專利名稱：一種電氣化鐵路車輛位置傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對電力機車的位置進行監(jiān)測的傳 感器設(shè)備。
背景技術(shù)：
電氣化鐵路中，對電力機車采用單相供電。為了減少鐵路單相負荷對三相電力系 統(tǒng)的不平衡影響，牽引網(wǎng)采用分段分相供電的方法，在整個牽引網(wǎng)中，采取A-B-C-A-B-C三 相輪換供電的模式。相鄰兩相之間有一段供電死區(qū)，叫做電分相區(qū)，也叫做中性區(qū)，一般每 25knT30km就有一個分相區(qū)。當電力機車通過分相區(qū)時，根據(jù)地面“斷”標識的提示，司機進行手動退級、關(guān)閉輔 助機組、斷開機車主斷路器的操作；機車經(jīng)過分相區(qū)后，根據(jù)地面“合”標識的提示，司機逐 項恢復(fù)上述操作。這是一種斷電過分相，在中性區(qū)，機車斷電后依靠慣性繼續(xù)滑行，由于沒 有牽引力，列車在風阻和輪軌摩擦阻力的影響下，速度會降低，在高 速列車和重載列車中影 響惡劣。另一方面，這種操作增加了司機的勞動強度，一旦司機未能及時斷閘，則會發(fā)生受 電弓帶載闖分相，會造成燒毀受電弓、燒毀接觸網(wǎng)的故障，嚴重的甚至發(fā)生牽引所跳閘，供 電中斷等行車事故。因此，自動過分相成為電氣化鐵路過分相的發(fā)展趨勢。自動過分相不需要司機的手動操作。目前應(yīng)用較多的自動過分相為車載自動過分 相，它依靠機車控制器的自動操作代替司機的手動操作。當機車進入分相區(qū)時，車輛位置傳 感器給出位置信號，列車控制器檢測到位置信號后自動進行退級、關(guān)閉輔助機組、斷開機車 主斷路器的操作；機車駛出分相區(qū)后，車輛位置傳感器給出位置信號，列車控制器檢測到位 置信號后逐項恢復(fù)上述操作。這種方式可以降低司機操作疲勞，增加系統(tǒng)可靠性。然而，車 載自動過分相也是一種斷電過分相，在分相區(qū)內(nèi)，機車斷電滑行，牽引力和列車速度仍然會 受到影響。隨著中國高速鐵路和重載鐵路的發(fā)展，要求列車在分相區(qū)內(nèi)也能帶電運行，這樣 才能為機車提供持續(xù)的牽引力，不會影響車輛速度。這種過分相的方式叫做機車帶電過分 相，它是依靠地面自動過分相裝置來實現(xiàn)的。地面自動過分相裝置的主執(zhí)行機構(gòu)是兩組開 關(guān)，這兩組開關(guān)將中性區(qū)分別和兩側(cè)供電臂連接起來。沒有機車經(jīng)過時，開關(guān)斷開，中性區(qū) 無供電；當機車進入分相區(qū)時，通過先后閉合兩組開關(guān)，兩側(cè)供電臂分時向中性區(qū)供電，使 電力機車在中性區(qū)運行過程中不斷開主斷路器，斷電時間很短，不會失去牽引力。要實現(xiàn)地面自動過分相裝置的開關(guān)閉合、切換、斷開等操作，系統(tǒng)的第一要求是有 準確無誤的機車位置信號。如果沒有準確的機車位置信息，開關(guān)動作時序就會紊亂，造成中 性區(qū)不能正常供電、機車受電弓帶載闖分相、嚴重的甚至造成牽引網(wǎng)相間短路故障，影響到 牽引系統(tǒng)的安全和行車秩序。現(xiàn)有的機車位置檢測方式主要是采用磁鋼傳感器信號或列車控制器的ATP應(yīng)答 信號。磁傳感器存在的問題是失磁，長時間的應(yīng)用會影響檢測精度；磁傳感器只能適應(yīng) 5^250km/h范圍內(nèi)的車速，不能用于極低車速和高速鐵路。ATP應(yīng)答器信號來自車載的列車控制器，而地面自動過分相裝置是非車載的系統(tǒng)，列控系統(tǒng)與非列控系統(tǒng)交換信號的情況 不適合多種機車混跑的線路。在專利號為92234278. 4，名稱為架線電機車位置傳感器的專利中公開了一種由電 磁體、霍爾元件和放大電路組成的電機車位置傳感器，該發(fā)明適用于250V或550V直流電的 情況，不能適用于27. 5kV交流供電的電氣化鐵路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有電氣化車輛位置傳感器存在檢測精度低、不 適宜多種機車混跑的線路、不適宜高速和極低速車輛、不適宜交流供電的電氣化鐵路。本發(fā) 明 提供一種電氣化車輛位置傳感器，準確的定位機車受電弓的位置，并且能很好的解決上 述問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用一個電流互感器對接觸網(wǎng)中的交流電流進行監(jiān)測，當 接觸網(wǎng)中流過電流時，電流互感器二次側(cè)輸出電流信號，通過串聯(lián)二極管的反并聯(lián)電路箝 位得到電壓信號，再通過光纖發(fā)射頭將電壓信號轉(zhuǎn)換為光信號，這個光信號就是機車位置 信號，通過光纜傳輸?shù)降孛孀詣舆^分相裝置的控制器中。電流互感器二次側(cè)繞組(W)的兩個引出端與第一、第二、第三支路連接。第一支路串聯(lián)的二極管數(shù)量和第二支路串聯(lián)的二極管數(shù)量均為η，η > 2，所有二 極管選用同一型號。第一支路為第一一二極管、第一二二極管……第一N-I 二極管、第一N二極管的串 聯(lián)支路。第一一二極管的陰極與第一二二極管的陽極連接，第一二二極管的陰極……與第
一N-I 二極管的陽極連接，第一 N-I 二極管的陰極與第一 N 二極管的陽極連接。第二支路為第二一二極管、第二二二極管……第二N-I 二極管、第二N二極管的串 聯(lián)支路。第二一二極管的陽極與第二二二極管的陰極連接，第二二二極管的陽極……與第
二N-I 二極管的陰極連接，第二 N-I 二極管的陽極與第二 N 二極管的陰極連接。第三支路為電阻的一端與光纖發(fā)射頭的一端連接形成的支路。電流互感器的繞組的一端與第一支路的第一一二極管的陽極、第二支路的第 二一二極管的陰極和電阻的另一端連接。電流互感器的繞組的另一端與第一支路第一 N 二極管的陰極、第二支路的第二 N 二極管的陽極和光纖發(fā)射頭的另一端連接。本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果
1)由于采集的是電流的變化，而不是采集的電流的數(shù)值，因此允許電流互感器的 鐵芯工作在飽和狀態(tài)，通過光纖輸出的信號為占空比小于50%的脈沖信號。這樣做的好處 是不需要大體積的鐵芯，電流互感器設(shè)備體積小、成本低。2)利用二極管箝位的特性，避免電流互感器二次側(cè)負載的波動，被監(jiān)測的電流在 0. 5Α到1000Α變化時，二極管箝位的端電壓波動范圍僅為0. 5V。因此電氣化車輛位置傳感 器可以監(jiān)測所有現(xiàn)行運行的機車位置。3)抗干擾能力強。電流互感器二次側(cè)信號為電流源信號，信號傳輸路徑為光纖傳輸，二者均不會受到電磁干擾的影響。4)使用HFBR對接觸網(wǎng)的高壓和控制器的低壓進行隔離，無需對電流互感器做特 殊絕緣處理，隔離效果好。


圖1是地面自動過分相裝置工作的系統(tǒng)示意圖。圖2是電氣化車輛位置傳感器的電路原理圖。圖中，第一支路1 ；第二支路2 ；第三支路3 ；電流互感器 4。
具體實施例方式參照附圖進一步說明本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明是通過電流互感器工作原理、二極管箝位特性來監(jiān)測接觸網(wǎng)電流，準確的 定位機車受電弓的位置。圖1為地面自動過分相裝置工作的系統(tǒng)示意圖，m和N2分別是中性區(qū)與供電臂 的分界，m與N2之間為中性區(qū)(無電區(qū))，亦即接觸網(wǎng)中完全無電的區(qū)段，左承力索5、左吊 弦6、左接觸線7構(gòu)成中性區(qū)左側(cè)供電臂的接觸網(wǎng)。右承力索8、右吊弦9、右接觸線10構(gòu)成 中性區(qū)右側(cè)供電臂的接觸網(wǎng)。中承力索11、中吊弦12、中接觸線13構(gòu)成中性區(qū)的接觸網(wǎng)。左地面自動過分相裝置的開關(guān)14，右地面自動過分相裝置的開關(guān)15。左地面自動 過分相裝置的開關(guān)14的一端通過高壓電纜16與左接觸網(wǎng)5連接；右地面自動過分相裝置 的開關(guān)15的一端通過高壓電纜17與右接觸網(wǎng)8連接。高壓電纜18用于連接中性區(qū)接觸 網(wǎng)11、13與左右地面自動過分相裝置的開關(guān)14、15的另一端。電力機車是19，受電弓是20， 鐵軌是21。CGI、CG2為本發(fā)明的位置傳感器，圖2是電氣化車輛位置傳感器的電路圖。電流互感器4采用穿芯式結(jié)構(gòu)，鐵芯MC采用開啟式或閉合式的結(jié)構(gòu)，鐵芯MC的材 料為硅鋼、微晶或坡莫合金。電流互感器4的二次側(cè)繞組W的兩個引出端與第一、第二、第三支路(1、2、3)連接。第一支路1為第一一二極管D11、第一二二極管D12……第一 N-1 二極管Dl(n_l )、 第一 N 二極管Dln的串聯(lián)支路。第一一二極管Dll的陰極與第一二二極管D12的陽極連接，第一二二極管D12的 陰極……與第一 N-I 二極管Dl (n-1)的陽極連接，第一 N-I 二極管Dl (n_l)的陰極與第
一N 二極管Dln的陽極連接。第二支路2為第二一二極管D21、第二二二極管D22……第二 N-1 二極管D2(n_l )、 第二 N 二極管D2n的串聯(lián)支路。第二一二極管D21的陽極與第二二二極管D22的陰極連接，第二二二極管D22的 陽極……與第二 N-I 二極管D2 (n-1)的陰極連接，第二 N-I 二極管D2 (n_l)的陽極與第
二N 二極管D2n的陰極連接。第三支路3為電阻R的一端與光纖發(fā)射頭HFBR的一端連接形成的支路。電流互感器4的繞組W的一端與第一支路1的第一一二極管Dll陽極、第二支路 2的第二一二極管D421的陰極和電阻R的另一端連接。電流互感器4的繞組W的另一端與第一支路1的第一 η 二極管Dln的陰極、第二支路2的第二 η 二極管D2n的陽極和光纖發(fā)射頭HFBR的另一端連接。第一支路1的二極管和第二支路2的二極管均選用同一型號。兩路二極管的數(shù)量 均為n，n > 2，從原理上說二極管的數(shù)量沒有上限限制，一般n=3或4即滿足使用要求，n=l 沒有意義。本發(fā)明的工作原理是當機車駛過時，該處接觸網(wǎng)中有電流流過，載流承力索中也 會流過電流，這個電流是交流電流，穿過于載流承力索的電流互感器4監(jiān)測到電流后，二次 側(cè)繞組W中流過一個小電流，正、負半周的電流分別流過第一支路1和第二支路2，二極管兩 端產(chǎn)生箝位電壓，這個電壓加在第三支路3上，通過電阻R限流，光纖發(fā)射頭HFBR 流過電 流，從而輸出光信號。經(jīng)過光纜傳輸至控制器，在控制器上經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后獲知機車位置的 電信號。當機車受電弓位于本發(fā)明的傳感器CGl和m之間時，CGl輸出位置信號高電平，否 則輸出低電平；當機車受電弓位于CG2和N2之間時，CG2輸出位置信號，否則輸出低電平。當機車在CGl和CG2兩端的外側(cè)時，CGl和CG2都輸出低電平，左、右地面自動過 分相裝置的開關(guān)14和15都斷開，這是地面自動過分相裝置的初始狀態(tài)。以機車在圖1中 從左往右運行為例，當受電弓經(jīng)過CGl時，CGl輸出高電平，控制器接收到位置信號后，發(fā)出 指令閉合左地面自動過分相裝置的開關(guān)14，中性區(qū)由左側(cè)供電臂供電。機車向前行駛經(jīng)過 Nl進入中性區(qū)后，CGl的位置信號消失，控制器發(fā)出指令斷開左、右地面自動過分相裝置的 開關(guān)14，3. 3^20ms (具體時間數(shù)值需要根據(jù)左、右兩相的電壓相位確定)后閉合左、右地面自 動過分相裝置的開關(guān)15，中性區(qū)改由右側(cè)供電臂供電。機車向前行駛，駛出中性區(qū)，進入N2 與CG2之間，則CG2輸出高電平位置信號，當機車駛到CG2右側(cè)時，CG2輸出低電平，控制器 接收到CG2信號從低到高再到低的過程后，發(fā)出指令斷開開關(guān)15，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。
權(quán)利要求
一種電氣化鐵路車輛位置傳感器，其特征在于電流互感器(4)的二次側(cè)繞組(W)兩個引出端與第一、第二、第三支路(1、2、3)連接；第一支路(1)的二極管數(shù)量和第二支路(2)的二極管數(shù)量均為n，n≥2，一般的n=3或4；第一支路(1)為第一一二極管(D11)、第一二二極管(D12)……第一N 1二極管(D1(n 1))、第一N二極管(D1n)的串聯(lián)支路；第一一二極管(D11)的陰極與第一二二極管(D12)的陽極連接，第一二二極管(D12)的陰極……與第一N 1二極管(D1(n 1))的陽極連接，第一N 1二極管(D1(n 1))的陰極與第一N二極管(D1n)的陽極連接；第二支路(2)為第二一二極管(D21)、第二二二極管(D22)……第二N 1二極管(D2(n 1))、第二N二極管(D2n)的串聯(lián)支路；第二一二極管(D21)的陽極與第二二二極管(D22)的陰極連接，第二二二極管(D22)的陽極……與第二N 1二極管(D2(n 1))的陰極連接，第二N 1二極管(D2(n 1))的陽極與第二N二極管(D2n)的陰極連接；第三支路(3)為電阻(R)的一端與光纖發(fā)射頭(HFBR)的一端連接形成的支路；電流互感器(4)的繞組(W)的一端與第一支路(1)的第一一二極管(D11)的陽極、第二支路(2)的第二一二極管(D21)的陰極和電阻(R)的另一端連接；電流互感器(4)的繞組(W)的另一端與第一支路(1)的第一N二極管(D1n)的陰極、第二支路(2)的第二N二極管(D2n)的陽極和光纖發(fā)射頭(HFBR)的另一端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣化鐵路車輛位置傳感器，其特征在于所述的電流互感 器(4)采用穿芯式結(jié)構(gòu)，鐵芯的材料為硅鋼、微晶或坡莫合金。
全文摘要
一種電氣化車輛位置傳感器，由電流互感器和三個支路組成。電流互感器采用穿芯式結(jié)構(gòu)，繞組的兩個引出端接三個支路，第一支路為n個二極管按陰極、陽極的順序串聯(lián)，第二支路為n個二極管按陰極、陽極的順序串聯(lián)，第二支路與第一支路的二極管反并聯(lián)，第三支路為一個電阻與一個光纖發(fā)射頭串聯(lián)。當機車駛過時，接觸網(wǎng)中流過電流，傳感器監(jiān)測到這個電流后，對外發(fā)出光信號，經(jīng)光纖傳至地面自動過分相裝置的控制器中，在控制器中再轉(zhuǎn)換為電信號，這個信號就是機車的位置信號。解決了現(xiàn)有電氣化車輛位置傳感器存在檢測精度低、不適宜多種機車混跑的線路、不適宜高速和極低速、不適宜交流供電的電氣化鐵路的問題，并能準確定位機車受電弓的位置。
文檔編號G01R15/18GK101934745SQ20101029543
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者冉旺, 劉冰, 游小杰, 鄭瓊林 申請人:北京交通大學