CN101612894A - 电力机车受电弓熄弧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电力机车受电弓熄弧装置,其中,包括设置在受电弓上的滑板、电连接件和自动熄弧组件,在受电弓的弓头上设有相互绝缘的两块滑板,在受电弓滑板和主断路器之间串设有自动熄弧组件。本发明的电力机车受电弓熄弧装置因为司机减少了过分相点时繁杂的操作,具有灵活方便,机车速度和牵引力损失小的优点,从技术上解决浪涌电流和操作过电压的影响,更安全可靠、寿命长、投资少。

Description

电力机车受电弓熄弧装置
技术领域
本发明涉及到一种能使交流供电的电力机车、电动车组、城市轨道车、地铁机车在接触网相间自动运行的装置,特别是一种电力机车受电弓熄弧装置。
背景技术
电力运输系统中的接触网和机车的受电弓是在机车运行时向机车传输电能保证机车车辆正常运行的重要设备。使电力机车在交流供电中,实现自动过分相一直是人们追求的目标。
目前公知的技术是机车过分相点时,地面自动转换电分相装置,这种装置结构复杂,控制方式也很烦琐,抗干扰性能较差。
另一种方式是柱上式网上断载自动过电分相装置,例如,其中一种柱上式真空开关自动转换方案,由于必须有二次(低压)检测装置,通知真空开关控制系统,机车到来的位置运行速度的准确参数,加上真空开关本身的寿命低,又各种机车类型差异很大,其一次侧阻抗,及高压过渡参数均不一致,所以故障率较高。又如中国专利第03215288.4号公开的一种“半波熄弧的电分相装置”,就属于上述的柱上式过电分相装置。电力机车在自动过电分相时,由牵引变电所、接触网、自动转换电分相装置、电力机车、钢轨等组成一个完整的封闭回路。这个封闭回路从源头牵引变电所到电力机车都呈现很大的电抗性,而且参数也很复杂,因此在这个封闭回路当中任何一个参数的变化都会产生过渡效应,尤其是对电力机车供电的电分相在自动切换过程当中,由于功率大、速度快,所引起的过渡效应很严重,过电压涌流问题十分突出。柱上式网上断载自动过电分相装置在换相加电过程中,涌流限制是一个待研究的问题。另外柱上式网上断载自动过电分相装置只能满足机车速度100km/h的运行要求,不适应高速电气化铁路的要求。上述两种方式都存在一个共同的问题,即,无法消除机车进入分相点时浪涌电流的影响。
再一种方式是车上式过电分相自动转换装置,这种装置需要在枕轨上埋设磁性感应器对分相区进行定位取信号,定位方式复杂。车上加装感应接受器和控制装置,分断机车主断路器,达到自动过分相的目的。其实这种方法只是替代了人工操作,而且存在断电区较长,机车速度损失和牵引力损失较大的问题,特别是机车在长大坡道上运行时,损失更加明显,因此这种方式并非真正实现了自动过分相的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力机车受电弓熄弧装置,在通过A、B分相点时,实现电力机车自动过分相点,克服由于受电弓和接触网因离线而产生的电弧造成弓线之间严重的异常电磨损,甚至烧熔接触网导线的问题。
为此,本发明提出了一种电力机车受电弓熄弧装置,其中,包括设置在受电弓上的滑板、电连接件和自动熄弧组件,在受电弓的弓头上设有相互绝缘的两块滑板,在受电弓滑板和主断路器之间串设有自动熄弧组件。
如上所述的电力机车受电弓熄弧装置,其中,上述两块滑板为并列设置,安装在绝缘支架上。
如上所述的电力机车受电弓熄弧装置,其中,上述两块滑板为铝包碳弓头滑板,铝材选用耐磨可自润滑的铝材。
如上所述的电力机车受电弓熄弧装置,其中,电连接件包括车顶导电杆、连接导线和母线排,两条滑板分别用连接导线引出,其中,一个滑板通过导线与受电弓上框架相连接,再通过导线与自动熄弧组件相连接;另一个滑板通过连接导线与设置在平衡杆上的接线板相连,该接线板的另一端连接一连接导线,连接导线连接车顶导电杆,通过母线排接入自动熄弧组件。
如上所述的电力机车受电弓熄弧装置,其中,所述平衡杆由中间导电杆和端部绝缘杆组合构成,其中,两绝缘杆分别设置在中间导电杆的两头,通过固定连接套将中间导电杆的两端分别与两个绝缘杆固定连接;所述接线板设置在平衡杆的导电杆上。
如上所述的电力机车受电弓熄弧装置,其中,所述自动熄弧组件由硅堆元件构成,硅堆元件上压装有由铜板焊接而成的散热器。
如上所述的电力机车受电弓熄弧装置,其中,所述自动熄弧组件设有两组,每组由六个硅堆元件串接而成,自动熄弧组件组装后安装在由绝缘板制成的的绝缘支架上。
如上所述的电力机车受电弓熄弧装置,其中,所述熄弧组件的主要参数为额定工作电流:200A;工作电压:27.5KV;允许通过电流2800A;允许通过最大冲击电流:28000A;工作方式:连续。
如上所述的电力机车受电弓熄弧装置,其中,所述散热器采用铜板焊接结构,每个硅元件上下都压装有铜板焊接成的散热器。
如上所述的电力机车受电弓熄弧装置,其中,在所述自动熄弧组件两侧上还装有放电间隙,放电间隙由电阻率较高的金属材料制成。
如上所述的电力机车受电弓熄弧装置,其中,放电间隙的一端连接自动熄弧组件的输入端子,另一端接自动熄弧组件的输出端子。
本发明的电力机车受电弓熄弧装置与现有技术相比具备的优点和特点是:
本发明的电力机车受电弓熄弧装置具备在弓网之间产生电弧时,由于为半波过零,可以确保在0.01秒内熄灭弓网间电弧的能力。机车在不断开主断路器的情况下,安全通过分相点。和现有的自动过电分相差别在于取消了容易产生故障的二次探测,是真正意义上的自动过电分相,更安全可靠、寿命长、投资少。在机车通过A、B相分相点时无需任何操作,就可安全通过。弓网间出现大离线时能限制电弧的持续时间在0.01秒内,有效地熄灭电弧,可以减少弓网间的电磨损,解决烧熔接触网导线的问题。本发明的电力机车受电弓熄弧装置因为司机减少了过分相点时繁杂的操作,具有灵活方便,机车速度和牵引力损失小的优点,从技术上解决浪涌电流和操作过电压的影响。
附图说明
图1为本发明的电力机车受电弓熄弧装置主视结构示意图;
图2为本发明的电力机车受电弓熄弧装置俯视结构示意图;
图3A、图3B为本发明的电力机车受电弓熄弧装置受电弓弓头局部示意图,其中图3A为主视示意图,图3B为俯视示意图;
图3C、3D为本发明的电力机车受电弓熄弧装置受电弓电连接结构示意图,其中图3C为受电弓的滑板与受电弓上框架和平衡杆的电连接示意图,图3D为平衡杆的电绝缘结构的示意图;
图4为本发明的电力机车受电弓熄弧装置电路原理示意图;
图5为本发明的电力机车受电弓熄弧装置自动熄弧组件俯视示意图;
图6A、图6B、图6C、图6D为自动熄弧组件的具有散热器的硅堆元件结构示意图,以及散热器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的本发明具体实施方式,进一步说明本发明要解决的技术问题、技术效果和技术解决方案的技术特征。
本发明的电力机车受电弓熄弧装置的基本原理是:将单相电网的交流电通过受电弓的彼此绝缘的两块滑板2、3经连接导线引入到由硅堆元件组成的熄弧装置中,利用交流电每半周过零点的特点,延长过零时间,利用半波熄弧原理,使电弧隙中的能量和介质恢复,达到熄弧的目的。
请首先参见图1和2,其分别为本发明的电力机车受电弓熄弧装置的主视和俯视结构示意图。本发明的电力机车受电弓熄弧装置包括设置在受电弓1上的滑板2和3、电连接件和自动熄弧组件10,设置在受电弓1的弓头上的两块滑板2和3相互绝缘。在受电弓滑板2和3与主断路器13之间串设有自动熄弧组件10。
请参见图2、3A和3B,上述两块滑板2和3并列设置,采用铝包碳结构,为铝包碳弓头滑板,铝材选用公知的具有耐磨可自润滑特性的铝材,受电弓弓头的两块滑板2和3之间,沿滑板长度方向设有四块强度较高的支撑绝缘板17、171,在图3B中表示出一半滑板2、3上设置的两块绝缘板17、171,另一半与其对称。其中,设置在滑板2、3外侧的绝缘板17的宽度大于设置在内侧的绝缘板171的宽度,在位于滑板2、3两外侧的绝缘板17上连接有弹簧箱21。
请同时参见图3C、3D,其为本发明的电力机车受电弓熄弧装置受电弓电连接结构示意图。首先说明滑板2,在滑板2上设有一连接端子27,一导线25连接该连接端子27,导线25的另一端连接到接线板28上,接线板28设在受电弓上框架4的调节杆上,通过受电弓上框架4(本身为导电的)与连接导线8电连接。现说明滑板3的电连接结构,由图3C可见,在滑板3上设有另一连接端子29,一软导线26与之连接,软导线26可为软编织线。软导线26的另一端连接到平衡杆5上设置的接线板50上。
请见图3D,其为平衡杆5的电绝缘结构的示意图。所述平衡杆5的总体结构与现有技术一致,改变的将平衡杆5分段设置了绝缘杆,具体是:受电弓的平衡杆5与上框架4之间为导电连接(此为公知的技术),在本发明中,为使滑板3与受电弓上框架4之间绝缘,所述平衡杆5由中间导电杆和端部绝缘杆组合构成,其中,平衡杆5的中部为中间导电杆51,两绝缘杆54分别设置在中间导电杆51的两头。如图所示,通过固定连接套55将中间导电杆51的两端分别与两个绝缘杆54固定连接,从而确保了中间导电杆51与整个受电弓的绝缘。在本实施例中,所述中间导电杆51和两绝缘杆54之间采用钢套固定连接。接线板50设置在平衡杆5的中间导电杆51的一端,另一接线板52设在中间导电杆51的另一端,通过导线(未示出)连接接线板52和导电杆7。从而实现滑板2、3的相互绝缘。
电连接件包括车顶导电杆7、连接导线8和母线排9。导电杆7、连接导线8由绝缘支架22支撑。连接导线8可采用软性机车电缆。导电杆7通过母线排9接入自动熄弧组件10,连接导线8直接接入自动熄弧组件10。母线排9和连接导线8与自动熄弧组件10的连接关系将在下面进行详细描述。
图4为本发明的电力机车受电弓熄弧装置电路原理示意图,清楚地表示了其电连接关系,其中,标号TM为负载的一次线圈。下面请参见图5以及图6A、图6B、图6C、图6D,其中,图5为本发明的电力机车受电弓熄弧装置自动熄弧组件10的俯视示意图。图6A、图6B、图6C为图5中自动熄弧组件的硅堆元件散热器的主视、俯视及侧视示意图。图6D为具有散热器的硅堆元件结构示意图。本发明的自动熄弧组件10包括硅堆元件15,在本实施例中设有两组,每组由六个硅堆元件15串接而成,所述两组硅堆元件的极性相反。所述的硅堆元件的个数和组数并不限于此,只要能够实现自动熄弧功能即可。所述自动熄弧组件10组装后安装在由绝缘板材制成的绝缘支架上,在本实施例中,用两个支持绝缘子11撑起(如图1、2所示),例如,绝缘子11采用360mm高的电力机车电磁绝缘子。每个硅堆元件15压装在由铜板焊接而成的散热器14上。所述自动熄弧组件的主要参数:额定工作电流200A;工作电压:27.5KV;允许通过电流2800A;允许通过最大冲击电流:28000A;工作方式:连续。
请见图6A、图6B、图6C,其为自动熄弧组件的硅堆元件散热器结构示意图。所述硅堆元件15的散热器14采用铜板焊接结构,散热系数大,可保证硅堆元件15的正常工作。每个硅堆元件上下都压装有铜板焊接成的散热器14,在每个散热器14两端设有连接孔20,上下散热器14用紧固件套装绝缘套管紧固,用导电条将其串接并固定。散热器14本身也为硅堆元件15的电连接件。
请见图5,自动熄弧组件10具有位于一端的输入端子18,输入端子18有两个,分别电连接滑板2和3,请配合参见图1,在本实施方式中,所述一个输入端子18通过母线排9与滑板3相连接,另一个输入端18连接导线8与滑板2相连接。在所述自动熄弧组件10的另一端具有输出端子19,该输出端子19通过连接导线12与主断路器13连接。
如图1和图4所示,在自动熄弧组件10的两侧还装有放电间隙16,放电间隙16由电阻率较高的金属材料制成,如可由铸铁材料制成。放电间隙16的一端连接自动熄弧组件10的输入端子,另一端连接自动熄弧组件10的输出端子。利用硅堆元件15和相互绝缘分开的弓头滑板2和3,使受电弓具有断开电源负荷的能力。
本发明的工作原理是:当电力机车、电动车组、城市轨道车或地铁机车通过A、B分相点时,滑板2和3分别接触到接触网的A、B相,利用由半导体硅堆组成的熄弧装置,采用半波熄弧的方法,延长交流电流过零点的时间,熄灭弓网间产生的电弧。实现电力机车自动过分相点,克服了由于受电弓和接触网因离线而产生的电弧造成弓线之间严重的异常电磨损,甚至烧熔接触网导线的问题。
本发明的电力机车受电弓熄弧装置使机车能够安全的通过分相点,与公知技术相比大大减小了机车速度和牵引力损失,解决了浪涌电流和操作过电压的影响。本发明的电力机车受电弓熄弧装置是实现电力机车在接触网A、B相间自动运行、解决机车自动过分相的理想设备,首先,自动熄弧装置能够有效地熄灭电力机车集电器上的弓网间电弧;其次,保证了机车在不断开主断路器的情况下,安全通过分相点。
以上所述为本发明的具体实施例及应用部位,不能以其限定本实用新型实施的范围。故其等同组件的放大,缩小,置换,或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改,均仍然属于本发明权利要求书涵盖之范围。

Claims (11)

1、一种电力机车受电弓熄弧装置,其特征在于:包括设置在受电弓上的滑板、电连接件和自动熄弧组件,在受电弓的弓头上设有相互绝缘的两块滑板,在受电弓滑板和主断路器之间串设有自动熄弧组件。
2、如权利要求1所述的电力机车受电弓熄弧装置,其特征在于:上述两块滑板为并列设置,安装在绝缘支架上。
3、如权利要求2所述的电力机车受电弓熄弧装置,其特征在于:上述两块滑板为铝包碳弓头滑板,铝材选用耐磨可自润滑的铝材。
4、如权利要求1所述的电力机车受电弓熄弧装置,其特征在于:电连接件包括车顶导电杆、连接导线和母线排,两条滑板分别用连接导线引出,其中,一个滑板通过导线与受电弓上框架相连接,再通过导线与自动熄弧组件相连接;另一个滑板通过连接导线与设置在平衡杆上的接线板相连,该接线板的另一端连接一连接导线,连接导线连接车顶导电杆,通过母线排接入自动熄弧组件。
5、如权利要求4所述的电力机车受电弓熄弧装置,其特征在于:所述平衡杆由中间导电杆和端部绝缘杆组合构成,其中,两绝缘杆分别设置在中间导电杆的两头,通过固定连接套将中间导电杆的两端分别与两个绝缘杆固定连接;所述接线板设置在平衡杆的导电杆上。
6、如权利要求1所述的电力机车受电弓熄弧装置,其特征在于:所述自动熄弧组件由硅堆元件构成,硅堆元件上压装有由铜板焊接而成的散热器。
7、如权利要求6所述的电力机车受电弓熄弧装置,其特征在于:所述自动熄弧组件设有两组,每组由六个硅堆元件串接而成,自动熄弧组件组装后安装在由绝缘板制成的的绝缘支架上。
8、如权利要求7所述的电力机车受电弓熄弧装置,其特征在于:所述熄弧组件的主要参数为额定工作电流:200A;工作电压:27.5KV;允许通过电流2800A;允许通过最大冲击电流:28000A;工作方式:连续。
9、如权利要求6所述的电力机车受电弓熄弧装置,其特征在于:所述散热器采用铜板焊接结构,每个硅元件上下都压装有铜板焊接成的散热器。
10、如权利要求1所述的电力机车受电弓熄弧装置,其特征在于:在所述自动熄弧组件两侧上还装有放电间隙,放电间隙由电阻率较高的金属材料制成。
11、如权利要求10所述的电力机车受电弓熄弧装置,其特征在于:放电间隙的一端连接自动熄弧组件的输入端子,另一端接自动熄弧组件的输出端子。
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