重联机车及其牵引供电电路、控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通供电技术领域，特别是一种重联机车及其牵引供电电路、控制方法。

背景技术

轨道交通领域中，机车编组一般采用电力机车直接牵引或者内燃机车直接牵引形式。列车需运行在电气化铁路、同时也将运行在非电气化铁路上。在不同的运行线路上，要求不换机车、保持牵引，以提高运行效率。同时，要求提升旅客乘车舒适性，减小列车运行时的纵向冲动。在现有的编组及单一牵引方式中，电气化铁路转非电气化铁路运行通常更换牵引机车，而非电气化铁路转电气化铁路，内燃机车牵引对环境造成较大影响，同时内燃机车功率有限，在大坡道启动时存在溜车的风险。

CN107585168A提供了一种大功率内燃-电力双动力源干线机车及控制方法，电力工况时：A节车受电弓从电网上取25kV/50Hz的交流电，通过变压器转换为970V/50Hz的交流电供给主变流器，由四象限逆变器整流成1800V中间直流电，一部分直流电通过本节机车逆变器模块逆变为1375V的交流电供给牵引电机牵引使用，另一部分直流电通过两路四根电缆向B节机车牵引变流器送电，通过B节机车牵引变流器的逆变模块为6个牵引电机供电；内燃工况时：B节机车的柴油主发电机发出三相交流电，通过两个逆变器整流成1600V中间直流电，一部分直流电通过本节机车逆变模块变为交流电供牵引电机使用，另外一部分直流电通过电缆向A节机车牵引变流器送电，通过A节机车的逆变模块变为交流电供其牵引电机使用。该方案电气化铁路转非电气化铁路运行过程需要更换牵引机车，运行效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种重联机车及其牵引供电电路、控制方法，提高重联机车运行效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种重联机车牵引供电电路，包括：

牵引变压器，原边接接触网，多个副边绕组分别接多个四象限变流器、第一整流模块；

中间直流回路，输入端与所述多个四象限变流器的输出端连接，输出端接多个牵引逆变器、第一辅助逆变器，每个牵引逆变器接一牵引电机，所述辅助逆变器接辅助负载；

逆变器，输入端接第一整流模块，输出端通过隔离变压器接第一接触器触点、第六接触器触点和第七触器触点，第六接触器触点接交流列供系统(AC380V)，第七接触器触点一端接入辅助逆变器和辅助负载之间，第一接触器触点接第三整流模块，第三整流模块通过第二接触器触点接直流列供系统(DC600V)；

第二整流模块，输出端接第四接触器触点，第四接触器触点一端接入第一整流模块和逆变器之间，第二整流模块输入端接柴油机。

本发明中，四象限变流器、中间直流回路、牵引逆变器、辅助逆变器、第一～第三整流模块、逆变器、隔离变压器等设置于电力机车内。柴油机设置于内燃机车内。电力牵引时，可以由电力机车实现牵引电机供电、辅助负载供电和列车供电，也可以通过内燃机车柴油机发电经电力机车变流后给列车供电，确保列车供电不间断，解决了现有技术中机车在电气化铁路和非电气化铁路上不能兼容运行及过分相列车供电间断的问题，提高了列车运行效率。

本发明中，所述第三整流模块与第二接触器触点之间并接有第三接触器触点一端，所述第三接触器触点另一端接第五接触器触点，所述第五接触器触点接库内供电电源。进一步确保供电可靠性和稳定性。

本发明中，为便于各接触器的通断，所述第一接触器、第二接触器、第三接触器、第四接触器、第五接触器、第六接触器和第七接触器的线圈均与控制中心电连接。

本发明中，为便于司机在司机室进行供电模式切换操作，所述控制中心与显示单元连接。

作为一个发明构思，本发明还提供了一种重联机车，包括电力机车和内燃机车，所述电力机车和内燃机车编组，并采用本发明上述的牵引供电电路实现重联机车牵引。

作为一个发明构思，本发明还提供了一种上述重联机车的控制方法，该方法包括:

电力模式：

电力供电模式下，第四接触器断开，接触网通过第一整流模块、逆变器、隔离变压器、第六接触器或第三整流模块为列车供电；

内燃供电模式下，第四接触器闭合，柴油机通过第二整流模块、逆变器、隔离变压器、第六接触器或第三整流模块为列车供电；

内燃模式：

若列车供电模式为交流供电输出，则第七接触器闭合，第三接触器断开，由辅助逆变器向中间直流回路充电；

若列车供电模式为直流供电输出，则第七接触器断开，第三接触器闭合，由四象限变流器向中间直流回路充电。

本发明的供电模式包括电力模式和内燃模式，电力模式又区分为电力供电模式和内燃供电模式，电力牵引时，由电力机车供给牵引电机供电、辅助负载供电、列车供电；电力牵引时，通过内燃机车供给列车供电，实现了列车供电不间断，确保了供电可靠性，提高了列车运行效率，提高了机车在电气化铁路和非电气化铁路上的运行兼容性。内燃牵引时，内燃机车柴油机通过电力机车列供回路向电力牵引回路供电，当内燃机车动力不足时，实现了内燃牵引模式下，电力机车动力补偿功能、列供系统正常供电功能，防止内燃机车牵引时动力不足。

本发明中，为了防止能源浪费，当机车速度达到设定阈值时，停止向中直流回路充电。

本发明的方法还包括：

在电力模式下，判断机车是否过分相，若否，则正常牵引；若是，则若列车供电模式为交流供电输出，辅助逆变器封锁后，第七接触器闭合，第三接触器断开，由辅助逆变器向中间直流回路充电；

若列车供电模式为直流供电输出，则机车过分相主断路器断开后，第七接触器断开，第三接触器闭合，由四象限变流器向中间直流回路充电。

本发明中，在电力牵引，内燃供给列车供电的模式(即内燃供电模式)下，可以通过第三接触器和第七接触器的动作，实现电力机车动力保持功能，进一步提高了列车运行可靠性和列车运行效率，可以防止机车纵向冲动和掉速。

本发明中，判断机车处于过分相状态后，还判断是否激活动力保持功能，若是，则进一步判断列车供电模式。本发明在激活过分相动力保持功能时，进行动力保持，提高了运行可靠性和安全性。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明解决了机车在电气化铁路与非电气化铁路上不能兼容运行的问题；解决了在内燃机车牵引时，动力不足影响运行的问题；解决了在电力牵引中过分相时，机车纵向冲动、掉速的问题。

附图说明

图1为本发明实施例牵引供电电路原理图。

图2为本发明实施例牵引供电电路控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例提供了一种重联机车牵引供电电路，如图1所示。通过电力机车与内燃机车编组进行牵引，提高机车在电气化铁路及非电气化铁路上的运行兼容性。

图1中，本发明实施例的牵引供电电路包含牵引供电拓扑、辅助供电拓扑、列供供电拓扑，同时包含柴油机与列供系统贯通拓扑、列供与辅助贯通拓扑、列供与牵引贯通拓扑。

通过柴油机与列供系统贯通拓扑，实现内燃模式下机车列供系统正常向拖车供电功能；通过列供与辅助贯通拓扑，实现列供在AC380V输出模式下过分相模式“动力保持”功能；通过列供与牵引贯通拓扑，实现内燃模式下的“电力动力补偿”功能。

图1中，牵引变压器原边接网侧电路，其中三个副边各通过一启动控制电路接一个四象限整流器(4QC1～4QC3)，三个四象限整流器均接中间直流回路，中间直流回路接三个第一～三逆变器(INV1～INV3)，三个第一逆变器各接一牵引电机(M1～M3)。

中间直流回路还接有辅助逆变器A/INV1，辅助逆变器通过辅助变压器接辅助负载。

牵引变压器的第四个副边接第一整流模块(图1中的整流模块1)，第一整流模块通过逆变器INV4(第四逆变器)接△/Y隔离变压器，△/Y隔离变压器副边接第一接触器KM1触点、第六接触器KM6触点和第七接触器KM7触点，第七接触器KM7的触点一端接入辅助逆变器与辅助负载之间。第六接触器KM6接AC380V列供系统，第一接触器KM1触点接第三整流模块(图1中的整流模块3)，第三整流模块接第二接触器KM2触点和第三接触器KM3触点，第二接触器触点接DC600V列供系统，第三接触器触点接第五接触器KM5触点，第五接触器触点接库内供电电源。

第四接触器KM4触点一端接入第一整流模块和第四逆变器之间，另一端接第二整流模块(图1中的整流模块2)，第二整流模块接柴油机。

本发明一种实现方式中，机车设计有电力牵引、内燃牵引功能，通过司机室设置的机车模式转换开关(转换开关接DC110V)实现，含有“电力”位、“内燃”位，该模式信号通过硬线贯穿电力机车、内燃机车。机车模式转换开关将开关量(IO信号)发给机车网络控制系统，然后机车网络控制系统输出DO信号控制本发明实施例中的各个接触器。另外，司机室微机显示屏上设置列车供电选择界面，含有“电力供电”、“内燃供电”点选框；司机室微机显示屏上设置内燃模式下的“电力动力补偿”界面，含有“激活”、“退出”点选框；司机室微机显示屏上设置电力模式过分相“动力保持”界面，含有“激活”、“退出”点选框。上述微机显示屏点选界面须在主控车点选有效，同时掉电不保存。

在一种实现方式中，通过机车模式转换开关选择电力机车牵引还是内燃机车牵引；通过微机显示屏列车供电选择界面选择列车供电系统由接触网供电还是柴油机供电；通过“电力动力补偿”界面选择是否激活此功能，此功能须在内燃模式下方能点选；通过“动力保持”界面选择是否激活此功能，此功能须在电力模式下方能点选。

本发明另一实施例提供了一种实施例1牵引供电电路的控制方法，如图2所示。

本发明实施例中，机车设计有两种动力模式：电力模式(即电力牵引模式)、内燃模式(即内燃牵引模式)。

(1)电力模式：

电力模式下，电力机车可升起受电弓，内燃机车可启动柴油机，但是内燃机车禁止牵引。电力模式下，由电力机车从接触网上取电供给本车牵引、供给辅助、供给列供负载。

电力模式下，通过列车供电选择界面，可选择“电力供电”、“内燃供电”。如果选择“电力供电”，KM4断开，由接触网供给列车供电系统，通过牵引变压器列供绕组、整流模块1、INV4、△/Y隔离变压器实现列车供电；如果选择“内燃供电”，KM4闭合，由柴油机供给列车供电系统，通过柴油机三相输出模块、整流模块2、KM4、INV4、△/Y隔离变压器实现列车供电。内燃供电列供系统时，列供系统在过分相时不间断供电。

电力模式下，通过过分相模式“动力保持”界面选择是否激活此功能。激活此功能时，如果列车供电模式为AC380V输出，当机车过分相辅助逆变器A/INV1封锁后，KM7接触器闭合、KM3接触器断开，由辅助逆变器A/INV1整流向牵引中间回路充电，实现机车过分相的动力保持。如果列车供电模式为DC600V输出，当机车过分相主断断开后，KM7接触器断开、KM3接触器闭合，由4QC1向牵引中间回路充电，实现机车过分相的动力保持。

(2)内燃模式

内燃模式下，电力机车静止升起受电弓，由内燃机车进行牵引，同时供给列车供电系统。当激活“电力动力补偿”功能后，如果列车供电模式为AC380V输出时，KM7接触器闭合、KM3接触器断开，由辅助逆变器A/INV1整流向牵引中间回路充电，实现机车内燃模式下的电力动力补偿；如果列车供电模式为DC600V输出时，KM7接触器断开、KM3接触器闭合，由4QC1向牵引中间回路充电，实现机车内燃模式下的电力动力补偿。当机车速度达到10km/h后，动力补偿功能自动退出。

本发明另一实施例还提供了一种重联机车，包括电力机车和内燃机车。上述图1中，牵引变压器、四象限整流器、中间直流回路、第一～三逆变器、辅助逆变器、三个整流模块、第四逆变器、隔离变压器均设置于电力机车内。柴油机设置于内燃机车内。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。