CN101524966A - 一种电力机车过电压抑制吸收系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力机车过电压抑制吸收系统，该系统包括过电压抑制吸收装置，与电力机车核心电气设备并行联接于电力机车高压互感器的次边绕组上，在电力机车过分相时，对机车操作过电压进行吸收，当机车过完分相区，对机车操作过电压进行抑制。本发明还公开了一种电力机车过电压抑制吸收装置，包括执行电路、抑制电路、吸收电路，所述抑制电路和所述吸收电路的一端分别通过所述执行电路接于电力机车高压互感器次边绕组的正极端，另一端接于电力机车高压互感器次边绕组的负极端，分别对机车操作过电压进行抑制或吸收。本发明能够很好地解决电力机车的操作过电压问题，保护机车设备、供电系统设备不受过电压影响，进一步提高铁路运输安全。

Description

一种电力机车过电压抑制吸收系统及装置

技术领域

本发明涉及机车过电压保护领域，特别是涉及一种电力机车过电压抑制吸收系统及装置。

背景技术

电力机车是从接触网上获取电能，由电动机驱动运行的机车，电力机车因其具有高效率、低污染等优点，在轨道交通领域被广泛采用，并代表了当代铁路运输的发展方向。我国电气化铁路采用的是单相工频交流制，其接触网额定电压为单相工频25kV交流电，经机车顶部的受电弓将电能引入机车，每台机车上装设有一套把交流电变换成直流电的整流装置，变压整流成直流电后供给牵引电动机。

机车在运行过程中，易产生过电压现象，过电压是指工频下交流电压均方根升高，超过额定值的10％，并且持续时间大于1分钟的长时间电压变动现象。在电力机车运行过程中，经常出现过电压现象，对机车电气设备和供电系统造成损害。

电力机车过电压分为内部(操作)过电压和外部(大气)过电压。外部过电压是在雷电放电时形成的，所以也称大气过电压。雷电有直接雷和间接雷之分。前者即雷电直接击在接触网上，雷电电压大大高于接触网绝缘水平，从而造成接触网绝缘子闪络或击穿；后者是雷电击在接触网附近，从而在接触网上产生的感应雷，其幅值一般不会高于接触网的绝缘水平。外部过电压的幅值是根据距接触网20km以外发生雷击时，在接触网上产生的感应雷来考虑的，根据计算，其值接近300kV。对于这种过电压，通常的保护措施为设置避雷器或放电间隙。

在单相工频交流牵引供电系统中，电力机车是由单相电供电的，为了平衡电力系统三相的复合，电气化铁道的接触网采用分段换相供电。为了防止相间短路，各相间用空气或绝缘物分割，称为电分相。国内接触网上每隔20km～25km就有一段长约30m的供电死区，当机车通过此区时称为过分相。当电力机车即将过分相时，机车要进行关闭辅助机组、断开主断路器操作，惯性通过无电区后再进行闭合主断路器操作。在闭合或断开主断路器时，供电系统内的工作状态突然改变，在电磁能量相互转换的过渡过程中会形成瞬间的高电压，这就是内部过电压，因为与系统的操作有关，所以也称操作过电压。

在电力机车运行中，频繁出现操作过电压使得机车设备、供电系统设备损坏的严重事故，造成重大的经济损失。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种电力机车过电压抑制吸收系统及装置，本发明能够较好地解决电力机车的操作过电压问题，保护机车设备、供电系统设备不受过电压影响，进一步提高铁路运输安全。

本发明提供了一种电力机车过电压抑制吸收系统，该系统包括电力机车高压互感器和电力机车核心电气设备，电力机车高压互感器将高压交流电转换为机车工作电压，为电力机车核心电气设备供电，该系统还包括：

过电压抑制吸收装置，与所述电力机车核心电气设备并行联接于所述电力机车高压互感器的次边绕组上，用于在电力机车过分相时，对机车操作过电压进行吸收；当机车过完分相区时，对机车操作过电压进行抑制。

其中，所述过电压抑制吸收装置包括执行电路、抑制电路、及吸收电路：

所述执行电路，用于根据电力机车操作信号，接通所述抑制电路或所述吸收电路；

所述抑制电路，用于在电力机车过完分相区时抑制操作过电压；

所述吸收电路，用于在电力机车过分相时吸收操作过电压。

其中，所述执行电路由两路可控制开关构成，所述两路可控制开关的公共端接于所述电力机车高压互感器的次边绕组正极端，一路与所述抑制电路相连，另一路与所述吸收电路相连。

其中，所述抑制电路由电阻和电容串联构成。

其中，所述吸收电路由电阻构成，所述电阻一端接于所述执行电路，另一端接到所述电力机车高压互感器的次边绕组负极端。

其中，所述抑制电路包括串联的电感和电容。

其中，所述吸收电路由电感和电阻串联构成。

本发明提供一种电力机车过电压抑制吸收装置，所述过电压抑制吸收装置包括执行电路、抑制电路、及吸收电路：

所述执行电路，用于根据电力机车操作信号，接通所述抑制电路或所述吸收电路；

所述抑制电路，用于抑制操作过电压；

所述吸收电路，用于吸收操作过电压。

其中，所述执行电路由两路可控制开关构成，可控制开关的公共端接于电力机车高压互感器的次边绕组正极端，一路与抑制电路相连，另一路与吸收电路相连。

其中，所述抑制电路由电阻和电容串联构成。

其中，所述吸收电路由电阻构成，所述电阻一端接于所述执行电路，另一端接到所述电力机车高压互感器的次边绕组负极端。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明在电力机车过电压抑制吸收系统中加设过电压抑制吸收装置，与电力机车核心电气设备并行联接于电力机车高压互感器的次边绕组上，在电力机车过分相时，对机车操作过电压进行吸收，当机车过完分相区时，对机车操作过电压进行抑制。相对于现有技术，采用避雷器或放电间隙对外部(大气)过电压进行保护作用，本发明在机车高压互感器的次边绕组侧加设了过电压抑制吸收装置，对电力机车过分相时产生的操作过电压进行有效的抑制吸收，保护机车核心电气设备安全运行。

本发明还能有效吸收受电弓升降操作残留在弓网的残压，对网压同步信号也有很好的滤波作用。

附图说明

图1为本发明提供的电力机车过电压抑制吸收系统结构图。

图2为本发明第一实施例提供的机车过电压抑制吸收装置电路示意图。

图3为本发明第二实施例提供的机车过电压抑制吸收装置电路示意图。

图4为本发明第三实施例提供的机车过电压抑制吸收装置电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见附图1，本发明所提供的电力机车过电压抑制吸收系统结构图，系统由电力机车高压互感器11、电力机车核心电气设备12、和过电压抑制吸收装置13构成。其中，过电压抑制吸收装置13与电力机车核心电气设备12并行联接于电力机车高压互感器11的次边绕组上，电力机车高压互感器11将高压交流电转换为机车工作电压，为电力机车核心电气设备12供电，过电压抑制吸收装置13在电力机车过分相时，对机车操作过电压进行吸收，当机车过完分相区时，对机车操作过电压进行抑制。

当电力机车过分相时，机车进行断开主断路器操作，供电系统内的工作状态突然改变，在电磁能量相互转换的过渡过程中会形成瞬间的高电压，使电力机车高压互感器11次边的输出电压升高，超出额定工作值，此时接通过电压抑制吸收装置13，使之与电力机车核心电气设备12并行联接于电力机车高压互感器11的次边绕组侧，吸收因操作产生的过电压，保护电力机车核心电气设备12；当电力机车过完分相区，机车进行闭合主断路器操作，此操作同样会形成瞬时高电压，使电力机车高压互感器11次边的输出电压超出额定值，此时，接通过电压抑制吸收装置13，抑制操作产生的过电压，降低过电压的幅值。

参见图2，为本发明第一实施例所提供的过电压抑制吸收装置的电路示意图。过电压抑制吸收装置13由执行电路131、抑制电路132、和吸收电路133组成。其中，执行电路131根据电力机车操作信号，判断接通抑制电路132或吸收电路133；抑制电路132抑制操作过电压，将操作过电压幅值降低；吸收电路133吸收操作过电压或残压。

在本实施例中，执行电路131由两路可控制开关K构成，K的公共端接于电力机车高压互感器11的次边绕组正极端；抑制电路132由电阻R1和电容C1构成，电阻R1接于可控制开关K的1通路，另一端与电容C1的正极端相连；吸收电路133由电阻R2构成，电阻R2接于可控制开关K的2通路，电阻R2的另一端与抑制电路132中的电容C1的负极端一同接到电力机车高压互感器11的次边绕组负极端。

当电力机车因操作产生过电压时，其产生的截流将在设备电感L₀中储藏有L₀I²/2的电磁能量，并在由L₀和C₀组成的回路上形成震荡。

在过电压抑制吸收电路中，依据能量守恒定理：

L₀I²/2＝C₀U²/2(1)

$U_{\max }=K_{1}I\sqrt{L_0/C_0}---\left(2\right)$

其中，K₁是电阻和涡流损耗作用下的电压幅值衰减系数；

其震荡频率为 $f=1/\left(2\mathrm{\π}\sqrt{L_0{C}_0}\right).$

根据以上两个公式，当可控制开关K打到2通路，接通抑制电路132后，电阻R1、电容C1串联电路与L₀、C₀并联在电力机车高压互感器11的次边绕组侧，此时，对于公式(2)，分母中的C₀变为(C₀+C₁)，使分母变大，随之U_max变小，即电压幅值降低，可见接入抑制电路132，可将真空断路器操作过电压幅值限制在允许范围内，并可大大降低过电压的震荡频率，减少了真空断路器的重燃几率。

当可控制开关打到1通路，接通吸收电路133时，电阻R2与L₀、C₀并联在电力机车高压互感器11的次边绕组侧，电阻R2能够吸收操作过电压产生的截流在设备电感L₀中储藏的电磁能量，防止在L₀和C₀组成的回路上形成震荡。

电力机车投入运行时，过电压抑制吸收装置13的执行电路131将可控制开关K打到2通路，接通抑制电路132，使之与电力机车核心电气设备12并行联接于电力机车高压互感器11的次边绕组侧，对机车操作产生的过电压进行抑制，通过改变机车主电路的工作状态，将振荡电路改为非振荡电路，从而抑制操作过电压，保护机车电气设备、供电系统安全。

在机车过分相(电力机车在运行时，由一个供电段供电，如A相，转到另一个供电段供电，如B相)通过无电区时，机车进行断开主断路器操作，供电系统内的工作状态突然改变，在电磁能量相互转换的过渡过程中会形成瞬间的高电压，使电力机车高压互感器11次边的输出电压升高，超出额定工作值，此时过电压抑制吸收装置13的执行电路131将可控制开关K打到2通路，将吸收电路133接入回路，使之与电力机车核心电气设备12并行联接于电力机车高压互感器11的次边绕组侧，根据阻容电路的吸收特性，吸收因操作产生的过电压，使得残留在电路中的过电压的残压有了释放途径，消除了机车电气设备和供电系统的安全隐患，保护电力机车核心电气设备12安全运行。

当电力机车过完分相区，机车进行闭合主断路器操作，此操作同样会形成瞬时高电压，使电力机车高压互感器11次边的输出电压超出额定值，此时，过电压抑制吸收装置13的执行电路131将可控制开关K打到1通路，将抑制电路132接入回路，使之与电力机车核心电气设备12并行联接于电力机车高压互感器11的次边绕组侧，抑制操作产生的过电压，降低过电压的幅值。

过电压抑制吸收装置13中，抑制电路132的主要作用在于增大电路的震荡阻尼，使得电路震荡快速消减，保护机车电气设备，因此也可通过其他功率相当的滤波器替代。

参见附图3，为本发明提供的第二实施例的电路示意图。第二实施例与第一实施例的区别在于，在抑制电路132中，用电感L1取代电阻R1，同样也可以实现抑制操作过电压的作用。

在本实施例中，执行电路131由两路可控制开关K构成，K的公共端接于电力机车高压互感器的次边绕组正极端；抑制电路132由电感L1和电容C1构成，电感L1接于可控制开关K的1通路，另一端与电容C1的正极端相连；吸收电路133由电阻R2构成，电阻R2接于可控制开关K的2通路，电阻R2的另一端与抑制电路132中的电容C1的负极端一同接到电力机车高压互感器11的次边绕组负极端。

过电压抑制吸收装置13中，吸收电路133的主要作用是消耗L₀-C₀震荡回路中的残余能量，也可以通过其他功率消耗器件来实现。

参见附图4，为本发明提供的第三实施例的电路示意图。第三实施例与第一实施例的区别在于，在吸收电路133中增加电感L2，与电阻R2串联于可控制开关K的2通路上，利用电感L2的感抗作用，可以在残压较大的情况下保护电阻R2不被击穿。

在本实施例中，执行电路131由两路可控制开关K构成，K的公共端接于电力机车高压互感器11的次边绕组正极端；抑制电路132由电阻R1和电容C1构成，电阻R1接于可控制开关K的1通路，另一端与电容C1的正极端相连；吸收电路133由电阻R2和电感L2构成，电阻R2的一端接于可控制开关K的2通路，另一端与电感L2相连，电感L2的另一端与抑制电路132中的电容C1的负极端一同接到电力机车高压互感器11的次边绕组负极端。

在本发明的实施例中，执行电路131通过两路可控制开关K来实现，在本发明的其他实施例中，也可通过继电器、接触器等可控器件来实现。

以上对本发明所提供的一种电力机车过电压抑制吸收装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1、一种电力机车过电压抑制吸收系统，该系统包括电力机车高压互感器和电力机车核心电气设备，电力机车高压互感器将高压交流电转换为机车工作电压，为电力机车核心电气设备供电，其特征在于，该系统还包括：

过电压抑制吸收装置，与所述电力机车核心电气设备并行联接于所述电力机车高压互感器的次边绕组上，用于在电力机车过分相时，对机车操作过电压进行吸收；当机车过完分相区时，对机车操作过电压进行抑制。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过电压抑制吸收装置包括执行电路、抑制电路、及吸收电路：

所述执行电路，用于根据电力机车操作信号，接通所述抑制电路或所述吸收电路；

所述抑制电路，用于在电力机车过完分相区时抑制操作过电压；

所述吸收电路，用于在电力机车过分相时吸收操作过电压。

3、根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述执行电路由两路可控制开关构成，所述两路可控制开关的公共端接于所述电力机车高压互感器的次边绕组正极端，一路与所述抑制电路相连，另一路与所述吸收电路相连。

4、根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述抑制电路由电阻和电容串联构成。

5、根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述吸收电路由电阻构成，所述电阻一端接于所述执行电路，另一端接到所述电力机车高压互感器的次边绕组负极端。

6、根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述抑制电路包括串联的电感和电容。

7、根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述吸收电路由电感和电阻串联构成。

8、一种电力机车过电压抑制吸收装置，其特征在于，所述过电压抑制吸收装置包括执行电路、抑制电路、及吸收电路：

所述执行电路，用于根据电力机车操作信号，接通所述抑制电路或所述吸收电路；

所述抑制电路，用于抑制操作过电压；

所述吸收电路，用于吸收操作过电压。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述执行电路由两路可控制开关构成，可控制开关的公共端接于电力机车高压互感器的次边绕组正极端，一路与抑制电路相连，另一路与吸收电路相连。

10、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述抑制电路由电阻和电容串联构成。

11、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述吸收电路由电阻构成，所述电阻一端接于所述执行电路，另一端接到所述电力机车高压互感器的次边绕组负极端。

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