智能混合式接触器系统及其对应的控制方法与流程

本技术涉及轨道交通电气控制，尤其涉及一种智能混合式接触器系统及其对应的控制方法。

背景技术：

1、在轨道交通车辆电气控制系统中，接触器是核心执行元件，承担着电路通断、负载切换及电气保护的关键功能，其工作性能、可靠性与使用寿命直接决定了轨道交通车辆电气系统的运行稳定性与行车安全性。目前轨道交通领域应用的主流接触器主要为传统机械接触器与纯固态接触器两类，但难以适配轨道交通高可靠、长寿命、高安全的严苛应用场景。其中，传统机械接触器依托机械触点实现电路通断，结构成熟、导通损耗低，但在频繁分断、大电流切换工况下易产生强烈电弧，电弧会持续烧蚀触点，造成触点磨损、氧化、变形等问题，进而导致接触器整体使用寿命短、运行可靠性低，且不具备智能化监测与调控能力，无法适配现代轨道交通智能运维的发展需求。纯固态接触器依托电力电子器件实现无弧通断，彻底解决了电弧烧蚀的问题，但自身存在导通压降大、工作发热严重的缺陷，长期运行能耗高、散热压力大，且器件制备成本高昂，大幅提升了设备运维与换装成本，规模化应用受限。

2、为兼顾机械接触器低损耗、低成本与固态接触器无弧通断的优势，现有技术提出了混合式接触器方案，通过将机械触点与电力电子开关进行串并联组合设计，有效实现了电路无弧通断，规避了传统单一接触器的部分固有缺陷。但该类传统混合式接触器方案普遍缺乏接触器全生命周期健康状态在线感知能力，无法对机械触点磨损、表面氧化、动作时间漂移、固态器件性能衰减等各类器件退化过程进行实时在线监测，也无法基于运行数据完成器件健康状态的精准评估。当前轨道交通接触器运维完全依赖人工定期巡检与故障后被动维修的模式，不仅运维效率低下、人力成本高昂，还无法提前预判器件老化与性能失效风险，难以实现预测性维护。同时，人工检修存在检测滞后、精度不足的问题，无法及时发现接触器隐性退化故障，极易遗留电气系统安全隐患，难以满足现代轨道交通电气系统高可靠、智能化运维的核心需求。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种智能混合式接触器系统及其对应的控制方法，可实现接触器全生命周期状态监测与预测性维护，有效提升轨道交通电气系统运行可靠性。

2、本技术的第一方面提供一种智能混合式接触器系统，所述系统包括至少两套独立的接触器通道，每套接触器通道包括：

3、至少一个混合式接触器单元，每个混合式接触器单元均包括机械接触器与固态接触器，及由所述机械接触器与所述固态接触器串联构成的主电流通路；

4、智能驱动控制模块，分别与所述机械接触器线圈和所述固态接触器控制端电连接，用于输出时序控制信号，根据所述时序控制信号控制所述混合式接触器单元实现零电压接通与零电流分断动作；

5、状态监测模块，用于获取所述主电流通路的主回路电流、所述机械接触器的第一监测数据，及所述固态接触器的第二监测数据，得到健康监测数据集；

6、健康评估模块，基于所述健康监测数据集计算健康度评分，根据所述健康度评分动态生成降额策略和分级预警策略，并将所述降额策略和所述分级预警策略输出至所述智能驱动控制模块；

7、其中，所述至少两套独立的接触器通道通过冗余管理模块连接，所述冗余管理模块采用安全冗余架构，不同通道独立运算并交叉比较决策结果，决策一致时表决通过方允许执行输出，单通道故障时由另一通道接管，任意两通道决策不一致时进入安全状态。

8、在一个可选的实施方式中，所述智能驱动控制模块包括动态降额模块和分级带载切除模块；

9、所述动态降额模块，用于根据联合加速寿命模型基于所述健康度评分计算降额系数，所述降额系数与所述健康度评分关联配置；根据所述降额系数动态调整所述混合式接触器单元的承载电流；

10、所述分级带载切除模块，用于接收所述分级预警策略，根据所述健康度评分以及主回路电弧故障检测结果划分多等级保护机制，不同等级保护机制对应不同分级预警策略；当所述健康度评分处于第一预设分数区间时，确定所述分级预警策略为一级预警策略；当所述健康度评分处于第二预设分数区间时时，确定所述分级预警策略为二级预警及软切除保护策略；当所述健康度评分处于第三预设分数区间时，或主回路电弧故障检测结果为检测到主回路存在拉弧故障时，确定所述分级预警策略为三级报警及紧急切除保护策略。

11、在一个可选的实施方式中，所述软切除保护策略包括：控制所述固态接触器按照以斜坡方式逐步降流，待所述主回路电流降至预设电流阈值后分断所述机械接触器。

12、在一个可选的实施方式中，所述紧急切除保护策略包括：控制所述固态接触器微秒级关断并快速分断所述机械接触器。

13、在一个可选的实施方式中，所述联合加速寿命模型的表达式为：

14、；

15、其中，l为接触器寿命，c为与接触器材料、结构相关的比例常数，i为承载电流，n为电流应力指数，为激活能，δt为通断引起的温度变化幅值，m为温度循环指数，k为降额系数，降额系数对应的寿命延长倍数为。

16、在一个可选的实施方式中，所述降额系数的确定需同时满足安全性约束和可用性约束；所述降额系数基于帕累托最优原则，在同时满足所述安全性约束和所述可用性约束的降额系数区间内，选取最优降额系数；所述安全性约束为降额后接触器寿命安全运行至预设维修周期，寿命延长倍数不低于设定阈值；所述可用性约束为接触器降额后的实际承载电流不低于最低工作电流，对应降额系数不小于设定下限值。

17、在一个可选的实施方式中，根据所述时序控制信号控制所述混合式接触器单元执行零电压接通动作时，导通所述固态接触器，在所述机械接触器两端电压降至预设电压阈值以内的状态下闭合所述机械接触器，再关断所述固态接触器；根据所述时序控制信号控制所述混合式接触器单元执行零电流分断动作时，导通所述固态接触器，在流经所述机械接触器的电流降至预设电流阈值以内的状态下分断所述机械接触器，再关断所述固态接触器。

18、在一个可选的实施方式中，所述系统还包括通信模块，所述通信模块采用mvb、can或以太网通信接口，将所述健康度评分、所述降额策略和所述分级预警策略上传至外接系统。

19、本技术第二方面提供一种智能混合式接触器系统的控制方法，应用于所述的智能混合式接触器系统，所述方法包括：

20、状态监测模块实时采集主回路电流、机械接触器与固态接触器的运行参数，生成健康监测数据集并发送至健康评估模块；

21、所述健康评估模块基于所述健康监测数据集计算综合健康度评分，结合联合加速寿命模型匹配对应降额系数；根据所述健康度评分与电弧检测结果生成分级预警策略，并将所述降额系数和所述分级预警策略下发至智能驱动控制模块；

22、动态降额模块根据所述降额系数动态调节混合式接触器单元的承载电流；

23、分级带载切除模块执行对应的分级预警策略，根据不同保护等级分别完成预警上报、软切除或紧急切除操作；

24、冗余管理模块对多通道决策结果进行交叉比对与表决；决策结果一致时执行对应通断动作，单通道故障时由正常通道接管负载，通道决策不一致或通道均故障时，系统进入安全状态；

25、智能驱动控制模块输出时序控制信号，控制混合式接触器单元完成零电压接通与零电流分断动作。

26、综上所述，本技术提供的智能混合式接触器系统及其对应的控制方法，通过

27、模块化协同设计，具体通过在每套独立的接触器通道中配置状态监测模块与健康评估模块，构建了接触器全维度、实时化的健康监测与评估体系。其中，状态监测模块可实时采集主电流通路的主回路电流、机械接触器的第一监测数据以及固态接触器的第二监测数据，全面覆盖机械触点磨损、表面氧化、动作时间漂移、固态器件性能衰减等各类器件退化关键参数，形成完整的健康监测数据集，实现对混合式接触器单元全生命周期退化过程的不间断在线监测，解决了无法精准捕捉器件隐性退化故障、监测滞后的问题。在此基础上，健康评估模块依托实时采集的健康监测数据集进行数据分析与运算，精准输出接触器健康度评分，量化器件健康状态，并基于评分结果动态匹配对应的降额策略与分级预警策略，同步将调控策略传输至智能驱动控制模块，实现基于设备真实健康状态的智能化管控。该架构摒弃了传统人工定期巡检、故障被动维修的落后运维模式，可实时预判器件老化、性能衰减及失效风险，提前开展预防性运维干预，有效实现了接触器设备的预测性维护。同时，配合多套独立接触器通道及冗余管理模块的安全冗余架构，保障了设备在健康监测、状态评估及智能调控过程中的运行稳定性，避免了单通道监测运算故障导致的管控失效问题，大幅提升了轨道交通电气控制系统的运行可靠性与安全性，充分适配现代轨道交通智能化、高可靠运维的核心发展需求。