标数据的TAX箱；

获取机车速度的机车速度传感器；

自动过分相执行单元；以及

车载主机，用于当机车在区间运行时，根据所述RFID阅读器采集到的区间卡的位置信息及所述TAX箱的公里标数据，结合所述机车速度传感器获取的当前机车速度运算距下张区间卡或相点预告卡的距离；

当机车运行到分相区域时，所述车载主机根据所述RFID阅读器采集到的相点卡的定位信息，发出卸载机车牵引电流信号和分主断信号至所述自动过分相执行单元；当机车越过分相区域时，所述车载主机根据检测到的网压变化信号和所述RFID阅读器采集到的相点卡的定位信息，发出合主断信号和加载机车牵引电流信号至所述自动过分相执行单元；

当机车运行到分相区域且无法采集到相点卡的定位信息时，所述车载主机根据所述TAX箱的公里标数据信息发出卸载机车牵引电流信号和分主断信号至所述自动过分相执行单元；当机车越过分相区域时，所述车载主机根据检测到的网压变化信号和公里标数据信息，发出合主断信号和加载机车牵引电流信号至所述自动过分相执行单元。

本发明实施例中，通过在接触网上安装射频定位卡，并在车顶安装用于识别该射频定位卡的RFID定位阅读器，车载主机根据车顶RFID定位阅读器所采集的射频定位卡的定位信息和公里标数据，结合当前机车速度，计算、校准机车距前方下一个区间卡或相点卡的距离，并在过分相区域以射频定位卡的定位信息为主、以公里标数据信息为辅的方式进行分/合主断控制，确保运算输出最佳分主断位置，降低机车速度损失，同时这种双重定位技术的采用也保证了机车自动过分相的安全、可靠性，避免漏检分相点，并且安装维护方便。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电力机车自动过分相控制方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的射频卡的布卡示意图；

图3是本发明实施例提供的加载机车牵引电流的过程示意图；

图4是本发明实施例提供的电力机车自动过分相控制装置的结构原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，在接触网上安装射频定位卡，并在车顶安装用于识别该射频定位卡的射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)定位阅读器，车载主机根据车顶RFID定位阅读器所采集的射频定位卡的定位信息和公里标数据，结合当前机车速度，计算、校准机车距前方下一个区间卡或相点卡的距离，并在过分相区域以射频定位卡的定位信息为主、以公里标数据信息为辅的方式进行分/合主断控制。

图1示出了本发明实施例提供的电力机车自动过分相控制方法的实现流程，详述如下：

在步骤S101中，当机车在区间运行时，车载主机根据采集到的射频定位卡的位置信息及公里标数据，结合当前机车速度运算距下张区间卡或相点预告卡的距离。

本发明实施例中，在铁路沿线的接触网的承力索上安装射频定位卡，卡内存储的定位信息包括上下行类别信息、射频定位卡类型信息、以及射频定位卡的ID序列号信息等，其中射频定位卡分为区间卡和相点卡两种类型，相点卡又包括预告卡、卸载卡、分主断卡、合主断卡，如图2所示，布卡原则是区间卡尽量和沿线地面静态公里标整数值相对应，区间卡等间距分布，如5km，而预告卡与之前的区间卡的距离、合主断卡与之后的区间卡的距离可小于5km。卡内存储的定位信息中的上下行信息可避免误读临线卡，上行信息卡安装于上行路线，下行信息卡安装于下行路线，其中，区间卡用于为车载主机提供机车位置信息，作为运算参数，而相点卡用于为车载主机提供自动过分相定位参数。

车顶安装有RFID定位阅读器，该车顶RFID定位阅读器为天线、微波接收/发射处理器一体化设备，其工作原理是天线持续发射电磁波侦测磁场附近射频定位卡，当车顶RFID定位阅读器从射频定位卡下方通过时，射频定位卡接收电磁波信号，经过整流后作为其工作电源，启动内部的无线发射电路将卡内信息发送给车顶RFID定位阅读器，车顶RFID定位阅读器接收、整理卡内信息，传输给车载主机，作为一个带编号的定位信息。应当理解，以上就无源的射频定位卡为例进行说明，具体实施时还可以采用有源的射频定位卡。

车载主机根据接收到的区间卡的定位信息，进行区间定位运算，原理如下：

车载主机中预植有公里标数据与区间卡的静态对应关系信息，车载主机根据当前的动态公里标验证所采集到的区间卡的位置信息的正确性，当区间卡的位置信息正确时，车载主机根据该位置信息和公里标数据以及机车当前的速度运算出下张卡的距离，监督下张卡内信息的可靠读取，准确记录漏读卡现象。若在预定读取卡位置的一定范围内未读到卡时，如±100m，则以上一张读取到的卡内位置信息为准运算下张卡的距离，同时记录当前漏读卡信息。还可以设置连续数张卡为到时(如三张)，触发故障报警器，并记录、存储漏读卡故障事件。

在步骤S102中，当机车运行到分相区域时，车载主机根据采集到的相点卡的定位信息，发出卸载机车牵引电流信号和分主断信号；当机车越过分相区域时，车载主机根据检测到的网压变化信号和采集到的相点卡的定位信息，发出合主断信号和加载机车牵引电流信号。

本发明实施例中，卸载、加载机车牵引电流为二级线形斜率方式，适合机车的零位、牵引、电制等各种状态，图3示出了加载机车牵引电流的过程，分主断之前机车牵引电流在8级机位，自动合主断之后，自动斜率加载过程分为二级，第一级从0到2级机位，第二级从2级机位到8级机位，加载斜率参数可根据实际应用进行调整。

在步骤S103中，当机车运行到分相区域且无法采集到相点卡的定位信息时，车载主机根据公里标数据信息发出卸载机车牵引电流信号和分主断信号；当机车越过分相区域时，车载主机根据检测到的网压变化信号和公里标数据信息，发出合主断信号和加载机车牵引电流信号。

当机车运行到分相区域而采集不到相点卡的定位信息时(如相点卡损坏等)，本发明实施例中采用公里标数据作为发出卸载机车牵引电流和分主断信号、合主断信号和加载机车牵引电流信号的依据，这种以射频定位卡的定位信息为主、以公里标数据信息为辅的方式保证了机车自动过分相的安全、可靠性。

图4示出了本发明实施例提供的电力机车自动过分相控制装置的结构原理，为了便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

参照图4，射频定位卡41安装于接触网的承力索40上，射频定位卡41可以为无源的，也可以为有源的，卡内存储的定位信息包括上下行类别信息、射频定位卡类型信息、以及射频定位卡的ID序列号信息等，其中射频定位卡分为区间卡和相点卡两种类型，相点卡又包括预告卡、卸载卡、分主断卡、合主断卡，区间卡和相点卡的布卡原则以及功能如上所述，此处不再赘述。

RFID阅读器42安装在车顶上，为天线、微波接收/发射处理器一体化设备，对于射频定位卡41是无源的情形，天线持续发射电磁波侦测磁场附近射频定位卡41，当RFID定位阅读器42从射频定位卡41下方通过时，射频定位卡41接收电磁波信号，经过整流后作为其工作电源，启动内部的无线发射电路将卡内信息发送给RFID定位阅读器42，RFID定位阅读器42接收、整理卡内信息，传输给车载主机43，作为一个带编号的定位信息。

车载主机43可安装在机械间，其中预植有公里标数据与区间卡的静态对应关系信息，车载主机43根据TAX箱44的公里标数据以及其内部预植的公里标数据与区间卡的静态对应关系信息，标验证所采集到的区间卡的位置信息的正确性，当区间卡的位置信息正确时，车载主机43根据该位置信息和TAX箱44的公里标数据以及机车当前的速度运算出下张卡的距离，监督下张卡内信息的可靠读取，准确记录漏读卡现象，其中机车当前的速度可以有机车上的机车速度传感器45获得。若在预定读取卡位置的一定范围内未读到卡时，如±100m，则车载主机43以上一张读取到的卡内位置信息为准运算下张卡的距离，同时记录当前漏读卡信息。还可以设置连续数张卡为到时(如三张)，触发故障报警器47报警，并记录、存储漏读卡故障事件。

当机车运行到分相区域时，车载主机43根据采集到的射频定位卡41的定位信息，发出卸载机车牵引电流和分主断信号至自动过分相执行单元46以进行过分相动作；当机车越过分相区域时，车载主机43根据检测到的网压变化信号和采集到的射频定位卡41的定位信息，发出合主断信号和加载机车牵引电流信号至自动过分相执行单元46，自动过分相执行单元46进行相应的动作之后向车载主机43反馈一完成信号。本发明实施例中，卸载、加载机车牵引电流为二级线形斜率方式，适合机车的零位、牵引、电制等各种状态，具体如上文所述。

当无法采集到射频定位卡41的定位信息且机车运行到分相区域时，车载主机43根据TAX箱44的公里标数据信息发出卸载机车牵引电流和分主断信号至自动过分相执行单元46以进行过分相动作；当机车越过分相区域时，车载主机根据检测到的网压变化信号TAX箱44的和公里标数据信息，发出合主断信号和加载机车牵引电流信号至自动过分相执行单元46。

报警器47包括双色指示灯、蜂鸣器、投/切开关等，可内嵌于双端司机室操作台上，其功能是起到工作状态指示、设备投入和切除及报警指示功能。车载主机43获得卸载卡信息、卸载机车牵引电流时，同时触发报警器47绿灯闪烁，蜂鸣器“嘀嘀”两声；分/合主断时，绿灯闪烁，蜂鸣器“嘀”一声。

车载主机43在机车静止无速度但处于正常工况时进行静态自检，原理如下：机车静止状态，设备开机运行，车载主机43实时自检各功能模块及外围电路接口工作状态。自检内容包括车顶RFID定位阅读器42、与TAX箱44通信的公里标通信接口、外围输入/输出控制接口、记录存储模块、报警输出接口等。开机时，车载主机43控制报警器47亮红色指示灯，当设备个功能模块自检正常后，车载主机43输出控制指示灯变绿色，且蜂鸣器“嘀”一声长鸣音；若自检不正常，车载主机43输出控制指示灯红色闪烁，且蜂鸣器发出“嘀嘀”连续音。

车载主机43同时在机车在线运行时进行动态自检，原理如下：机车在线运行，车载主机43每隔一定(如1s)周期循环自检一次。设备自检正常时，车载主机43输出控制指示灯为绿色，蜂鸣器静音；若故障时，指示灯红色闪烁，且蜂鸣器发出“嘀嘀”连续音，直到司机拨动“投/切开关”为切除位置，蜂鸣器静音，指示灯为红色常亮。

本发明实施例还提供了一种电力机车，包括安装于车顶的RFID阅读器，TAX箱，车载主机，机车速度传感器，以及自动过分相执行单元，具体工作原理如上文所述，不再赘述。

本发明实施例中，通过在接触网上安装射频定位卡，并在车顶安装用于识别该射频定位卡的RFID定位阅读器，车载主机根据车顶RFID定位阅读器所采集的射频定位卡的定位信息和公里标数据，结合当前机车速度，计算、校准机车距前方下一个区间卡或相点卡的距离，并在过分相区域以射频定位卡的定位信息为主、以公里标数据信息为辅的方式进行分/合主断控制，确保运算输出最佳分主断位置，降低机车速度损失，同时这种双重定位技术的采用也保证了机车自动过分相的安全、可靠性，避免漏检分相点，并且安装维护方便。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。