CN102729841A

CN102729841A - 供电臂布线系统和锚段关节式分相系统

Info

Publication number: CN102729841A
Application number: CN2012102276958A
Authority: CN
Inventors: 何多昌; 张志学; 罗文广; 章志兵; 赵纯民; 陈志博; 孙璐
Original assignee: CSR Zhuzou Institute Co Ltd
Current assignee: CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: CN102729841B

Abstract

本发明公开了一种供电臂布线系统和锚段关节式分相系统，所述供电臂布线系统和锚段关节式分相系统在异相供电模式下的电分相区设置了多个中性段供电臂，这些中性段供电臂分别和第一供电馈线连接；在同相供电模式下，所述多个中性段供电臂中通电，以保证电力机车过电分相区时的不断电供电；在同相供电系统不能正常使用时，通过断开多个中性段供电臂与所述第一供电馈线的连接，实现电分相区的断电，保证了异相供电模式下异相供电臂之间足够的电气隔离，并将异相电流分别输入第一供电馈线和第二供电馈线，实现了同相供电模式到异相供电模式的快速切换，进而有效保证了电力机车的正常运行。

Description

供电臂布线系统和锚段关节式分相系统

技术领域

本发明涉及电气化铁路牵引网供电领域，更具体的说，是涉及一种供电臂布线系统和锚段关节式分相系统。

背景技术

电气化铁路的电力机车因具有运量大、速度快等运输特点，目前已成为世界上运输行业的主流。电力机车的供电方式为单相供电，因此在为其供电时，必须将从高电压等级的三相供电系统中获取的电能经过牵引变压器转换为单相电能供给电力机车使用。

现有技术中，采用器件式分相系统或锚段关节式分相系统来实现电力机车的实际供电工作。器件式分相系统即将被淘汰；锚段关节式分相系统包括牵引供电网和供电臂布线系统，供电臂布线系统从牵引供电网获取电能，传输给电力机车使用。通常情况下，锚段关节式分相系统采用三相分段轮换相序供电，即异相供电的供电方式为电力机车进行供电。而采用异相供电的供电方式，由于供电臂布线系统中不同的供电臂之间的电压幅值和相位存在差异，不能直接连接起来，这样就必然导致不同供电臂之间存在一段无电区间，即电分相区，以保证不同相供电臂之间的电气隔离；可参见图1，图1为现有技术电力机车异相供电模式的供电原理示意图；电分相区的布线架构称为电分相布线架构，电分相布线架构两侧分别为第一布线架构（α1区）和第二布线架构（β1区），所述第一布线架构和第二布线架构中的供电臂分别与牵引供电网的第一供电馈线和第二供电馈线连接，所述第一供电馈线和所述第二供电馈线中为不同相的电流。当电力机车通过电分相区（无电区间）时，必须断开主断路器依靠电力机车的惯性降速运行通过，而这种方式不仅很大程度的影响了电力机车的运行速度，而且可能导致重载列车过电分相区后坡停甚至直接掉入无电区等重大运行事故。

为了在电力机车过电分相区时能够对其进行不断电供电，可以采用同相供电的方式对电力机车进行供电。但是，发明人在实施该发明的过程中发现，采用同相供电的供电方式，一旦同相供电系统不能正常使用，整个牵引供电网就会停止工作，反而导致电力机车无法正常运行的范围扩大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种供电臂布线系统和锚段关节式分相系统，能够在同相供电系统不能正常使用时，切换至异相供电模式为电力机车供电，解决了现有技术中无法有效保证电力机车同相供电模式异常条件下的正常运行的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种供电臂布线系统，包括多个由第一供电臂形成的第一布线架构、多个由第二供电臂形成的第二布线架构和多个电分相布线架构，所述每一个电分相布线架构位于交替设置的第一布线架构和第二布线架构之间，所述电分相布线架构由多个分别由一个中性段供电臂形成的子布线架构组成，其中，不同布线架构中的供电臂之间无连接；

所述第一供电臂、所述第二供电臂和所述不同中性段供电臂在其布线架构中分别与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合；

在所述第一布线架构中，所述第一供电臂通过第一开关与牵引供电网的第一供电馈线连接；在所述第二布线架构，所述第二供电臂通过第一连接开关与所述第一供电馈线连接，并通过第二开关与牵引供电网的第二供电馈线连接，在所述子布线架构中，所述中性段供电臂通过中性段开关与所述第一供电馈线连接；

在相邻布线架构的交接处，相邻布线架构中的供电臂同时与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合；

在相邻子布线架构的交接处，相邻子布线架构中的供电臂同时与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合；

所述牵引供电网工作于同相供电模式时，所述第一开关、所述第一连接开关和多个中性段开关闭合，所述第二开关断开；

所述牵引供电网工作于异相供电模式时，所述第一开关和所述第二开关闭合，所述第一连接开关和多个中性段开关断开。

可选的，所述电分相布线架构包括由两个中性段供电臂形成的两个子布线架构。

可选的，所述相邻布线架构的交接处和所述相邻子布线架构的交接处，两个供电臂同时与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合长度为50米。

可选的，所述第一开关、所述第一连接开关、所述第二开关和多个中性段开关为断路器。

一种锚段关节式分相系统，包括牵引供电网和供电臂布线系统；

所述牵引供电网包括供电系统、第一供电馈线和第二供电馈线，所述第一供电馈线和所述第二供电馈线分别与供电系统连接，用于传输所述供电系统的电能，所述供电系统能够工作于同相供电模式和异相供电模式；

所述供电臂布线系统包括多个由第一供电臂形成的第一布线架构、多个由第二供电臂形成的第二布线架构和多个电分相布线架构，所述每一个电分相布线架构位于交替设置的第一布线架构和第二布线架构之间，所述电分相布线架构由多个分别由一个中性段供电臂形成的子布线架构组成，其中，不同布线架构中的供电臂之间无连接；

在所述第一布线架构中，所述第一供电臂通过第一开关所述第一供电馈线连接；在所述第二布线架构和电分相布线架构中，所述第二供电臂通过第一连接开关与所述第一供电馈线连接，并通过第二开关与所述第二供电馈线连接，在所述子布线架构中，所述中性段供电臂通过中性段开关与所述第一供电馈线连接；

所述供电系统工作于同相供电模式时，所述第一开关、所述第一连接开关和多个中性段开关闭合，所述第二开关断开；

所述供电系统工作于异相供电模式时，所述第一开关和所述第二开关闭合，所述第一连接开关和多个中性段开关断开。

可选的，所述电分相布线系统包括由两个中性段供电臂形成的两个子布线架构。

可选的，还包括与所述牵引供电网以及所述供电臂布线系统连接的控制系统，用于在供电系统为同相供电模式的情况下，当接收到将同相供电模式转换为异相供电模式的命令时，控制所述第一连接开关和多个中性段开关断开，并控制所述第一开关和所述第二开关闭合，切换至异相供电模式；

在供电系统为异相供电模式的情况下，当接收到将异相供电模式转换为同相供电模式的命令时，控制所述第二开关断开，并控制所述第一开关、所述第一连接开关及多个中性段开关闭合，切换为同相供电模式。

可选的，所述供电系统包括同相供电系统和异相供电系统。

其中，在供电系统为同相供电模式的情况下，所述同相供电系统用于将所述第二供电馈线中传输的电能转换为与所述第一供电馈线中传输的电能同相的电能，并将转换后的电能传输至所述第一供电馈线。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例公开了一种供电臂布线系统和锚段关节式分相系统，所述供电臂布线系统和锚段关节式分相系统在异相供电模式下的电分相区设置了多个中性段供电臂，这些中性段供电臂分别通过开关和第一供电馈线连接；在同相供电模式下，所述多个中性段供电臂中通电，以保证电力机车过电分相区时的不断电供电；在同相供电系统不能正常使用时，通过断开多个中性段供电臂与所述第一供电馈线的连接，实现电分相区的断电，保证了异相供电模式下异相供电臂之间足够的电气隔离，并将异相电流分别输入第一供电馈线和第二供电馈线，采用异相电为电力机车运行提供动力，实现了同相供电模式到异相供电模式的快速切换，进而有效保证了电力机车的正常运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术电力机车异相供电模式的供电示意图；

图2为本发明实施例公开的供电臂布线系统示意图；

图3为本发明实施例公开的锚段关节式分相系统供电示意图；

图4为本发明实施例公开的另一个锚段关节式分相系统的供电示意图；

图5为本发明实施例公开的同相供电模式切换到异相供电模式的流程图；

图6为本发明实施例公开的异相供电模式切换到同相供电模式的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图2为本发明实施例公开的供电臂布线系统示意图，参见图2所示，所述供电臂布线系统可以包括多个由第一供电臂形成的第一布线架构、多个由第二供电臂形成的第二布线架构和多个电分相布线架构，所述每一个电分相布线架构位于交替设置的第一布线架构和第二布线架构之间，所述电分相布线架构由多个分别由一个中性段供电臂形成的子布线架构（图2中以两个子布线架构为例）组成，其中，不同布线架构中的供电臂之间无连接；

其中，所述电分相布线架构中包括的中性段供电臂个数不固定，只要能够保证异相供电模式下所述第一供电臂和所述第二供电臂之间足够的电气隔离即可；中性段供电臂可以设置为一个、两个或两个以上，都可以完成本发明方案，但采用一个中性段供电臂，在所述第一供电臂和所述第二供电臂中输入的为异相电流时，可能导致拉弧烧网事件的发生，而设置两个以上的中性段供电臂使得结构复杂化，同时也增加了施工成本；因此，本实施例中，所述电分相布线架构中优选的可以包括由两个中性段供电臂形成的两个子布线架构；

需要说明的是，本发明实施例中每一个布线架构的长度可以根据现场的实际情况来确定，本领域技术人员能够根据本发明构思及已有经验合理的安排不同布线架构的长度；例如，第一布线架构和第二布线架构的长度为300米，电分相布线架构长度为200米；

所述第一供电臂、所述第二供电臂和所述不同中性段供电臂在其布线架构中分别与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合；在不同的布线架构中，不同的供电臂与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合，电力机车在经过不同的布线架构时，其受电弓滑板与布线架构中的供电臂接触，如果与受电弓滑板接触的供电臂通电，就会给电力机车供电，为其运行提供动力；

在所述第一布线架构中，所述第一供电臂通过第一开关与牵引供电网的第一供电馈线连接；在所述第二布线架构和电分相布线架构中，所述第二供电臂通过第一连接开关与所述第一供电馈线连接，并通过第二开关与牵引供电网的第二供电馈线连接，在所述子布线架构中，所述中性段供电臂通过中性段开关与所述第一供电馈线连接；

其中，所述第一开关、所述第一连接开关、所述第二开关和多个中性段开关可以为断路器；所述断路器一方面可以提供相应线路的过电流保护，一方面可以通过控制器实现不同线路的切断和闭合；

本发明实施例中，牵引供电网引出的供电馈线有两根，分别为第一供电馈线和第二供电馈线，各个供电臂通过与所述第一供电馈线或所述第二供电馈线的连接获取电能；在供电馈线和供电臂之间设置上开关，可以通过对开关闭合或断开状态的控制间接控制为电力机车供电的供电臂；

在相邻布线架构的交接处，相邻布线架构中的供电臂同时与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合；在相邻子布线架构的交接处，相邻子布线架构中的供电臂同时与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合；

所述相邻布线架构的交接处和所述相邻子布线架构的交接处，两个供电臂同时与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合长度可以为50米，当然，长度值不固定，也可以设置为60米或70米，相邻两个布线架构中不同的供电臂在有一定长度的交接处中也没有连接，为了保证不同供电臂之间的绝缘，在交接处，不同供电臂之间也应保证一定的距离；

在每一个布线架构或子布线架构中，除了相邻布线架构的交接处和相邻子布线架构的交接处外，只有一根供电臂，供电臂只在其布线架构中设置，当一个布线架构中的供电臂在进入与所述布线架构相邻的布线架构区时，被锚段拉起，从而脱离电力机车的受电弓滑板的移动平面；

所述牵引供电网工作于异相供电模式时，所述第一开关和所述第二开关闭合，所述第一连接开关和多个中性段开关断开；

由于所有的供电臂连接的都是所述第一供电馈线或所述第二供电馈线，因此，如果所述第一供电臂、所述第二供电臂和多个中性段供电臂连接的都是所述第一供电馈线，那么电力机车的供电模式就为同相供电模式；如果所述第一供电臂连接的是所述第一供电馈线，所述第二供电臂连接的是所述第二供电馈线，且多个中性段供电臂都不通电，那么电力机车的供电模式就为异相供电模式，需要强调的是，当采用异相供电模式时，为了保证具有不同相电流的第一供电臂和第二供电臂之间足够的电气隔离，必须将所有与中性段供电臂连接的开关断开，以使得所述电分相布线架构区处于无电状态。

本实施例中，所述供电臂布线系统在异相供电模式下的电分相区设置了多个中性段供电臂，这些中性段供电臂分别通过开关和第一供电馈线连接；在同相供电模式下，所述多个中性段供电臂中通电，以保证电力机车过电分相区时的不断电供电；在同相供电系统不能正常使用的情况下，通过断开多个中性段供电臂与所述第一供电馈线的连接，实现电分相区的断电，保证了异相供电模式下异相供电臂之间足够的电气隔离，并将异相电流分别输入第一供电馈线和第二供电馈线，实现了同相供电模式到异相供电模式的快速切换，进而有效保证了电力机车的正常运行。

实施例二

图3为本发明实施例公开的锚段关节式分相系统供电示意图，参见图3所示，所述锚段关节式分相系统可以包括牵引供电网和供电臂布线系统；

所述供电臂布线架构可以包括多个由第一供电臂形成的第一布线架构、多个由第二供电臂形成的第二布线架构和多个电分相布线架构，所述每一个电分相布线架构位于交替设置的第一布线架构和第二布线架构之间，所述电分相布线架构由多个分别由一个中性段供电臂形成的子布线架构（图3中以两个子布线架构为例）组成，其中，不同布线架构中的供电臂之间无连接；

其中，所述电分相布线架构中包括的中性段供电臂个数不固定，只要能够保证异相供电模式下所述第一供电臂和所述第二供电臂之间足够的电气隔离即可；

其中，所述第一开关、所述第一连接开关、所述第二开关、多个中性段开关和所述馈线开关可以为断路器；所述断路器一方面可以提供相应线路的过电流保护，一方面可以通过控制器实现不同线路的切断和闭合；

所述相邻布线架构的交接处和所述相邻子布线架构的交接处，两个供电臂同时与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合长度为50米，当然，长度值不固定，也可以设置为60米或70米，相邻两个布线架构中不同的供电臂在有一定长度的交接处中也没有连接，为了保证不同供电臂之间的绝缘，在交接处，不同供电臂之间也应保证一定的距离；

所述供电系统工作于异相供电模式时，所述第一开关和所述第二开关闭合，所述第一连接开关和多个中性段开关断开；

同相供电模式和异相供电模式的切换，可以通过控制各个开关的断开和/或闭合来控制；

由于所有的供电臂连接的都是所述第一供电馈线或所述第二供电馈线，因此，如果所述第一供电臂、所述第二供电臂和多个中性段供电臂连接的都是所述第一供电馈线，那么电力机车的供电模式就为同相供电模式；如果第一供电臂连接的是所述第一供电馈线，所述第二供电臂连接的是所述第二供电馈线，且多个中性段供电臂都不通电，那么电力机车的供电模式就为异相供电模式，需要强调的是，当采用异相供电模式时，为了保证具有不同相电流的第一供电臂和第二供电臂之间足够的电气隔离，必须将所有与中性段供电臂连接的开关断开，以使得所述电分相布线架构区处于无电状态。

本实施例中，所述锚段关节式分相系统在不改变原有供电馈线负载的基础上，在原有供电系统中加入了同相供电系统，并在异相供电模式下的电分相区设置了多个中性段供电臂，这些中性段供电臂分别通过开关和第一供电馈线连接；在同相供电模式下，所述多个中性段供电臂中通电，以保证电力机车过电分相区时的不断电供电；在同相供电系统不能正常使用的情况下，通过断开所述多个中性段供电臂与所述第一供电馈线的连接，实现电分相区的断电，保证了异相供电模式下不同相供电臂之间足够的电气隔离，并将异相电流分别输入第一供电馈线和第二供电馈线，实现了同相供电模式到异相供电模式的快速切换，进而有效保证了电力机车的正常运行。

实施例三

图4为本发明实施例公开的另一个锚段关节式分相系统的供电示意图，参见图4所示，所述锚段关节式分相系统包括牵引供电网、供电臂布线系统和与所述供电臂布线系统连接的控制系统；

所述供电系统包括同相供电系统和异相供电系统；在供电系统为同相供电模式的情况下，由于电力机车运行所需电能都由所述第一供电馈线提供，为了保证三相供电系统的负载平衡，所述同相供电系统用于将所述第二供电馈线中传输的电能转换为与所述第一供电馈线中传输的电能同相的电能，并将转换后的电能传输至所述第一供电馈线；

在所述第一布线架构中，所述第一供电臂通过第一开关所述第一供电馈线连接；在所述第二布线架构和电分相布线架构中，所述第二供电臂通过第一连接开关与所述第一供电馈线连接，并通过第二开关与所述第二供电馈线连接，所述中性段供电臂通过中性段开关与所述第一供电馈线连接；

所述控制系统用于在供电系统为同相供电模式的情况下，当接收到将同相供电模式转换为异相供电模式的命令时，控制所述第一连接开关和多个中性段开关断开，并控制所述第一开关和所述第二开关闭合，切换至异相供电模式；

同时，本发明实施例还公开了一种供电模式的切换方法，本发明实施例公开的供电模式的切换方法应用于上述锚段关节式分相系统中。图5为本发明实施例公开的同相供电模式切换到异相供电模式的流程图，参见图5所示，在电力机车的供电工作中，将同相供电模式切换为异相供电模式的方法包括：

步骤501：触发所述第一连接开关和多个中性段开关断开；

由于同相供电模式能够保证电力机车在轨道上运行时的不断电供电，因此通常情况下，可以采用同相供电模式为电力机车供电；在同相供电系统不能正常使用的情况下，再将同相供电模式切换到异相供电模式；切换到异相供电模式前，为了保证第一供电臂和第二供电臂之间的电气隔离，需要将电分相布线架构中的所有中性段供电臂断电，即将所有与中性段供电臂连接的中性段开关断开；

步骤502：触发所述第一开关和所述第二开关闭合；

在保证了异相供电模式下第一供电臂与第二供电臂间存在电气隔离段，即无电区后，再将异相供电系统与供电馈线间的线路连通，启用异相供电模式为电力机车供电。

图6为本发明实施例公开的异相供电模式切换到同相供电模式的流程图，参见图6所示，在电力机车的供电工作中，将异相供电模式切换为同相供电模式的方法包括：

步骤601：触发所述第二开关断开；

在同相供电系统能够正常使用的情况下，将异相供电模式切换为同相供电模式首先需要断开供电馈线与异相供电系统的连接；

步骤602：触发所述第一开关、所述第一连接开关及多个中性段开关闭合；

在保证了系统已退出异相供电模式的情况下，再接通所有中性段供电臂与供电馈线线路。

本实施例中公开的供电模式的切换方法，应用于本发明实施例二公开的锚段关节式分相系统，通过所述锚段关节式分相系统的供电线路，利用线路上的开关控制供电馈线与不同供电系统的连接和不同供电臂与供电馈线之间的连接，从而实现同相供电模式与异相供电模式之间的快速切换。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种供电臂布线系统，其特征在于，包括多个由第一供电臂形成的第一布线架构、多个由第二供电臂形成的第二布线架构和多个电分相布线架构，所述每一个电分相布线架构位于交替设置的第一布线架构和第二布线架构之间，所述电分相布线架构由多个分别由一个中性段供电臂形成的子布线架构组成，其中，不同布线架构中的供电臂之间无连接；

2.根据权利要求1所述的供电臂布线系统，其特征在于，所述电分相布线架构包括由两个中性段供电臂形成的两个子布线架构。

3.根据权利要求2所述的供电臂布线系统，其特征在于，所述相邻布线架构的交接处和所述相邻子布线架构的交接处，两个供电臂同时与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合长度为50米。

4.根据权利要求1所述的供电臂布线系统，其特征在于，所述第一开关、所述第一连接开关、所述第二开关和多个中性段开关为断路器。

5.一种锚段关节式分相系统，其特征在于，包括牵引供电网和供电臂布线系统；

6.根据权利要求5所述的锚段关节式分相系统，其特征在于，所述电分相布线系统包括由两个中性段供电臂形成的两个子布线架构。

7.根据权利要求6所述的锚段关节式分相系统，其特征在于，所述相邻布线架构的交接处和所述相邻子布线架构的交接处，两个供电臂同时与电力机车的受电弓滑板的移动平面重合长度为50米。

8.根据权利要求5所述的锚段关节式分相系统，其特征在于，所述第一开关、所述第一连接开关、所述第二开关和多个中性段开关为断路器。

9.根据权利要求5所述的锚段关节式分相系统，其特征在于，还包括与所述牵引供电网以及所述供电臂布线系统连接的控制系统，用于在供电系统为同相供电模式的情况下，当接收到将同相供电模式转换为异相供电模式的命令时，控制所述第一连接开关和多个中性段开关断开，并控制所述第一开关和所述第二开关闭合，切换至异相供电模式；

10.根据权利要求5所述的锚段关节式分相系统，其特征在于，所述供电系统包括同相供电系统和异相供电系统。

11.根据权利要求10所述的锚段关节式分相系统，其特征在于，在供电系统为同相供电模式的情况下，所述同相供电系统用于将所述第二供电馈线中传输的电能转换为与所述第一供电馈线中传输的电能同相的电能，并将转换后的电能传输至所述第一供电馈线。