我要投搞

标签云

收藏小站

爱尚经典语录、名言、句子、散文、日志、唯美图片

当前位置:761棋牌 > 地面遥测装置 >

电子开关实现带电自动过分相的研究

归档日期:07-07       文本归类:地面遥测装置      文章编辑:爱尚语录

  北京交通大学硕士学位论文 电子开关实现带电自动过分相的研究 姓名:刘冰 申请学位级别:硕士 专业:电力电子与电力传动 指导教师:郑琼林 201106 中文摘要 中文摘要 摘要:随着铁路系统不断向高速重载方向发展,自动过分相技术显得日益重 要。目前已有的自动过分相系统,均存在开关寿命低、过分相切换时产生过电压、 可靠性低等缺点。 本文介绍了一种新型的自动过分相装置,使用新的机车位置检测技术,根据 电力机车通过分相区时牵引供电系统接触网的变化特性,运用电流互感器原理, 设计了新型位置检测传感器,能够对机车位置进行精确检测。对铁磁材料进行研 究分析与仿真,确定了传感器的铁芯及结构。 应用电子开关晶闸管替代传统过分相中使用的真空断路器,完成电力机车过 分相时对两相电压的切换。根据过分相时电子开关的工作环境,确定了晶闸管的 型号参数、连接方式及数量,分析并验证了晶闸管的散热问题。 对系统方案进行了详细介绍,并分析了不同数量传感器及不同种类电力机车 情况下自动过分相系统的逻辑控制关系。 通过现场实验,验证了位置传感器检测的准确性,调试了电子开关与控制器 之间动作的一致性。 关键词:电子开关、位置检测、自动过分相 分类号:刑 ABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT.As豫ilwaysyst锄begins todevelop inthedirection ofhi曲’speed aIld heaV)r-c咧ing,thetechnology 0f锄tomatic paSsing neu仃alsectionbecomesmoreand more illlp砥觚t.Atprese咄manysystenlS ofamo嘶cpaSsing neu仃alSectionhave di彘rem problems,juSt舔lows埘tc抽唱1ife,hi曲删班V01tage whenswitchescmoVer, lowfeliabil酊锄d so011. Thisdisser眦ionin们ducesan删memlod0floc伽10tiveautom撕c paSsing ne船al sectionwKchisnamedElectroIlicgvvitch PaSsir培Neutralsection(EPN). EPNuSesnewtechnolog)r ofsensort0detectthelocationoflocomotiVe.Whenthe locomotivep硒sing tlle nemralSectioll,curllem inttle coIltactnetof位lctiVe power supplysystem、)l,illchange,accordillg tothischara曲嘶Sticand也e principle 0f 位Insfo】mer,aIle、typeofsensorhasbeendesigned锄d c趾detecttheposition locomotiveaccurately.Me醐w11ile,tllrou曲the糟searCh觚dsimulation ofme ferroma辨eticmaterials,me dissertationSho、船howto desi盟锄d m醐llf如tu】呛thehDn coreofsensor. Then,thedissenationdiscusshowtouseelec臼.onics谢tch replacing Vac删吼 s、itcht0acllievec嘣ing.over di丘打entvoltages betweelleachelectric phaseSeparation. Andthen,accordiIlg幻t11e即【v岫ent ofelectricphases印arationS,廿1etype龃d nl】瑚bersofSCRaredeterIIlined,也eradia硒g芦oblem isalsodiscllssedintlle paper. Svst锄SchemeofEPNis出soill:臼.oducediIl thedisSertation,whiche灿stiVely discussingmesitI枷onofdi位reIltseIlsors锄ddi虢rent咖es oflo锄。缸Vesautomatic passillg neutralsec五on. AtlaSt,tlou西field testof EPN,teSt v耐母也e醒cu栩【cy0flocation似lsor aIlddebugtheconfo】俐锣b娟een co曲.olIerandelectric刚tch. KEYWoRDS:electricswitch,locationdetecting, Elec仃onics、航tch Passing N咄alsection C1.ASsNo:TM 致谢本论文的工作是在我的导师郑琼林教授的悉心指导下完成的,郑琼林教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 郑琼林老师对我的关心和指导。 研究所游小杰教授,林飞副教授,刘建强老师,张立伟老师,郝瑞祥老师, 黄先进老师,王琛琛老师以及孙湖老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的 宝贵意见,在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间,冉旺博士、赵坤博士等同学对我论文中的研 究工作给予了热情帮助,在此向他们表达我的感激之情。 绪论 l绪论 1.1课题的研究背景 1.1.1牵引供电系统 图卜1牵引供电系统电能的传递Figure1一l Tmsfer0felectricin们ctive pow盯supplysystem 在我国,电气化铁路采用频率为50Hz,电压25l【V的单相交流电源为电力机 车供电。如图1.1,牵引变电所引入三相110妯忱20kV电力线路,通过电力变压器 降压后,送到铁路牵引供电系统接触网上。电力机车通过受电弓从接触网上获取 电流,经车载变压器降压,‘对机车牵引电机供电。 直流机车与交直交机车都是单相负荷,运行过程中向电力系统输出大量负序电流,而负序电流对电力系统中的同步发电机、感应电机、电力变压器、输电线路 和继电保护都有很大影响,危及电力系统的安全与稳定,这是电力系统所不希望 的。为了降低负序电流的输出对电网的影响,提高供电可靠性,电气化铁道采用 了牵引变电所循环换相,分段供电的方法,把各牵引变电所的单相牵引负荷轮换 接入电力系统中的不同的相,使电力系统三相电流大致对称【l】。 1.1.2分相区 为了保证稳定的弓网关系,需要保持不同相供电臂的机械连接;为了防止异 相短路,又需要对两个供电臂进行电气隔离,能同时实现这两个功能的装置称为 电分相【21。 目前的电分相实现方式主要有两种:器件式电分相和锚段关节式电分相。 北京交通大学硕士学位论文 (1)器件式电分相 器件式电分相由专门的接触网分相绝缘器实现。接触网分相绝缘器由特殊绝缘 材料制成,安装于接触网需要分相供电的电分段处,可避免在接触网上发生相间 短路,同时可承受一定的机械应力,这是一种接触网上常用的电分相装置。 图卜2三件组式分相绝缘器 Figure l-2Ph嬲eBreakIIlsul锄0r晰tlluleeimulato稻 图1.2为一由三段绝缘器组成的分相装置,每段分相绝缘器长约1.8米。在端 部两绝缘器之间为中性段无电区,电力机车在通过无电区时应保持主断路器断开 惰行通过,在中性区两端分别由接触网不同相供电,所以中性段的长度应能保证 机车通过时不会造成相间短路,距离以电力机车升起双弓时不短接不同相接触线 为限,分相绝缘器的设置应注意避开线路的大坡道,以利于电力机车惰行通过。 在我国20世纪80 ̄90年代的电气化工程改造中普遍采用了这种绝缘材料制作的器 件式电分相【3】,器件式电分相结构简单,在速度不太高(140k玎讹以下)的情况下能 基本满足弓网关系要求,减少了施工和维修难度,这种电分相的缺点是:不适合 大坡道线路,不能满足高速机车行驶,使得接触网有硬点,不利于机车受电弓的 长期运行。 (2)锚段关节式电分相 为了消除器件式电分相造成的接触网上的硬点,改善弓网关系,提高电力机车 运行速度,接触网电分相由器件式改造成绝缘锚段关节式。绝缘锚段关节式电分 相在我国最早应用于广深高速铁路,打破了我国30多年采用的传统式3组绝缘器 件构成的电分相模式,在铁路电气化发展史上具有重要的意义,其技术已日趋成 我国电气化铁道接触网通常采用的锚段关节式电分相有四跨、六跨、七跨、八跨、九跨、十二跨、十六跨等。其中,七跨锚段关节式电分相用于京广线、广深 线,八跨锚段关节式电分相用于京广线、石太线,九跨锚段关节式电分相用于武 绪论局京广线和哈局哈大线,十二跨锚段关节式电分相用于秦沈、京津线,十六跨锚 段关节式电分相用于武广、郑西线】。 为适应高速铁路的弓网受流,2005年国内颁布的《新建时速200公里客货共 线铁路设计暂行规定》中规定:时速200km以上接触网的电分相均采用带中性段 的绝缘锚段关节式电分相。2009年颁布的TBl0020一2009《高速铁路设计规范》 中也说明电分相应采用锚段关节形式。锚段关节式电分相在设计上都必须满足以 下几个最基本要求:保证受电弓的平滑过渡;每个断口(空气绝缘间隙)必须能满足 相间绝缘要求;断口间距应与机车受电弓间距满足一定的配合关系,即有2个断 口电分相锚段关节(含3个断口除外)的间距重联或大编组动车组允许同时升起的 2个受电弓问的距离,防止2个受电弓同时将2个断口短接造成相间短路;设置位 置符合线路坡度及距信号机距离要求。 典型的七跨锚段关节式电分相结构图如下: L2 Spa鹏oVerlappingelectri训sectiorIiI唱deVi从图1.3中可以看出,在七跨锚段关节式电分相中加入一个七跨长的中性嵌入 线简称为中性线(虚线部分),中性线柱),该中性线柱处变为工作支,到右侧转4柱处开始抬升, 变为非工作支,有三个跨距长度处于工作状态,可保证约有100m~150m长度的中 为了使电力机车正常通过绝缘锚段关节式电分相绝缘器,原则上要求单台受电弓升弓运行,确需多台受电弓同时升弓时,对受电弓间距离D作如下限制:D L2或DL1。以保证受电弓通过中性段时不会短接分相绝缘器,造成相间短科4】。 1.1.3自动过分相技术 根据牵引供电网和电力机车运行要求,在电力机车通过电分相时,必须断电运 北京交通大学硕士学位论文行,即在电力机车通过电分相前将电力机车断开主断路器,将其主电路与牵引供 电网断开,机车依靠惯性惰行通过电分相,之后再将电力机车主断路器合上,将 主电路接入牵引供电网,整个过程中受电弓不降,保持与接触线接触。 传统的电力机车过分相技术是由司机进行车上手动切换,即为了避免开合主断 时拖带电弧损坏供电设备,电力机车通过分相区时,司机必须按照线路上设置的 断合标志严格进行操作。在接近分相区时,先将机车操纵手柄回零(也称降流过 程),再断开主断路器,通过分相区后,再根据地面标识闭合主断路器。这样理 论上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寿命。 电气化铁路接触网在直供区段每隔20 ̄25km,AT供电方式区段每隔4叽50km, 按照设计规范必须设置90~200m的分相区,随着列车运行速度的不断提高,过电 分相变得越来越频繁。 按照电气化铁路牵引供电网的电分相分布,列车运行速度以160kIIl/h计算,每 9 ̄10分钟就要通过一处电分相,这种传统的手动操作通过分相区的方法就存在很 多问题:一方面影响了行车的速度,另一方面不仅耗费司机精力,增加劳动强度, 而且过多地分散了司机的注意力,行车安全完全依赖于司机的注意力和技术水平, 没有技术设备保障,对行车安全极为不利,操作不当或了望不及就会拉电弧烧损 分相绝缘器与接触线造成断线,直接危及设备及行车安全。对于高坡重载区段, 手动过分相会引起列车大幅降速,延长咽喉区段的运行时间,降低线路运营能力。 在恶劣环境因素下,机车由于失去牵引力停在分相区的事故时有发生,同时,频 繁的开合机车主断路器大大增加了检修压力,缩短了机车各器件的使用寿命16J。 由此可见,传统的手动切换方式己无法适应我国电气化铁路的发展,尤其无法 满足高速与重载电气化铁路的需要,所以发展自动过分相技术势在必行。 1.2现有的自动过分相系统 目前世界上研究和采用的自动过分相装置,其技术方案基本上有3种: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。以瑞士AF公司为代表 的柱上开关自动断电方案。以日本为代表的地面开关自动切换方案。 1.2.1车上自动控制断电方案 该方案的工作原理是当机车得到从地砸传输来的过分相预告信号后,首先进行 确认,然后封锁牵引变流器的触发脉冲(等同于手动过分相时司机将牵引手柄回 零),延时断开主断路器,使机车惰行通过无电区。在通过无电区后,再按照相反 绪论的顺序重新启动机车。 该方案中,除分相预告信号与地面设施有关外,其余一切操作都由机车自动完 成,无须人工干预。车载断电自动过分相装置由以下部分组成,如图14: (1)地面感应器,它安装在分相区中的相应位置,能准确地为电力机车通过分相 区时提供位置信息。 (2)车载感应接收装置,称为车载感应接收器,它是安装在电力机车上,专门接 收地面感应信息的装置。车载感应接收器一旦接收到信号就向机车微机控制系统 发送预告信号。机车微机控制系统在收到该预告信号后延迟一定时间,向车载感 应接收器发出一个复位信号,使之复位,预告信号也随之消失。 (3)主电路及其控制设备。主电路是实现过分相时断开、分合主电路电源的主体 设备。控制设备是实现自动化及智能化的主体设备。其主要功能是根据机车的运 行方向、机车运行速度、主断路器的工作状态及机车运行位置进行自动控制机车 通过分相区间。 —斗_兰芦—十二 2+地丽感应器矿地面感成器 3#地面感应器图卜4车载自动过分相系统示意图 Figure 1-4Schematicdia野吼ofauto-p鹤sing tlle ph硒es印扰出0n 0n10comotiveSystem 该方案的优点是:无需人工干预。投资最低,仅需解决过分相的预告信号问 题。过分相的自动控制与列车速度无关,可适应低速、常速、准高速和高速列车 的要求。也适应多弓的列车。国内技术成熟,在国内多个线路已有应用。 缺点是:本质上是一种断电过分相,断电区较长,有一定的速度损失,按目 前的控制模式,用来使主断路器强迫断开和合闸所用的地面感应器距分相区还有 45m,所以在大坡道低速行驶时,自动过分相断电和合闸相距时间较长,机车速度 损失大、牵引力丢失严重。不能避免过电压冲击。列车通过分相区后速度衰减较 大,重新加速的过程,电能消耗大。车载设备和地面ATP信号由不同的供应商提 供,存在信号不匹配的问题。 1.2.2柱上开关自动断电方案 北京交通大学硕士学位论文该方案的工作原理是将真空开关和线包控制系统安装在接触网分相绝缘器附 近的支柱平台上,电力机车接近分相绝缘器时,通过磁控线包控制真空开关分、 合闸操作,缩短电力机车过分相的距离和断电时间,司机可以不操纵机车使其惰 性运行驶过分相绝缘器。 该方案产品以瑞士AF公司为代表。福州铁路分局鹰厦段永安机务段管区、京 郑铁路都曾引进过瑞士AF公司的设备,但都不是很成功。在试验运行过程中出现 了拉弧、烧弓、线柱上式自动过分相装置 Figure l-5Au协p弱sing me ph嬲es印锄tion mainstayofccIntactnet 该方案的设备体积小,可以安装在接触网的支柱上,如图1.5。但是需要对接 触网中性区段进行改造,接触网分段多,结构复杂,易形成硬点,而且无法使用 锚段结构,不适应电气化铁路的发展。其过电压冲击和涌流大,容易造成机车主 断路器跳闸。真空开关带负荷分断,需要经常维护。该方案运行的可靠性与机车 通过分相区的速度有关,适用的列车速度范围为30km/b.160kI】仇l。存在着一定长 度的供电死区,且与速度有关。难以适应多弓列车,多弓列车过分相会造成真空 开关多次动作,且与受电弓的位置有关,只能用于坡度在20‰以下的分相区。已 经不适应我国高速铁路的电气化发展。 1.2.3地面开关自动切换方案 在机车经过分相区时,通过两套开关的先后切换来达到给中性区供电的目的, 这样可以大大减少机车无电的时间,达到了速度和牵引力无损失的目的。以图1.6 绪论为例,当机车从A相驶来,到CGl处时,开关KA闭合,中性段接触网由A相供 电,待机车进入中性段,到达CG2处时,KA断开,KB迅速合上,完成中性段供 电的换相变换。由于此时中性段由B相供电,机车可以在不用任何附加操作,负 荷基本不变的条件下通过分相段,待机车驶离CG3处时,KB断开,装置恢复原 始状态,各个设备恢复原始状态。反向行驶时,由控制系统控制两个开关以相反 顺序轮流断开与闭合。 Ua 图卜6地面式自动过分相的示意图 Figu陀l一6 Schematic diag姗ofaut0-p笛sing ttle phasep删ion 0n me掣D岫d 目前国内外的地面过分相产品,以日本明电舍的最为成熟。日本的高速铁路 新干线所有过分相装置均由明电舍提供,装机已经超过400套。此外国内的西安 铁路局科学技术研究所也进行了一些开创性工作,与明电舍的方案相比,该方案 用晶闸管阀组代替机械开关作为执行机构,开关性能得到优化。 (1)日本明电舍株式会社 日本是世界上最早研制成功并采用电力机车自动过分相的国家。1964年日本 研究设计开发了地面开关站自动过分相技术,实现了电力机车断路器在不分断的 状况下,瞬间失电250.350111s,机车带电自动通过电分相区。并且该技术随后推 广到日本修建的6条新干线高速铁路,已成功应用四十多年。 系统采用磁头记轴传感器或轨道电路的方式检测到分相区的机车位置,通过真 空开关的快速切换,达到机车不分闸过分相。同时开关进行多套冗余设置,保证 在主开关发生故障时(主开关拒分、拒合),整个系统仍能正常工作。图1.7中, CBll和CB21是主开关,其他开关都是备用开关。 B2pt协9e岛越I鳗n! 切换盘il臃 薪瞎摹(霉闭)c;rcu-tbre8ker(N。rmally。m只口u治:Acti垤lo怕spond科whIurnjn口nr—眨争 薪蓐薯(需开)cl呦}tb陀8ker(NomaIIy) withdoubIemagn卸cheads 图卜7明电舍的地面自动过分相方篥 Figure Auto-p雒singme ph黜sep锄tion onme gro岫dS),stem ofIDEN 其优点是断电时间短,成熟度高、可靠性高缺点是机械开关寿命低不能解决过 电压冲击问题。 (2)西铁科的电子开关方案邮地面带电自动过分相系统) 西安铁路科研所在使用电子开关做地面自动过分相的研究方面做了一些开创 性工作。与明电舍的方案相比,该方案用晶闸管阀组代替机械开关作为执行机构, 开关性能得到优化。 其优点是使用的电子开关易于实现分合闸时刻的精确控制,从而避免过电压。 缺点是一套机组由180个元件组成(30串6并),体积过于庞大,占用了两个1.8m 的间隔。 绪论图卜8西铁科电子开关阀组 Figu他l-8 ElectricswitchV面Veb锄kS0fXTl( (3)西铁科的智能选相真空断路器 西铁科的地面带电自动过分相系统,正常转换负荷容量为12800kW,最大能自 动转换万吨列车,同时转换了4台SS4G型电力机车,总容量达到25600kW。两 台动车组连挂的总功率约为11000kW。 2004年12月24日宝成线杨家湾分相所成功投入运行;2006年6月双断口智 能真空断路器用在太岚线古交牵引变电所投切电容器组;2006年“月神朔铁路南 梁、桥头两处分相所投入运用。修建中待投运的地面带电自动过分相装置还有咸 阳西、宝鸡南、观音山。陇海线b讹提速,启用咸阳西分相所,将实 现动车组带负荷,不断电,动车在牵引状况下,自动通过接触网相分段。 地面带电过分相的方案是自动过分相中的优选方案,但是,智能选相开关是机 械开关。以下缺点不能得到解决:寿命低,目前国内的机械开关寿命在5万次以 下;不能精确的控制分、合闸的相位;相位控制只能精确到0.5IIls(50Hz交流电 的4.5。),而且要达到这个指标,控制很复杂。 1.2.4小结 总的来说,车载式和地面式是过分相方式的发展方向。高速铁路中,以上两种 过分相方式都可以采用。但是在低速、高坡、重载运输的电气化线路上,为了减 少速度损失和牵引力损失,地面带电自动过分相是必然选择和最优方案。 北京交通大学硕士学位论文无论是国内还是国外的产品,都不能很好的同时做到以下几点:高寿命,零切 换,无过压和高可靠性。这几点是铁路运营单位的需求,也正是电子开关实现地 面自动过分相的优点。 1.3本文研究的内容 如上介绍,我国现有的地面自动过分相装置全部采用以真空断路器为代表的 机械开关进行电分相间的切换,而机械开关死区时间长、开关动作时产生过电压 等缺点影响了整个系统的可靠性r71。由于机车属于大的感性负载,机械开关分闸时 会产生较高的截断过电压;合闸时,机械开关的合闸相位不能控制,由于中性段 上存在残压,合闸过程中牵引网电压与残压叠加可能会产生很高的过电压过电流 【7'嘲。这些过电压过电流严重影响了机械开关的寿命和可靠性,甚至使主断路器跳 闸,危害其他设备以及机车的安全运行。 采用电力电子开关(晶闸管串联阀组)代替传统机械开关,可以有效解决真 空开关带来的问题。由于晶闸管是过零关断电流,因此可消除分闸时的截断过电 压,由于晶闸管的导通相位可以控制,采取与中性段上残压同相位合闸,可以很 好的抑制合闸过电压,过电流【l肛121。而且晶闸管开关的关断次数几乎不受限制, 比真空断路器的寿命长得多。 由此,本文提出了一种新型的地面自动过分相装置,应用新型机车位置检测 手段,使用电气性能优良的晶闸管代替传统的真空断路器,大大提高了开关响应 速度和使用寿命,同时避免了开关动作时产生的过电压,满足了我国铁路高速及 重载的发展要求。 本文介绍了一种新型的地面自动过分相装置,主要做了以下方面的研究: 1、根据现场实际情况分析并确定了电子开关实现带电自动过分相的系统方案。 2、对机车位置传感器的铁芯部分进行铁磁材料的对比分析并且完成传感器的 结构设计。之后对位置检测传感器的主电路进行设计与检测。 3、通过分析现场环境,在充分了解电子开关(晶闸管)器件特性的情况下, 确定晶闸管选用的型号,对晶闸管进行损耗及散热分析,确保电子开关在系统中 稳定运行。 4、对系统进行试验验证,确定传感器和电子开关的准确性及可靠性。 lO 电子开关实现带电自动过分相(EPN)系统方案 2电子开关实现带电自动过分相(EP系统方案 2.1EPN原理概述 与传统的自动过分相方式相比,电子开关带电自动过分相(Elec臼DIlic蜊tCh PaussingNeu砌section)采用新型的机车位置检测手段,使用技术成熟的晶闸管代 替传统机械开关,既提高了机车自动过分相时开关动作的准确性,又避免了机械 开关分合闸时产生的过电压,由于晶闸管属于无触点开关,在使用寿命和可靠性 发面也大大提高,为电气化铁路向高速和重载发展奠定了基础。 图2一l自动过分相原理图 Figu他2-l Sch锄alic diag姗ofaut0passingneun可section systIom 地面自动过分相原理如图2.1,位置传感器senSor采用网上式,用于检测机车 受电弓的位置,以机车从A相行驶到B相为例。当机车行驶到seIlsorl处时,开 关KA闭合,中性线带有A相电,A相给机车供电;当机车行驶到seIlsor3处时, 开关KA断开,KB闭合,B相给机车供电;当开关驶过分相区到达senSor4时,开关KB断开。完成自动过分相整个过程。 2.2EPN系统方案的设计 2.2.1分相区结构 电子开关带电自动过分相系统(EPN)以昆明铁路局吴官田牵引所作为实验地 点,吴官田牵引所现有的分相区结构为七跨,下行线的分相区结构为:中性线的 两根下锚柱为l拌柱和15撑柱,两侧供电臂的下锚柱分别为僻柱和9样柱,如图2.2 所示。两侧供电臂的馈线个吊弦跨距处。 北京交通大学硕士学位论文 ll#图2—2吴官田分相区结构图 Figure2-2S仃u曲删d聊ing of鹏u缸msectioniIl Wugl脚1ti觚 2.2.2 EPN系统方案 EPN系统接线如图,整个系统构成包括:位置检测传感器CG,脉冲信号控制 柜,晶闸管阀组开关,电路保护装置等。 图2—3EPN系统接线洲ngdiai尹硼of EPN 2.2.3两套位置传感器 12 电子开关实现带电自动过分相(EPN)系统方案 系统接线两套位置传感器的系统示意图 Figu2-4 Schenla主ic diag舢Of2sensors OfEPN 在这套系统中,开关的两端,一端接在中性区,另一端接在供电臂,而位置 传感器的安装位置为开关与供电臂交点的内侧(靠近中性区一侧)。 位置传感器的安装位置需在中性区外一定距离,如图2_4中的S1和S3。这个 距离(S1=S3)应该等于以下距离之和:双机牵引时双弓之间的距离(40米),列 车行驶最大速度系统响应时间(0.2s),裕度10米。 另一方面,地面自动过分相的方式对中性区的长度有一定的要求,如图中的 S2,应该等于以下距离之和:双机牵引时双弓之间的距离(40米),列车行驶最大 速度系统响应时间(O.2s),列车在中性区时,开关切换时间内列车行进的距离= 列车行驶最大速度开关时间(O.1s),裕度10米。 按照上述要求,当机车速度为160b曲(昆明局管内的最高时速)时,可算出 Sl=S3=40+44.4O.2+10=59(米) (2.1) S2;40十44.4O.2+.44.40.1+10=64(米) (2.2) 现有的七跨式分相结构的完全无电区为68米(吴官田),故可以满足要求。 l、单弓运行时的系统工作进程 当列车从左向右行驶时,系统工作时序图如下图2.5: 13 北京交通大学硕士学位论文 时序 t7t2 图2—5两套位置传感器单弓列车运行时系统时序图Figu他2—5币ming Ch矾of2s饥sorSofEPNw汕l 其工作过程如下:tl时刻之前,机车受电弓在CGl左侧,CGl状态为O t1时刻,受电弓驶过CGl,CGl的状态变为1 乜时刻,闭合KA t3时刻,受电弓驶过N1,机车进入了中性区,CGl的状态变为O t4时刻,将KA断开 t5时刻,检测到KA已经断开后,闭合KB t6时刻,受电弓驶过N2,机车驶出了中性区,CG2状态变为l t7时刻,机车驶过CG2,此后CG挖的状态变为O t8时刻,断开KB 从上面的分析可见,系统工作过程中,每一个时刻的逻辑状态是固定且有时间 先后顺序的,因此在执行开关动作的时候,每一个动作都是明确的。由于系统左 右设备对称,当列车从右往左行驶时,两个开关和位置传感器功能上述的工作过 程类似。 2、双机牵引时的系统工作进程 双机牵引涉及两个受电弓,其系统工作时序图如下: 14 电子开关实现带电自动过分相(EP系统方案 时序图OGl t7L2 图2—6两套位置传感器双机牵引系统工作时序图Figure2-6啊ming Chartof2rls0璐ofEPNwittl2 p锄t0伊aphs t1时刻之前,两个受电弓都在CGl的左侧,CGl的状态为O t1时刻,前弓驶过CGl,后弓仍在CGl的左侧,CGl的状态变为l 记时刻,闭合KA 后弓也经过CGl,开关状态和传感器不变 前弓进入中性区而后弓没有进入中性区 t3时刻,机车驶过N1,进入了中性区,CGl的状态变为O t4时刻,检测到KA已经断开后,将KA断开 t5时刻,闭合KB t6时刻,前弓驶过N2,CG2状态变为l t7时刻,后弓驶过CG2,此后CG2的状态变为0 t8时刻,断开KB 安装两套传感器的过分相系统,双机牵引和单机牵引的工作逻辑完全一样,所 以该套系统方案适合单弓列车和双机牵引的列车运行。对比图2.5和图2.6也可以 看出,不论是单弓还是双弓运行,系统的控制系统都是一致的。且由于系统的左 右两端设备对称,故能满足双向行车的需求,两套开关的控制系统内核完全一致, 不同的只是外部信号的接口顺序。 该方案的优点有:系统简单,只需两套位置传感器、一套控制器,适用于双机 15 北京交通大学硕士学位论文 牵引和单机牵引,适用于复线和单线,软件结构简单,易于实现开关互锁机制, 安装两套传感器的系统,工作逻辑简单清晰。 该方案的不足:不能控制机车处于中性区时,开关切换的准确时间。如果列车 在经过分相区时,速度变化,则开关切换时间估算不准确。 2.2.4四套位置传感器 系统方案如图: 图2—7四套位置传感器的系统示意图 Figu佗2-7 Schema士ic di砸乒狮of4nsorS ofEPN 本方案中S1和S3的距离要求为以下距离之和: 列车行驶最大速度系统响应时间(0.1s),裕度——10米 本方案中要求中性区长度大于以下长度之和,S21+S22大于双弓之间的距离 (40米)叫5米,S23大于开关切换时间内列车行进距离=列车行驶最大速度 开关时间(0.1s),列车行驶最大速度系统响应时间(0.1s),裕度——10米。以 160kII池的速度计算,需要中性区的长度为65米。S1=S3长度为15米。现有的七 跨结构的中性区(68米)满足要求。 S1=S3;44.40.1+10=15(米) (2.3) S中性区=45+44.40.1“4.40.1+10=64(米) (2.4) 该方案相比于两套传感器方案的优点在于,不论是单线还是复线行车,控制逻 辑是一样的。本方案不需要对中性区结构进行调整,这样可以满足各种机车运行 条件,包括双机牵引(此时双弓距离约为22米或32米)的情况。 l、单机牵引 以从左往右为例:总的控制时序图如下: 16 电子开关实现带电自动过分相(EPN)系统方案 馈线四套位置传感器单弓列车运行时系统时序图 Figu他2—8Timing Chartof4serlsorsofEPNwitlll 时序图中,实线圆圈和虚线圆圈表示二者的关联关系,即CGl在tl时刻的上升沿引起KA在t2时刻的闭合,CGNl在t4的下降沿引起KA在t5时刻的断开, t5时刻KA的断开引起t6时刻KB的闭合,t9时刻CG2的下降沿引起t10时刻KB 的断开。 t1——机车经过CGl,CGl信号由低变高 也——控制器一旦检测到CGl由低变高,则发出指令,闭合KA t3——机车进入中性区,CGl信号由高变低。 这一段时间内,CGNl的上升沿有可能超前于CGl的下降沿,也有可能滞后 于CGl的下降沿(具体的情况需要现场对传感器进行实验才能确定,不过这一点 对系统控制没有影响)机车完全驶入中性区后,电源经过KA向中性区供电,因 t4.一机车驶过CGNl,CGNl由高变低t5——控制器一旦检测到CGNl由高变低,则发出指令,断开KA 17 北京交通大学硕士学位论文 t卜间隔20ms后,控制器发出指令,闭合I t7——期车驶过CGN2,CGN2由低变高 t8——机车驶出中性区,CGN2变为低电平,CG2变为高电平 t卜机车驶过CG2,CG2变为低电平 t10_—啦制器一旦检测到CG2由高变低,则发出指令,断开KB 系统工作流程分析: 初始状态:机车将要进入分相区,各个传感器信号均为低电平,状态为O: t1时刻机车进入分相区并且受电弓通过传感器CGl,CGl感受到电流变化, 表现为高电平,状态从O变为1: 此时,中性线中带有A相电,机车不断电驶入中性区:传感器CGl保持高电平,晶闸管开关KA保持闭合状态: lc^- 当机车刚刚驶离A相驶入中性区时,在t3时刻,传感器CGl感受到电流变化从高电平(1)变为低(O),同时CGNl由低电平变为高,状态由0变为l: 18 电子开关实现带电自动过分相(EP系统方案 在t4时刻,受电弓通过传感器CGNl,传感器CGNl由高电平变为低,KA保 持闭合: 控制系统接收到传感器CGNl的信号变化,在t5时刻,断开晶闸管开关KA:X^lm 经过很短的延迟后,在t6时刻,控制系统令晶闸管开关I闭合,使中性线带 机车继续带电通过中性区,t7时刻,电平,状态由0变为1,l保持闭合: 机车受电弓在t8时刻驶离中性区,进入B相,传感器CGN2由高电平变低,状态由1变0,传感器CG2感受到电流变化,由低电平变为高,状态由0变l,此 刻KB仍闭合: 在t9时刻,机车受电弓驶离传感器CG2,令CG2状态由1变为O,KB仍然19 北京交通大学硕士学位论文 闭合: 控制系统接收到传感器CG2的信号变化,在t10时刻,断开I,自动过分相 完成: 在冬季出现雨雪天气气温较低的环境下,接触网会出现结冰,这时情况比较极端,需要升双弓,但是前弓不受流,只起到刮冰作用。这种情况下,工作时序 与上面一致。 3、双机牵引、双弓受流 双机牵引,双弓距离22m cGl 中性cG2 1f I电力机车Im1 图2—9四套位置传感器双机牵引系统工作时序图(双弓距离22米)Figu佗2-9Timing Chartof4sens0俗ofEPNwitll2 p锄t唧llS(22m) 电子开关实现带电自动过分相(EP系统方案 系统工作流程: 初始状态: 在t1时刻,前弓驶过CGl,CGl变为高电平: 在t3时刻,前弓驶入中性区,CGNl变为高电平,后弓驶离A相后,CGl变为低电平: 2l 北京交通大学硕士学位论文 在t4时刻,后弓驶离CGNl,CGNl变为低电平: 前弓驶入B相,后弓还在中性区,传感器CG2变为高电平,CGN2保持高电平,KB保持闭合: 在t8时刻,后弓驶出中性线,驶入B相,传感器CGN2变为低电平,CG2保 持高电平,KB闭合: 后弓驶过CG2,在t9时刻传感器CG2变为低电平,KB闭合: 电子开关实现带电自动过分相(EP系统方案 双机牵引,双弓距离32m:cGl 中性cG2 馈线四套位置传感器双机牵引系统工作时序图(双弓距离32米) Figu佗2-10nm吨Ch矾of4ns0玛ofEPNw曲2 p锄咖tIS(32m) 工作流程: 初始状态,机车由A相驶向B相: 北京交通大学硕士学位论文 在t1时刻,前弓驶过传感器CGl,CGl受电流变化影响由低电平变高: 当前弓驶出A相,进入中性区时,传感器CGNl感受到电流变化,在t3时刻由低电平变高: 保持当前状态,直至后弓驶出A相,驶入中性区: 机车后弓驶出A相后,传感器CGl变为低电平:电子开关实现带电自动过分相(EPN)系统方案 前弓驶过传感器CGN2,令CGN2由低变为高,此刻由于机车两弓之间距离较长,后弓仍未通过传感器CGNl,CGNl仍为高电平: 控制系统接收到CGNl的信号,在t5时刻令开关KA断开:-‘^KB 延迟一小段时间,令KB在t6时刻闭合,中性区电流由A相切换到B相: 机车前弓驶出中性区进入B相,使得B相传感器CG2由于感应到电流变化由低电平变高,而后弓尚未通过传感器cGN2, X^KB 保持当前状态,直至机车后弓驶出中性区: 后弓驶出中性区,驶入B相后,传感器CGN2由高变低:北京交通大学硕士学位论文 保持当前状态,直至后弓驶过传感器CG2,在t9时刻CG2由高变低: 接收到CG2的信号后,控制器令开关KB在t10时刻断开,完成自动过分相过综上所述,虽然在单机牵引与双机牵引下,位置传感器的信号有所不同,但是 从左往右行驶时,EPN控制器需要实现的逻辑是一致的: 1、CGl由低变高时,发出指令闭合KA。 2、CGNl由高变低时,发出指令断开KA。 3、断开KA后20ms,发出指令闭合KB。 4、CG2由高变低时,发出指令断开l。 2.3本章小节 本章介绍了两种可行的电子开关自动过分相的系统方案。分析了他们的优缺 点和工作原理。最终确定使用四套位置传感器的方案,满足单双弓运行和正反向 行车的可靠性和稳定性要求。详细分析了四套位置传感器在单双弓情况下的系统 工作流程。确定了系统控制逻辑方案。 位置传感器的研究与设计 3位置传感器的研究与设计 机车位置检测是实现带电过分相的重要环节。尤其是高速列车,准确快速的 检测到机车通过,难度更大。现有的地面检测方法都存在不同程度的问题,其共 有的问题就是无法区分电力机车、内燃机车、车厢。设计一种可以快速准确地检 测电机机车位置的方法,意义重大。 3.1位置传感器 3.1.1现有检测技术 机车位置检测是实现带电过分相的重要环节。尤其是高速列车,准确快速的 检测到机车通过,难度更大。现有的运营线路上的机车检测技术主要有两种,一 是在轨道旁安装磁传感器,二是采用轨道电路,此外在驼峰场等其他地方也有应 用红外检测、雷达系统位置检测等技术。 方案原理:计轴器是安装一个磁传感器(磁钢)在钢轨两侧,磁传感器与钢轨构成磁路。 当车轮通过传感器处时,由于轮缘从其顶端中间通过,减小了磁阻,使磁通量增 大,引起磁钢线圈的磁通量变化,线圈产生感应电动势。每当车轮通过磁钢时磁 通量就变化一次,磁钢线圈就输出一个电压信号。现在各地使用最多的是永磁型 传感器,它线圈匝数过大,电感量过大,干扰信号也大,信噪比下降,而且在长 期震动环境下,永磁会逐渐发生退磁现象,甚至失效。而且在列车8公里/小时时

  电子开关实现带电自动过分相的研究,电子开关,电子开关电路图,电子开关电路,电子开关ic,电子开关与继电器,电子开关原理,东莞电子开关,电子开关元器件,高压电子开关

本文链接:http://paulturtle.com/dimianyaocezhuangzhi/160.html