[发明专利]一种列车受电弓失电检测和保护装置及方法

说明书

本发明公开了一种列车受电弓失电检测和保护装置及方法，装置包括：模拟量采样单元，对列车牵引系统的电压、电流信号进行采样；功率计算单元，根据采样的电压、电流信号进行变流器功率计算；智能检测单元，根据采样的电压、电流信号、断路器及接触器状态、变流器状态，以及功率计算单元计算得到的变流器功率，进行受电弓失电检测和判断；保护选择单元，如果智能检测单元检测到列车牵引系统在工作状态下出现受电弓失电，则根据功率计算单元计算得到的变流器功率，分别采取相应的保护措施。本发明能够解决现有方案容易导致列车牵引系统中相应设备在短时间内承受超出正常范围的电压或电流，从而影响列车牵引系统中关键零部件使用寿命的技术问题。

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，尤其是涉及一种应用于铁路行业的列车受电弓失电检测和保护装置及方法。

背景技术

当前铁路行业正蓬勃发展，成千上万列的电力机车或电动车组在铁路线路上营运。因此，提升列车应对突发异常工况的能力成为列车安全持续运行的重要保证。通常，电力机车或电动车组在铁路线路上运行的过程中，列车可能会遇到如下几种意外情况，导致牵引系统无法正常的运行。

一是在铁路钢轨轨面平整条件不佳，或铁路供电网输电线与轨面之间平行性较差的线路上运行时，列车容易出现受电弓与铁路供电网之间的弓网分离现象。

二是列车受电弓可能出现升弓至供电网的实际压力与所需额定压力偏小，若遇到列车突然加速或突然减速的情况，也容易出现受电弓与铁路供电网之间的弓网分离现象。

三是铁路供电网由于某些不可控的因素，可能会出现突发性的短时断电情况。

四是某些铁路线路，由于受到相关条件的限制，只能采用人工手动过分相。当列车驶入过分相区间时，容易出现司机未执行过分相相关操作，导致列车牵引变流器在高压运行的情况下直接进入过分相区间的情况。

当列车遇到上述这些情况时，可称之为受电弓处于失电状态。如果列车受电弓处于失电状态，将会导致列车牵引系统的输入端(即牵引变压器的原边绕组侧)既无法从供电网获取能量，也无法向供电网回馈能量，从而影响到牵引变流器的正常运行，进而导致牵引变流器被动性的出现中间直流电压过压、整流侧输入过流、逆变侧输出过流等故障而停止工作的情况发生。

针对列车运行中的受电弓失电工况，现有的技术方案分两类情况进行解决：

(1)第一种情况为当受电弓失电导致牵引系统出现各种过压或过流等故障后，被动性地封锁变流器。当出现受电弓失电工况，牵引系统既无法从供电网获取能量，也无法向供电网回馈能量，从而使得牵引系统传动控制单元的控制出现失衡，牵引主电路的电压和电流发生异常，接着就会伴随着电压过压或电流过流等故障的发生。由于发生过压或过流故障，传动控制单元将封锁整流器和逆变器的脉冲，使牵引系统停止工作。当受电弓失电状态消失后，通过故障解锁，牵引系统可重新投入工作。

(2)第二种情况为通过监测网压同步信号的情况，主动性地进行检测与保护。由国家电网公司、奉化市供电局、宁波电业局于2013年07月15日申请，并于2013年10月23日公开，公开号为CN103368136A的中国发明专利申请《一种处理电网失电的方法和装置》公开了一种根据网压是否跳变，以及网压幅值、频率、相位的情况，以及向电网输入干扰信号并检测干扰反馈信号的判断及保护方法。由中国人民解放军海军工程大学于2015年10月15日申请，并于2016年01月06日公开，公开号为CN105227042A的中国发明专利申请《大功率高压变频器的失电跨越控制方法》公开了一种根据本周期采样的电网相电压瞬时值与存储在内存中的上一个正弦周期的采样值作比较，当其差值的绝对值和总直流母线电压均达到失电标准，则认为电网失电的判断剂保护方法。由南车株洲电力机车研究所有限公司于2011年06月29日申请，并于2011年10月19日公开，公开号为CN102223125A的中国发明专利申请《一种电网电压故障时风电机组不间断运行控制方法及装置》公开了一种根据电网电压出现严重不对称或电网电压为零电压的判断及保护方法。