用于軌道車輛的電牽引系統以及由該系統實現的保護方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于軌道車輛的電牽引系統，該電牽引系統包括同步電機和電源電路、隔離裝置以及位于隔離裝置下游用于將同步電機的相線短路的模塊，電源電路包括轉換器，該轉換器被連接至DC電壓源并且能夠遞送適用于對同步電機供電的多相電壓，轉換器通過多條電纜連接至同步電機。系統還包括用于控制轉換器的模塊、用于檢測轉換器的輸出分支中的過電流的主檢測模塊以及保護模塊，該保護模塊能夠在接收到主檢測模塊所發射的主檢測信號后致使隔離裝置斷開。
[0002]文獻EP2，634，884公開了這樣的系統，該系統包括:作為主檢測模塊用于檢測轉換器的輸出過電流的電流傳感器。
[0003]在文獻EP2，634，884中，所實現的監測方法提供了電流傳感器所遞送的監測測量值以便于檢測短路類型故障的發生，然后在發生短路類型故障的情況下，驅動隔離電路斷路器以便于將轉換器與電機隔離，該電機通過移動的軌道車輛的車輪進行旋轉，然后操作為電流發生器。
[0004]保護方法然后提供了對短路相對于電機而言是內部類型還是外部類型的識別。如果短路是內部的，則該方法通過使短路模塊閉合來致動用于將電機的相線短路的模塊(所謂的均衡操作)。
[0005]然而，現有技術的該文獻沒有描述如何檢測導致隔離電路斷路器致動的故障是否是位于電機內部的故障。
[0006]如果轉換器的分支中的過電流的源頭處的短路位于隔離電路斷路器的下游，SP，其要么為電機外部的短路，例如介于將轉換器的每個分支連接至電機的每個相線的電纜之間，要么為電機內部的短路，則就當前牽引電動機而言，只要電機還在旋轉，電路斷路器的斷開就不足以將短路與電源隔離。
[0007]應當注意的是，電機的相線與地之間的下游短路可以通過斷開隔離電路斷路器來進行隔離。然而，這樣的電氣故障變成相線間短路，其不能通過斷開隔離電路斷路器進行隔離。在此，這樣的故障被認為是不可隔離的下游短路。
[0008]當兩個導體彼此直接接觸時，短路是“完全的”，或者，當兩個導體彼此并非直接接觸，而是借助于具有一定阻抗的介質連接時，短路是“非完全”的。在后面的情況下，短路會導致形成永久性或間歇性電弧。這種類型的故障產生導致部件和電弧周圍的材料燃燒的能量:材料被蒸發、材料的屬性被更改等等。
[0009]應當注意的是，完全故障可以由于最初接觸的導體的過熱和磨損而變成非完全故障。
[0010]電機內部的非完全短路會導致電機被破壞同時具有火災的風險(出現火焰:一直存在電弧直到相線環被消耗完為止)和/或轉子被堵塞(相線環的材料被容納在氣隙中，從而損壞了貨物并且釋放了安裝在表面上的磁鐵)。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在于解決這個問題，具體地能夠將電機內部的下游故障與電機外部的下游故障區分開，以便于選擇合適的動作:簡單地斷開隔離電路斷路器或者還需要執行相線之間的均衡。
[0012]因此，本發明涉及上述類型的牽引系統，其特征在于，所述牽引系統包括次檢測模塊，該次檢測模塊能夠檢測隔離裝置的下游的短路類型的故障并且向保護裝置發送次檢測信號，并且在于，在已經接收到主檢測模塊所發射的主檢測信號并且已經致使隔離裝置斷開的情況下，保護模塊能夠在接收到次檢測信號后致使用于將同步電機的相線短路的模塊閉合。
[0013]根據特定實施例，單獨考慮這些特定實施例或根據這些實施例的任何技術上可能的組合，系統包括一個或更多個下列特點:
[0014]次檢測模塊包括至少一個溫度傳感器，該溫度傳感器能夠對與同步電機的內部溫度相對應的溫度。
[0015]次檢測模塊包括次檢測裝置，該次檢測裝置能夠計算溫度傳感器或每個溫度傳感器所測量的溫度的時間變化。
[0016]次檢測裝置將溫度的時間變化與預定閾值進行比較，并且當溫度的時間變化超過該預定閾值時發射表示檢測到短路的信號。
[0017]預定閾值大于+1.0°C/s，特別是等于+1.7°C/s。
[0018]次檢測模塊還能夠通過將溫度的變化時間與大約等于+0.5°C/min的第二預定閾值進行比較來辨別主檢測模塊所檢測到的故障是否為位于同步電機外部介于電纜之間的引發型非完全短路。
[0019]次檢測模塊包括至少兩個電壓傳感器，該電壓傳感器能夠檢測同步電機的相線間的失衡，電壓傳感器被放置成盡可能接近同步電機的電源端子。
[0020]次檢測模塊包括檢測裝置，該檢測裝置能夠根據電壓傳感器所遞送的測量值來計算電壓偏差并且當所計算的偏差超過預定閾值時生成針對位于同步電機內部的非完全短路的檢測信號。
[0021]電壓傳感器被連接在兩個不同相線的電源端子之間；或者被連接在相線的電源端子與不同電壓傳感器彼此共享的連接點之間，該共享的點能夠被連接至系統的電接地。
[0022]可以通過測量同步電機的相線之間的電壓或通過測量同步電機內部的溫度來檢測同步電機內部的非完全短路。
[0023]—旦檢測到非完全短路，就會采取對同步電機進行均衡，其包括將同步電機的不同相線相互短路以便于熄滅同步電機內部產生的短路電弧滅，使得相線間的短路再次平衡，從而避免因該失衡而造成的轉矩脈動。
[0024]本發明還涉及上述牽引系統中實現的保護方法，其特征在于，該保護方法包括以下連續步驟:對轉換器的至少一個輸出分支中的過電壓進行檢測;致使隔離裝置斷開;然后對隔離裝置下游的短路類型的故障進行檢測；以及在檢測到短路類型的故障時，致使同步電機的相線的短路裝置閉合。
【附圖說明】
[0025]在閱讀了下面的僅提供為非限制性示例的一個具體實施例的詳細描述之后，將更好地理解本發明及其優點，該描述是參考附圖而做出的，在附圖中:
[0026]圖1是根據本發明的第一實施例的系統的示意圖；
[0027]圖2是根據本發明的第二實施例的系統的示意圖；
[0028]圖3是根據本發明的第二實施例的系統的一種替代方案的示意圖；以及
[0029]圖4是根據本發明的第二實施例的系統的另一替代方案的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]圖1示意性地示出了根據本發明的電牽引系統的第一實施例，該電牽引系統被安裝在軌道車輛諸如地鐵、電車、區域火車或高速火車上。
[0031]系統10在其端子34A與34B之間被連接至DC電壓源(未示出)AC電壓源是例如被連接至電網的懸線。DC電壓源遞送高于600V的電壓，例如等于3kV的電壓。
[0032]系統10包括至少一個同步電機14。該同步電機14包括轉子和定子。轉子包括永磁體。定子包括被設計成由合適的多相電壓進行供電的N個繞組或相線。
[0033]如圖所示，同步電機14是具有永磁體的三相同步電機。同步電機14例如具有介于50kW與2MW之間的標稱功率。同步電機14的每個相線U、V、W分別被連接至電源端子P1、P2、P3，并且不同的相線共享端子P4。
[0034]系統10包括同步電機14的電源電路16。
[0035]電源電路16包括轉換器22，該轉換器22用于將其輸入端處由DC電壓源遞送的DC電壓轉換成適合于對同步電機14供電的三相輸出AC電壓。
[0036]轉換器22包括正輸入端子34A和負輸入端子34B，正輸入端子34A和負輸入端子34B被連接至DC電壓源。
[0037]轉換器22包括三個輸出端子36。每個輸出端子36與多相AC電流的相線相關聯并且借助于電纜23、24、25連接至同步電機14的相線U、V、W之一。
[0038]轉換器22包括用于每個輸出端子36的切換分支38。
[0039]每個切換分支38被連接在正輸入端子34A與負輸入端子34B之間并且包括兩個電開關40，這兩個電開關40串聯連接且同向，并且通過中點彼此連接。每個中點是轉換器22的輸