专利名称：一种电力机车自动过分相控制方法、装置及电力机车的制作方法
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-各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。
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，合间时有电流冲击，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
力沖击和列车冲动；采用地面感应磁铁作为分相点识别，容易因地面磁铁丢失 或失放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阅读器釆集到的 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，所迷车载主机根据所述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4亍单元；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。
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2是本发明实施例提供的射频卡的布卡示意图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。
具体实施例方式
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 Fr叫uency 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^^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^^，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4亍说明，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，如士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，车载主机才艮据采集到的相点卡 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，如土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 和釆集到的射频定位卡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。
当无法釆集到射频定位卡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，且蜂鳴器发出"嘀嘀"连车载主机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Is)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，车载主才几才艮据车顶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。
权利要求
1、一种电力机车自动过分相控制方法，其特征在于，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。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述区间卡和沿线地面静态公 里标整数值相对应、等间距分布。
3、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述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的步骤具体为车载主机根据其内部预植的公里标数据与区间卡的静态对应关系信息，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。
4、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述机车采用二级线形斜率方 式卸载、加载机车牵引电 流o
5、 一种电力机车自动过分相控制装置，其特征在于，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扭4于单元。
6、 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述区间卡和沿线地面静态公 里标整数值相对应、等间距分布。
7、 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述自动过分相执行单元在进 行相应的动作之后向所述车载主机反馈一完成信号。
8、 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括报警器，在所述车载主机获得卸载卡信息、发出卸载机车牵引电流信号合 分/合主断信号时，由所述车载主机触发报警。
9、 一种电力机车，其特征在于，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。
10、 如权利要求9所述的电力机车，其特征在于，所述自动过分相执行单 元在进行相应的动作之后向所述车载主机反馈一完成信号。全文摘要
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。
文档编号B60M3/04GK101559732SQ20081021826
公开日2009年10月21日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者刚 刘, 张长宇, 锐 方, 方日波, 王小可 申请人:深圳市丰泰瑞达实业有限公司