地铁车辆双受流方式通过无电区的母线断路器控制方法与流程

[0001]
本发明涉及地铁车辆正线及库内条件下的运行，属于地铁车辆牵引母线控制方案、lcu及网络控制系统设计领域。


背景技术：

[0002]
现有城轨车辆双受流方式主电路设计时，考虑库内维护的安全性采用受电弓受流，正线采用受流器受流。三轨受流时由于限界及道岔的因素在设计施工时存在无电区的情况，为保证整车可靠受流，每个车辆上均布置有受流器。根据线路实际无电区情况并结合库内维护的安全性，在相邻的动车间设置牵引高压母线。为保证在特殊路段（库线）控制母线断路器分断以及为保护高压母线，在相邻两个动车上设置有母线高速断路器（bhb）及接触器(blb)用于母线的分断控制，整车设置两套。整车设置的两套bhb和blb通断由牵引控制器dcu负责，当检测到车辆速度大于设定的公里数时闭合，低于设定的公里数时断开，如发生dcu本身故障的情况，将无法输出母线高断闭合允许指令，导致无法闭合；当零速停靠无电区且正常受流单元牵引逆变器故障或受流器无法升起的工况下母线高断无法闭合，导致救援，且带载情况下频繁闭合母线高速断路器影响高断使用寿命，成本较高。并且，目前城轨车辆供电设计绝大多数采用双边供电的方式，此种控制方式意义不大，正线运营时仅作为等势线存在，且在每两个相邻动车上设置高断、接触器及母线的方案使用成本较高。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的主要是针对上述现有技术的问题，提供一种地铁车辆双受流方式通过无电区的母线断路器控制方法，车辆两个动力单元间设置母线高速断路器和熔断器，用于短时通过无电区时牵引母线并网，同时可用于集电靴供电母线的短时过载、短路保护隔离和特殊情况下的分断。
[0004]
为了解决以上技术问题，本发明提供的地铁车辆双受流方式通过无电区的母线断路器控制方法，所述双受流是指受电弓受流和第三轨受流器受流，地铁车辆具有两个动力单元和贯穿整车的高压母线，每个动力单元具有高压箱和牵引逆变器箱，其特征在于：整车仅有的一个母线断路器箱和一个分线箱分设于两个动力编组单元，母线断路器箱内设置有熔断器和受控于lcu的母线断路器，母线断路器的主触头和熔断器串联接入高压母线，通过控制母线断路器对高压母线进行通断操作；母线断路器控制方法包含以下判断条件：f1车辆零速；f2地面信标发送进入无电区信号；f3受流器升起；f4受流器使能；f5本端司机室激活；f6整车受电弓处于降弓位；f7无受电弓使能；f8受流器降指令未激活；f9任一动力单元内牵引逆变器全部故障；f10任一动力编组单元的受流侧受流器全部无法升靴；f11司机室母线断路器闭合指令按钮被按下；f12司机室母线断路器分断指令按钮被按下；f13受电弓升起；f14受电弓降下；f15折返线信标提示离开无电区；车辆位于折返线无电停车区时，母线断路器控制方法如下：
tcms采集条件f1、f2、f9、f10的信息发送至lcu，lcu采集条件f3、f4、f5、f6、f7、f8的信息，当条件f9和f10任一个成立时，lcu开始进行逻辑判断，若条件f1、f2、f3 、f4、f5、f6、f7、f8全部成立，则lcu控制母线断路器闭合其主触头，使整车牵引母线贯通，正常受流单元的高压电送入故障单元的牵引逆变器，牵引车辆离开无电区；离开无电区后，地面信标发送离开无电区指令，此时f15成立，lcu发送分断指令，控制母线断路器断开其主触头，牵引母线断路。
[0005]
当车辆因故障需要下线进入正线设置的存车线检修时，母线断路器控制方法如下：tcms采集条件f1、f11的信息发送至lcu，lcu采集条件f3、f4、f5、f6、f7、f8的信息，当条件f11成立时，lcu开始进行逻辑判断，若条件f1、f3 、f4、f5、f6、f7、f8全部成立，则lcu控制母线断路器闭合其主触头，使整车牵引母线贯通，正常受流单元的高压电送入故障单元的牵引逆变器，牵引车辆离开无电区，并防止动力单元离开无电区时拉弧灼烧第三轨；离开无电区后，条件 f12、f13、f14中任一个成立，则lcu发送分断指令，控制母线断路器断开其主触头，牵引母线断路。
[0006]
本发明有益效果如下：本发明控制方法操作简单，通过无电区时采用自动控制，手动备用的方式，采用tcms与lcu共同进行逻辑判断与电路执行，且lcu逻辑采用2
×
2取2，可靠性高；软件取代硬件电路较多，转换过程及时可靠，安全性高；当车辆由于故障无法动车时可通过高压自动并网的方式牵引列车离开折返线，防止影响其他车辆折返，提高车辆折返效率；同时在高压母线设计上进行优化，减少高压器件使用数量，降低使用频率延长母线高速断路器使用寿命，降低成本。
附图说明
[0007]
图1为本发明母线并网示意图。
[0008]
图2为本发明母线断路器控制方法流程图。
[0009]
图3为本发明母线断路器控制电路示意图。
具体实施方式
[0010]
下面结合附图对本发明的实施方式做解释说明。
[0011]
首先车辆具备与地面信标通信功能、lcu参与整车控制功能，通过布置在地面的信号或电子标签获取无电区位置信息并将位置信号发送至车上tcms系统；tcms系统能够实时检测列车运行状态、牵引逆变器工作状态，并将当前状态通过数据流的方式转发至lcu;lcu接受tcms信号并检测当前受流器、受电弓的升降位置信息综合判断后触发bhb分合指令。同时为特殊情况的动车需要，在司机显示屏上设置软按钮分合指令，指令触发后通过tcms和lcu逻辑与综合判断后触发母线断路器分合。
[0012]
如图1为本发明母线并网示意图。如图所示，地铁车辆具有两个动力单元和贯穿整车的高压母线。tc1、mp1和m1构成一个动力单元，tc2、mp2和m2构成另一个动力单元。每个动力单元具有高压箱和牵引逆变器箱和受电弓。图中左侧的动力单位具有一个高压箱hv_box-1和两个牵引逆变器箱vvvf-1、vvvf-2。同样的，图中右侧的动力单位具有一个高压箱
hv_box-2和两个牵引逆变器箱vvvf-3、vvvf-4。左侧动力单元的受电弓pan-1连接至高压箱hv_box-1，右侧动力单元的受电弓pan-2连接至高压箱hv_box-2。左侧动力单元的高压箱hv_box-1具有电动选择开关ms1，电动选择开关ms1具有两个触头ms1-1和ms1-2，当电动选择开关ms1动作时，两个触头ms1-1和ms1-2会转至不同位置，接入对应输入端的高压电。右侧动力单元的高压箱hv_box-2则具有电动选择开关ms2，电动选择开关ms2具有两个触头ms2-1和ms2-2，当电动选择开关ms2动作时，两个触头ms2-1和ms2-2会转至不同位置，接入对应输入端的高压电。两个电动选择开关ms1和ms2结构、功能完全相同，用于受电弓及受流器输入选择，两种输入模式互锁，仅可接受一路输入。当电动选择开关ms1、 ms2同时接收到来自车辆的受电弓位指令时，电动选择开关开始工作，触头a1-a3、b1-b3接通，受电弓高压输入通过触头a1-a3进入后端牵引逆变器箱，受流器经触头b1-b3接地；当电动选择开关ms1、ms2同时接收到来自车辆的受流器位指令时，电动开关开始工作，触头a1-a2、b1-b2接通，受流器高压输入通过触头a1-a2进入后端牵引逆变器箱，受电弓经触头b1-b2接地；保证高压输入的唯一性性。地铁车辆具有分设于转向架两侧的受电器fuse1和受电器fuse2，用于和第三轨进行接触受流。
[0013]
如图1所示，本实施例地铁列车，整车仅有的一个母线断路器箱bhb_box和一个分线箱dist_box分设于两个动力编组单元，母线断路器箱bhb_box内设置有熔断器mf和受控于lcu的母线断路器bhb，母线断路器bhb的主触头和熔断器mf串联接入高压母线，通过控制母线断路器bhb对高压母线进行通断操作。
[0014]
母线断路器控制方法包含以下判断条件：f1车辆零速；f2地面信标发送进入无电区信号；f3受流器升起；f4受流器使能；f5本端司机室激活；f6整车受电弓处于降弓位；f7无受电弓使能；f8受流器降指令未激活；f9任一动力单元内牵引逆变器全部故障；f10任一动力编组单元的受流侧受流器全部无法升靴；f11司机室母线断路器闭合指令按钮被按下；f12司机室母线断路器分断指令按钮被按下；f13受电弓升起；f14受电弓降下；f15折返线信标提示离开无电区；如图2所示，车辆位于折返线无电停车区时，母线断路器控制方法如下：tcms采集条件f1、f2、f9、f10的信息发送至lcu，lcu采集条件f3、f4、f5、f6、f7、f8的信息，当条件f9和f10任一个成立时，lcu开始进行逻辑判断，若条件f1、f2、f3 、f4、f5、f6、f7、f8全部成立，则lcu控制母线断路器闭合其主触头，使整车牵引母线贯通，正常受流单元的高压电送入故障单元的牵引逆变器，牵引车辆离开无电区；离开无电区后，地面信标发送离开无电区指令，此时f15成立，lcu发送分断指令，控制母线断路器断开其主触头，牵引母线断路。
[0015]
如图2所示，当车辆因故障需要下线进入正线设置的存车线检修时，母线断路器控制方法如下：tcms采集条件f1、f11的信息发送至lcu，lcu采集条件f3、f4、f5、f6、f7、f8的信息，当条件f11成立时，lcu开始进行逻辑判断，若条件f1、f3 、f4、f5、f6、f7、f8全部成立，则lcu控制母线断路器闭合其主触头，使整车牵引母线贯通，正常受流单元的高压电送入故障单元的牵引逆变器，牵引车辆离开无电区，并防止动力单元离开无电区时拉弧灼烧第三轨；离开无电区后，条件 f12、f13、f14中任一个成立，则lcu发送分断指令，控制母线断路器断开其主触头，牵引母线断路。
[0016]
本实施例中，在m1车设置bhb箱（包含母线断路器及母线熔断器，也可安装在m2车），m2车设置分线箱3用于将来自受流器的输入汇流分线。正常运营情况下，母线断路器断开，两个单元牵引系统单独供电；当列车零速停靠无电区时或特殊运行模式时，逻辑控制单元根据检测到的信号控制母线断路器的分合；该发明方案采用双受流方式，为保证主电路输入的唯一性，当逻辑控制单元检测到受电弓升起时或检测到受流器降下时自动断开母线断路器。
[0017]
图3为母线断路器控制电路，其安装于母线断路器箱bhb_box内部。母线断路器箱bhb_box具有多个外部接口，他们分别是：母线断路器供电端口k1，保持继电器供电端口k2，母线断路器闭合指令端口k3，母线断路器分断指令端口k4，dc1500v正极输入端口k5， dc1500v负极输出端口k6，母线断路器状态反馈端口k7，dc110负极端口k8，保持继电器状态反馈端口k9，dc110负极端口k10。
[0018]
母线断路器控制电路具有用于接收母线断路器闭合指令的闭合继电器bhb_close、用于接收母线断路器分断指令的分断继电器bhb_open，母线断路器bhb的供电回路和保持继电器bhb_hold的供电回路，以及延时模块rs。母线断路器bhb的主触头bhb-1接入高压母线回路中，用于控制高压母线的通断。母线断路器bhb的主触头bhb-1的高电势端串联有熔断器mf，实现母线过流熔断保护。
[0019]
保持继电器bhb_hold的供电回路包括依次串联接入列车电源的分断继电器bhb_open的常闭触点bhb_open-1、母线断路器bhb的第一辅助常开触头bhb-2和保持继电器bhb_hold；保持继电器bhb_hold的高电势端经保持继电器bhb_hold的第二常开触点bhb_hold-2后连接端口k9输出，用于保持继电器bhb_hold的状态反馈。保持继电器bhb_hold供电回路的高电势端（保持继电器供电端口k2）经保持断路器bhbhcb与列车电源正极连接。
[0020]
母线断路器bhb的供电回路包括依次串联接入列车电源的保持继电器bhb_hold的第一常开触点bhb_hold-1和母线断路器bhb。由于启动母线断路器bhb的电流大，而启动完成后，小电流可保持其工作状态。因此本发明对母线断路器bhb的供电回路进行了优化，即：保持继电器bhb_hold的第一常开触点bhb_hold-1与所述母线断路器bhb之间具有并联的两个支路，第一支路中串联有限流电阻r，第二支路中串联有闭合继电器bhb_close的第二常开触点bhb_close-2和第三常开触点bhb_close-3。该优化电路具体执行过程将在下文中进行详细描述。母线断路器bhb供电回路的高电势端（母线断路器供电端口k1）经控制断路器bhbcb与列车电源正极连接。母线断路器bhb具有第二辅助常开触头bhb-3，第二辅助常开触头bhb-3的第一端接列车电源正极，第二端连接母线断路器状态反馈端口k7，用于母线断路器bhb的状态反馈（即母线断路器的状态反馈）。如图1所示，第二辅助常开触头bhb-3的第一端连接在保持继电器供电端口k2，当然也可以连接在母线断路器供电端口k1，或者独立设置一个供电口（为安全起见，需要单独设置一个断路器连接至列车电源正极）。
[0021]
延时模块rs与保持继电器bhb_hold并联，其第一常闭触点rs-1、第二rs-2串联接入闭合继电器bhb_close的供电回路中，闭合继电器bhb_close的供电回路的高电势侧串联有二极管d1，闭合继电器bhb_close的高电势端经闭合继电器bhb_close的第一常开触点bhb_close-1连接延时模块rs的高电势端。
[0022]
本实施例中，母线断路器闭合指令和母线断路器分断指令分别通过受控于lcu的母线断路器闭合指令开关bhbc和母线断路器分断指令开关bhbo给出，闭合继电器bhb_
close的高电势端经所述母线断路器闭合指令开关bhbc与列车电源正极连接，分断继电器bhb_open的高电势端经母线断路器分断指令开关bhbo与列车电源正极连接。
[0023]
母线断路器控制电路工作过程如下：当lcu内部母线断路器闭合指令触发，母线断路器闭合指令开关bhbc闭合，闭合继电器bhb_close得电，闭合继电器bhb_close的第一常开触点bhb_close-1闭合，使得延时模块rs和保持继电器bhb_hold得电。保持继电器bhb_hold得电，则通过保持继电器bhb_hold的第二常开触点bhb_hold-1将保持继电器的状态反馈至lcu（经由端口k9）。同时，位于母线断路器bhb供电回路中的保持继电器bhb_hold的第一常开触点bhb_hold-1也闭合（此时，闭合继电器bhb_close的第二常开触点bhb_close-2、第三常开触点bhb_close-3已处于闭合状态），致使限流电阻r被短路，列车电源经控制断路器bhbcb、保持继电器bhb_hold的第一常开触点bhb_hold-1、闭合继电器bhb_close的第二常开触点bhb_close-2、第三常开触点bhb_close-3向母线断路器bhb供电，此时该供电回路中没有其他负载，母线断路器bhb获得较大的启动电流，实现快速动作，母线断路器主触头bhb-1闭合，高压母线被接通，牵引母线贯通整车。与此同时，母线断路器的第一辅助触头bhb-2闭合，使保持继电器bhb_hold的供电回路得电，列车电源经由保持断路器bhbhcb、端口k2、分断继电器常闭触点bhb_open-1、母线断路器的第一辅助触头bhb-2向保持继电器bhb_hold持续供电，并且端口k9也保持有电。母线断路器bhb得电后，母线断路器的第二辅助触头bhb-3也闭合，将母线断路器bhb的状态通过端口k7反馈至lcu。延时模块rs延时1s（可根据系统设定）后，延时模块第一常闭触点rs-1和延时模块第二常闭触点rs-2断开，使闭合继电器bhb_close失电，致使母线断路器bhb供电回路中的第二支路断路，母线断路器bhb通过第一支路供电，即列车电源经由限流电阻r向母线断路器bhb供电。由于此时母线断路器bhb已完成启动，仅需小电流即可维持工况，因此断开第二支路的供电，通过限流电阻来降低了能源的消耗，也起到了保护母线断路器bhb的作用。与此同时，闭合继电器第一常开触点bhb_close-1断开。闭合继电器第一常开触点bhb_close-1的作用是在lcu给出闭合信号的前期，为保持继电器bhb_hold和延时模块rs接通工作电流，而当保持继电器的供电回路得电后，则切断通过k3端口向保持继电器bhb_hold的供电线路。切断该供电线路不改变整体控制电路的当前状态。
[0024]
当lcu内部母线断路器分断指令触发，母线断路器分断指令开关bhbo闭合，分断继电器bhb_open得电，分断继电器常闭触点bhb_open-1断开保持继电器供电回路，使保持继电器bhb_hold、延时模块rs失电，并通过保持继电器的第一常开触点断开母线断路器的供电回路，母线断路器bhb失电，母线断路器主触头bhb-1断开牵引母线。此时，端口k7和端口k9均无电，反馈至lcu。延时模块rs失电，使得延时模块第一常闭触点rs-1，延时模块第二常闭触点rs-2闭合，恢复初始状态，等待接收下一次母线断路器闭合信号的触发。
[0025]
本实施例轨道车辆母线断路器控制电路中母线断路器状态和保持继电器状态分别通过母线断路器状态反馈端口k7、保持继电器状态反馈端口k9反馈至lcu，在司机显示屏显示。
[0026]
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

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