CN101448672A - 带有轨道车道的至少两个有关车道的车道部件和一个变电站的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有轨道车道的至少两个有关车道的车道部件(140，150)和一个变电站(110)的系统(100)，该变电站与所述至少两个车道部件电气连接，并且以输出电压(U2)为它们提供电能。按照本发明，如下构造变电站：使得其在输出端一侧产生一个比所连接的车道部件运行所需要的运行电压(U4)更高的输出电压，并且所述车道部件分别配备了降压装置(200)，所述降压装置(200)将由所述变电站所提供的供电电压(U2′)降低为各个车道部件分别所需要的运行电压。

Description

带有轨道车道的至少两个有关车道的车道部件和一个变电站的系统

技术领域

本发明涉及一种带有按照权利要求1的前序部分的特征的系统。

背景技术

公知的是，为诸如铁路线段或磁悬浮铁路线段的轨道车道配备有有关车道的车道部件。这些部件通常被供以电能，该电能由一个与车道部件连接的变电站提供。例如，车道部件可以是道岔、通信装置、信号装置，等等。

例如，在上海建造的磁悬浮铁路(Transrapid)具有多个变电站，这些变电站分别与预定数量的按照开关站(Schaltstelle)形式的车道部件连接。这些开关站实施一种车辆同步化的定子片段转换。图1中示意性地示出了这种系统。在图1中能够看到两个变电站10和15，它们在输入端一侧连接到20kV的馈电导线20上。20kV馈电导线20例如是一个为不同的分站供电的中压电缆环。变电站10和15相互的距离d平均为4km。在输出端一侧两个变电站分别星形地与预定数量的开关站连接；在图1中用参考标记25、30和35标明了变电站10的开关站。变电站和开关站之间的连接导线40，在磁悬浮铁路的情况下是施加了400V电压的三相电缆。

单个连接导线40的铺设是分别按照在有关导线上最大预期的电压降而进行的，并且必须按照每个单个开关站的可能的最大负载被铺设。由于对接触器以及开关站的监视电子装置的开关可靠性的要求，所允许的供电电压公差最大介于标称电压的-7％和+10％之间。为了遵守该规定，必须将连接导线40的电缆横截面配置得相对大，以便承担在导线上有关的电压降。例如，在开关站25和变电站10之间距离为2km的条件下，在采用铜电缆时可能要求例如25mm²的导体横截面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，如下地进一步开发一种本文开始部分所述类型的系统，使得可以比以前更简单地规划并且比以前更造价低廉地制造。

按照本发明，上述技术问题是通过具有权利要求1的特征的系统解决的。本发明的优选实施方式在从属权利要求中给出。

按照本发明，如下地构造变电站：使得其在输出端一侧产生一个比所连接的车道部件运行所需要的运行电压更高的输出电压，并且所述车道部件分别配备了降压装置，所述降压装置将由所述变电站所提供的供电电压降低为各个车道部件分别所需要的运行电压。

按照本发明的系统的一种主要优点在于，其中在变电站与其上连接的车道部件之间的连接导线不必针对其电气负载单独地配置；因为由于连接导线施加比车道部件实际所需要的更高的输出电压的原因，而保证了可以利用相对极小的电流传输所需要的能量。具体地，供电电压选择得越大，所需要的电流就越小。同样，电流越小，则在连接导线上的电压降也越小，并且在负载波动的情况下在各个车道部件的输入端上的供电电压的波动也就越小。根据本发明的概念，传输比车道部件一侧所要求的更高的供电电压，并且在车道部件的内部个别地进行电压调整，关于连接导线的选择和配置的规划开销比迄今为止显著地更小。如果在设备的规划阶段或者在制造之后还要进行结构上的改动，并且由此事后改变连接导线的长度，则所解释的较小的规划开销具有特别巨大的经济效果；因为在本发明中由于仅有小的供电电流，使得导线长度的改变对于导线横截面的选择来说不起作用、至少不起显著作用。

按照本发明的系统的另一个主要优点在于：其比由Transrapid所公知的系统带来更少的开销；由于在连接导线上的较小的供电电流而可以采用具有较小的横截面的导线，从而显著地降低了导线开销。尽管该开销优点的一部分通过车道部件一侧的所需要的降压装置再次被抵消，不过在按照本发明的系统中总体上还保留了显著的开销优点。

为了保证使得用于车道部件的运行电压近似于恒定，优选的是，所述车道部件的降压装置分别具有调整装置，该调整装置如下地调整在各个车道部件上所施加的供电电压的由负载引起的波动：使得对各个车道部件形成恒定、至少近似于恒定的运行电压。

优选地，如下地构造所述调整装置：使得该调整装置将在各个车道部件上所施加的供电电压的由负载引起的波动置于各个标称值的-50％和+20％之间的范围之内。

为了实现连接导线中尽可能小的电流，优选的是，所述输出电压至少是车道部件最大所要求的运行电压的两倍。

优选地，所述系统被用于对磁悬浮铁路线的辅助供电。在这种情况下，被视为优选的是，所述至少两个车道部件分别构成开关站，该开关站与所述磁悬浮铁路线轨道一侧的定子片段连接，并且为磁悬浮铁路保证车辆同步化的定子片段转换。

根据系统的第一优选的变形，所述变电站与至少两个车道部件通过母线电缆连接，每个车道部件被连接到该母线电缆上，而不电气地中断该母线电缆。该变形的显著优点在于，节省了导线以及由此的投入和敷设开销；因为取代每个开关站与变电站之间的星形连接，基本上仅仅要求唯一的电缆，即，该电缆从变电站向最远处的开关站延伸并且在此电气接触地经过位于其间的开关站。例如，所述母线电缆是单相的，以便节省导线开销。

根据系统的第二优选的变形，所述车道部件被如下链形地电气设置：每个由车道部件形成的链环节通过单独的电缆片段与分别设置在前的和分别设置在后的链环节连接，其中，至设置在后的链环节的电缆片段以及至设置在前的链环节的电缆片段通过回路连接相互电气连接，并且其中，至少一个链环节通过连接电缆与所述变电站连接。优选地，所述电缆片段和连接电缆是单相的，以便节省导线开销。

特别优选地，对于所述母线电缆以及对于所述电缆片段和连接导线采用四芯(vieradrige)的交流电导线。其中，优选地分别平行地接通对角线上相对的两个导体，以便使得导线电抗(电阻和电感)最小并且优化传输特性。

特别造价有利并且由此优选的是，利用单相变压器、特别是环形铁心变压器来构造所述降压装置。

例如，由变电站供电的车道部件是道岔控制器、通信装置或无线电装置构成。

此外，本发明还涉及一种用于为轨道车道的至少两个有关车道的车道部件提供电能的方法，其中，所述车道部件由同一个变电站提供供电电压。

为了能够简单并且造价低廉地实施该方法，按照本发明建议：利用所述变电站在输出端一侧产生一个比所述车道部件运行所需要的运行电压更高的输出电压，并且在所述车道部件中分别利用降压装置，将由所述变电站所提供的供电电压降低、特别是向下调整到各个车道部件分别所需要的运行电压。

关于本发明的方法的优点以及关于本发明的方法的优选实施方式的优点，请参见上面结合本发明的系统的解释。

附图说明

下面，根据实施例对本发明作进一步的说明；其中附图中示例性地：

图1示出了现有技术的系统，

图2示出了带有母线电缆的本发明的系统的实施例，根据该系统还将示例性解释本发明的方法，

图3示出了用于按照图2的系统的母线电缆的实施例，以及

图4示出了带有回路电缆的本发明的系统的第二实施例。

在图1至4中为清楚起见为相同的或类似的部件采用了相同的参考标记。

具体实施方式

在图2中能够看出电气系统100，其可以被用于磁悬浮铁路线。系统100包括例如利用电压U1＝400V运行的供电网105。在供电网105上连接了变电站110。

变电站110具有变压器120，其将输入端一侧施加的电压U1变换到例如U2＝1kV的更高的电压U2。变压器120并且由此变电站110在输出端一侧与母线电缆130连接，在该母线电缆上连接了多个车道部件，图2中利用参考标记140和150标出了其中的两个。

母线电缆130的任务在于，为不同的分站的磁悬浮铁路线的车道部件提供辅助能量。

车道部件140和150可以是道岔控制器、通信装置、无线电装置，等等。下面，例如假定：车道部件140和150分别是开关站，它们与轨道一侧的磁悬浮铁路线的定子片段连接，并且为磁悬浮铁路保证车辆同步化的定子片段转换。

两个开关站140和150在输入端一侧分别具有降压装置200，它们例如配备有变压器210、特别是环形铁心变压器。该变压器210将输入端一侧施加的供电电压U2′(其除了母线电缆130上可能的电压降ΔU之外，等于变电站110的输出电压U2)变换到例如300V的较小的供电电压U3。相应地，变压器210例如是1kV/300V变压器。

变压器210的输出端与调整装置220连接，该调整装置属于降压装置200。例如，调整装置220可以是电压恒定调整电路(例如，带有或不带蓄电池的USV(不间断电源)、带有电源的电网变压器，逆变器，调节的变压器)，其具有例如110V至300V的尽可能宽的允许的输入电压范围。调整装置220在输出端一侧产生例如230V的相对恒定的运行电压U4。该运行电压U4由车道部件140和150的其它组成部分(为清楚起见在图2中没有详细示出)进一步处理。

例如，母线电缆130可以通过四芯电缆构成，如在图3中进一步示出的那样。该电缆130具有四个扇形导体310、315、320和325。其优选地被如下连接：分别平行地连接直径上相对的扇形导体。因此，在按照图3的例子中，导体310和320的电流直观地看流入到绘图平面中，而导体315和325的电流直观地看流出绘图平面。通过母线电缆130的该连接降低了导线的电感并且提高了导线的电容，从而减小了在该导线上的电压降，并且至少部分地补偿了变电站110的无功电流需求。

按照图2的系统可以如下地运行：

利用供电网105将例如400V的电压U1馈入到变电站110中。变电站110将输入端所施加的电压U1变换成例如1kV的更高的输出交流电压U2。

输出电压U2作为供电电压U2′到达变压器210，后者将该供电电压U2′变换为例如300V的减小的供电电压U3。调整装置220利用该较小的供电电压U3产生例如230V的相对恒定的运行电压U4。

在母线电缆130中具有极大的电流I的情况下，在母线电缆130上可能出现相对较大的电压降ΔU，从而供电电压U2′可能被显著的减小。即成立：

U2＝U2′+ΔU

在按照图2的系统中令人高兴的是这种电压降ΔU非常小，因为存在足够的“电压保留”。即使该电压降ΔU有输出电压U2的一半，按照图2的系统还可以继续工作；因为在这种情况下供电电压U2′还仍然有500V，这对于调整装置220的运行来说是足够了。也就是说，供电电压U2′＝500V在变压器210中变换成150V的减小的供电电压U3，该电压仍然在已经提到过的调整装置220的在110V和300V之间的允许的输入电压范围之内。

此外，母线电缆130的优点在于，通过在磁悬浮铁路的运行期间出现的各个激活的开关站在位置和时间上的进一步切换，总是只有极其少的在变电站110上所连接的开关站(耗电器)必须按照满功率被供电，而在其它开关站(耗电器)中对于基本负载的较小的功率就足够了。即，母线电缆130仅仅需要针对该负载而被优化。

最后，针对车道部件的配置要指出的是，它们应该尽可能吸收正弦形的输入电流(峰值因数(Crestfaktor)约为1.41)，从而在母线电缆130上的电压降保持为尽可能小。作为替换或者额外地，车道部件可以配备有主动PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)装置，以便优化峰值因数。同样，车道部件的无功功率需求应该尽可能地小。

图4中示出了本发明的系统的另一个实施例。与按照图2的实施例不同，在该系统中没有母线电缆130，而是有回路连接导线130′。具体地，将车道部件140、150和160在电气上设置成链。在此，中间的链环节150通过单独的电缆片段400与设置在前的链环节140连接，并且通过另一个单独的电缆片段410与设置在后的链环节160连接。两个电缆片段400和410通过回路连接420在链环节150之内或者之外相互电气连接。至少一个链环节(这里是链环节140)通过连接电缆430与变电站110电气连接。

当然在链环节160上还可以以相应的方式连接另一个链环节，如通过图4中在链环节160右边的点示意性表示的。

此外要指出的是，根据图2的车道部件140和150和根据图4的车道部件140、150和160可以不同地构造，并且例如产生并且处理不同的电压U3和U4。

参考标记清单

10、20      变电站

20          馈电导线

25、30、35  开关站

40          连接导线

100                系统

105                供电网

110                变电站

120                变压器

130                母线电缆

140、150、160      车道部件

200                降压装置

210                变压器

220                调整装置

310、315           扇形导体

320、325           扇形导体

400、410           电缆片段

420                回路连接

430                连接电缆

U1、U2、U2′、U3   电压

I                  电流

d                  距离

Claims (10)

1.一种带有轨道车道的至少两个有关车道的车道部件(140，150)和一个变电站(110)的系统(100)，该变电站与所述至少两个车道部件电气连接，并且用输出电压(U2)为它们提供电能，

其特征在于，

-如下地构造变电站：使得其在输出端一侧产生一个比所连接的车道部件运行所需要的运行电压(U4)更高的输出电压，并且

-所述车道部件分别被配备了降压装置(200)，所述降压装置(200)将由所述变电站所提供的供电电压(U2′)降到各个车道部件分别所需要的运行电压。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车道部件的降压装置分别具有调整装置(220)，该调整装置如下地调整在各个车道部件上所施加的供电电压的由负载引起的波动：使得对各个车道部件形成恒定、至少近似于恒定的驱动电压。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，如下地构造所述调整装置：使得该调整装置将在各个车道部件上所施加的供电电压的由负载引起的波动平衡在各个标称值的-50％和+20％之间的范围之内。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统被用于对磁悬浮铁路线的辅助供电。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述至少两个车道部件分别构成开关站(140，150)，该开关站与所述磁悬浮铁路线轨道一侧的定子片段连接，并且为磁悬浮铁路保证车辆同步化的定子片段转换。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述变电站与至少两个车道部件通过母线电缆(130)连接，每个车道部件被连接到该母线电缆上，而不电气地中断该母线电缆。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述母线电缆是单相的。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述车道部件被如下地链形电气设置：每个通过车道部件构造的链环节(140，150，160)通过单独的电缆片段(400，410)与分别设置在前的和分别设置在后的链环节连接，

-其中，至设置在后的链环节的电缆片段以及至设置在前的链环节的电缆片段通过回路连接(420)相互电气连接，并且

-其中，至少一个链环节通过连接电缆(430)与所述变电站连接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，至少一个车道部件的降压装置具有变压器(210)、特别是环形铁心变压器，和/或所述车道部件通过道岔控制器、通信装置或无线电装置构成。

10.一种用于为轨道车道的至少两个有关车道的车道部件(140，150)提供电能的方法，其中，所述车道部件由同一个变电站(110)用供电电压(U2)提供电能，

其特征在于，

-利用所述变电站在输出端一侧产生一个比所述车道部件运行所需要的运行电压(U4)更高的输出电压，并且

-在所述车道部件中分别利用降压装置(200)，将由所述变电站所提供的供电电压降低为各个车道部件分别所需要的运行电压。

Images