CN102756672B - 一种电气化铁路接触网融冰系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气化铁路接触网融冰系统，在接触网两变电所的相邻供电臂上分别设置第一同步无功发生器和第二同步无功发生器；第一同步无功发生器，用于在融冰时生成感性无功，传送到接触网；第二同步无功发生器，用于在融冰时生成与所述感性无功等量的容性无功，传送到接触网。所述第二同步无功发生器通过第一开关(203)与一变电所的供电臂连接，还通过第二开关(202)与另一变电所的供电臂连接。本发明实现无功电流从供电臂上流动，产生焦耳热量融冰。本发明产生的无功功率不会影响上级牵引供电系统，当不需要融冰时，两台同步无功发生器由各自变电站供电，实现实时补偿无功功率，提高牵引网力率的目的。

Description

一种电气化铁路接触网融冰系统

技术领域

本发明涉及电力系统供电领域，特别涉及一种电气化铁路接触网融冰系统。

背景技术

随着中国铁路运输的蓬勃发展，铁路在国家经济建设和国防建设中担负着越来越重要的作用，预计到2020年，全国铁路营运里程将跨越式发展至10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达50％以上，中国铁路将形成“四横四纵”的高速铁路网的宏伟蓝图。

最近几年，受全球气候变暖影响，极端天气、气候灾害事件更为频繁，在国外和我国的南方、华中、华东地区均出现了历史罕见的冰雪凝冻灾害，尤其在湖南、贵州、广西、江西大部分地区受灾严重，电力设施遭受了前所未有的破坏，因冻雨、冰雪危害而引起供电中断的事故十分严重和频繁。为确保列车在冻雨及冰雪等极端灾害天气情况下安全运行，对电气化铁路接触网防冰的需求也日益突出。

铁路牵引供电接触网覆冰后，一方面将会严重的影响机车受流；另一方面当机车的受电弓与覆冰导线接触时，会产生拉弧现象，对导线和受电弓磨损加大，有时会造成接触网的严重破坏，进而出现接触网舞动乃至倒杆、塌网等事故，使列车失去运行的动力，严重影响列车的安全、可靠、和正点运行。因此，对接触网尤其是接触导线采取必要的防冰措施是亟待攻克的技术难点。

目前，铁路牵引供电接触网较多采用回路中增加电抗器或电阻器方式。该方式在牵引接触网回路中串入固定分级电抗器，无机车情况下，产生电流维持牵引供电接触网的热量，实现防冰目的。从理论上讲，采用该方式防冰技术简单、有效，通过大电流产生焦耳热进行防冰，但是，该方式在运行过程中装置损耗比较大，同时对供电系统产生大量谐波，进而导致牵引供电力率过低、严重影响供电质量，且需停车投入运行、操作复杂，无法实现在线控制和动态投切。

发明内容

本发明的目的提供一种电气化铁路接触网融冰系统，该系统能够实现接触网的融冰，且可实现系统动态无功平衡，减少系统损耗。

本发明一种电气化铁路接触网融冰系统，在接触网两变电所的相邻供电臂上分别设置第一同步无功发生器和第二同步无功发生器；第一同步无功发生器，用于在融冰时生成感性无功，传送到接触网；第二同步无功发生器，用于在融冰时生成与所述感性无功等量的容性无功，传送到接触网。

优选的，所述第二同步无功发生器通过第一开关与一变电所的供电臂连接，还通过第二开关与另一变电所的供电臂连接。

优选的，所述系统还包括控制器，所述控制器包括功率控制模块，用于在融冰时指令第一同步无功发生器和第二同步无功发生器分别生成感性无功和容性无功。

优选的，所述控制器包括开关模块，用于在跨区融冰时控制第一开关断开，第二开关合闸；在无功补偿时控制第一开关合闸，第二开关断开。

优选的，所述系统还包括覆冰预警装置，所述控制器还包括计算模块；覆冰预警装置，用于获取气候监测数据和接触网覆冰状态数据，发送到控制器；计算模块，用于依据气候监测数据和接触网覆冰状态数据判断是否进入融冰状态，如是，启动功率控制模块和开关模块。

优选的，所述覆冰预警装置包括用于获取气候监测数据的气候监测器，所述气候监测器包括风速传感器、温度传感器和湿度传感器：所述风速传感器，用于获取环境风速；所述温度传感器，用于获取环境温度；所述湿度传感器，用于获取环境湿度。

优选的，所述覆冰预警装置包括用于接触网覆冰状态数据的覆冰状态监测器，所述覆冰状态监测器包括承载质量传感器、轴向倾角传感器和径向倾角传感器：所述承载质量传感器，用于监测接触网的承载质量；所述轴向倾角传感器，用于监测接触网的轴向倾角；所述径向倾角传感器，用于监测接触网的径向倾角。

优选的，所述同步无功发生器包括变压器和多个逆变器，所述变压器有多个并联的辅助绕组，各辅助绕组分别连接一逆变器。

优选的，所述同步无功发生器包括变压器和多个采用H桥结构的功率模块，所述各功率模块串联连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明需要融冰时，同步无功发生器生成感性无功Q，传送到接触网；同步无功发生器同时生成容性无功-Q，传送到接触网。这样，实现无功电流从供电臂上流动，产生焦耳热量融冰。此时，该系统产生的无功功率不会影响上级牵引供电系统，当不需要融冰时，两台同步无功发生器由各自变电站供电，实现实时补偿无功功率，提高牵引网力率的目的。

附图说明

图1是本发明电气化铁路接触网融冰系统结构图；

图2是本发明电气化铁路接触网融冰系统另一实施例结构图；

图3是本发明同步无功发生器结构图；

图4是本发明同步无功发生器另一实施例结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。

本发明在接触网两变电所的相邻供电臂上分别设置同步无功发生器(SVG)，需要融冰时，指令一台同步无功发生器发出感性无功Q，另一台同步无功发生器发生等量的容性无功-Q，从而使无功电流从供电臂上流动，产生焦耳热量达到融冰效果。

参见图1，示出电气化铁路接触网融冰系统结构。分别在牵引变电所A的β供电臂和牵引变电所B的α供电臂分别安装同步无功发生器11和同步无功发生器12。同步无功发生器11通过开关101连接β供电臂；同步无功发生器12通过开关202连接α供电臂，还通过开关203与接触网连接。接触网通过开关102连接β供电臂，通过开关201连接α供电臂。

需要融冰时，同步无功发生器11生成感性无功Q，传送到接触网；同步无功发生器12同时生成容性无功-Q，传送到接触网。这样，实现无功电流从供电臂上流动，产生焦耳热量融冰。此时，该系统产生的无功功率不会影响上级牵引供电系统，当不需要融冰时，两台同步无功发生器由各自变电站供电，实现实时补偿无功功率，提高牵引网力率的目的。

当然，本发明也可由同步无功发生器11生成容性无功-Q，同步无功发生器12生成感性无功Q，实现接触网融冰。

本发明可通过控制器和覆冰预警装置控制同步无功发生器11和同步无功发生器12，在需要融冰时自动启动，进行融冰；在不需要融冰时，进行无功功率补偿。

参见图2，示出电气化铁路接触网融冰系统另一实施例结构。控制器13包括功率控制模块131、开关模块132和计算模块133，覆冰预警装置20包括气候监测器21和覆冰状态监测器22。其中，气候监测器21风速传感器211、温度传感器212和湿度传感器213；覆冰状态监测器22包括承载质量传感器221、轴向倾角传感器222和径向倾角传感器223。

风速传感器211获取环境风速；温度传感器212获取环境温度；湿度传感器213获取环境湿度。气候监测器21将环境风速、环境温度和环境湿度等数据作为气候监测数据，发送到计算模块133。

承载质量传感器221监测接触网的承载质量；轴向倾角传感器222监测接触网的轴向倾角；径向倾角传感器223监测接触网的径向倾角。覆冰状态监测器22将承载质量、轴向倾角、径向倾角等数据作为接触网覆冰状态数据发送到计算模块133。

计算模块133依据气候监测数据和接触网覆冰状态数据判断是否需要启动融冰模式，如是启动功率控制模块131和开关模块132，如否，不做处理。

一般情况下，影响接触网覆冰主要取决于环境气温(0℃以下)、相对湿度(日平均相对湿度大于80％)、风速(小于3m/s)三个因素。计算模块133将这三个因素作为判定覆冰条件的临界点，逻辑判断出接触网是否达到覆冰临界点，并综合接触网的承载质量、轴向倾角、径向倾角等参数，综合判断是否需要进入融冰模式。具体判断方式和计算方法为现有技术，不再赘述。

功率控制模块131用于在融冰时指令同步无功发生器11和同步无功发生器12分别生成感性无功和容性无功，进行接触网融冰。

开关模块132控制开关301、开关302和开关303，及开关102、开关201和开关202相应动作，配合功率控制模块131。

功率控制模块131和开关模块132的具体控制步骤如下。

(I)启动融冰模式：

指令同步无功发生器11和同步无功发生器12同时停止运行；

指令开关102、开关201和开关202断开；

指令分区亭的开关301、开关302和开关303合闸；

指令开关102和203开关合闸；

指令同步无功发生器11和同步无功发生器12同时工作，分别发出容性无功-Q和感性无功Q。

(II)融冰模式到无功补偿模式；

融冰完成后需要由融冰模式重新回到无功补偿模式，其操作如下：

指令同步无功发生器11和同步无功发生器12同时停止运行；

指令开关102和开关203断开；

指令开关301、开关302和开关303断开；

指令开关102、开关201和开关202合闸；

指令同步无功发生器11和同步无功发生器12进入无功补偿模式。

本发明的同步无功发生器11和同步无功发生器12既可以采用级联式也可以采用升压式。

参见图3，示出本发明同步无功发生器结构图，同步无功发生器包括变压器T1和多个逆变器，变压器T1有多个并联的辅助绕组，各辅助绕组分别连接一逆变器。逆变器的数量n由同步无功发生器的总容量Q和单个逆变器的容量q决定：n＝Q/q。

如图4，示出本发明同步无功发生器另一实施例结构图。同步无功发生器包括变压器和多个采用H桥结构的功率模块，各功率模块串联连接。

同步无功发生器11和同步无功发生器12的容量Q相等，Q＝U×I。其中U为牵引网的额定电压，融冰电流I由接触网的截面积、天窗时间、当地气候条件等决定。

本发明在接触网出现覆冰时，进入融冰模式，系统损耗小；在天气良好时，进入无功补偿模式，可以根据负载情况进行动态无功补偿，改善铁路供电系统的电能质量，达到节能减排的功效。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电气化铁路接触网融冰系统，其特征在于，在接触网两变电所的相邻供电臂上分别设置第一同步无功发生器和第二同步无功发生器；

第一同步无功发生器，用于在融冰时生成感性无功或容性无功，传送到接触网；

第二同步无功发生器，用于在融冰时生成与所述第一同步无功发生器容量相等、极性相反的无功，传送到接触网，构成融冰回路；

当不需要融冰时，两台同步无功发生器为各自牵引变电站供电，提供机车负载功率因数和电压补偿所需无功。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二同步无功发生器通过第一开关与一变电所的供电臂连接，还通过第二开关与另一变电所的供电臂连接。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括控制器，所述控制器包括功率控制模块，用于在融冰时指令第一同步无功发生器和第二同步无功发生器分别生成感性无功和容性无功。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器包括开关模块，用于在跨区融冰时控制第一开关断开，第二开关合闸；在无功补偿时控制第一开关合闸，第二开关断开。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括覆冰预警装置，所述控制器还包括计算模块；

覆冰预警装置，用于获取气候监测数据和接触网覆冰状态数据，发送到控制器；

计算模块，用于依据气候监测数据和接触网覆冰状态数据判断是否进入融冰状态，如是，启动功率控制模块和开关模块。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述覆冰预警装置包括用于获取气候监测数据的气候监测器，所述气候监测器包括风速传感器、温度传感器和湿度传感器：

所述风速传感器，用于获取环境风速；

所述温度传感器，用于获取环境温度；

所述湿度传感器，用于获取环境湿度。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述覆冰预警装置包括用于接触网覆冰状态数据的覆冰状态监测器，所述覆冰状态监测器包括承载质量传感器、轴向倾角传感器和径向倾角传感器：

所述承载质量传感器，用于监测接触网的承载质量；

所述轴向倾角传感器，用于监测接触网的轴向倾角；

所述径向倾角传感器，用于监测接触网的径向倾角。

8.如权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于，所述同步无功发生器包括变压器和多个逆变器，所述变压器有多个并联的辅助绕组，各辅助绕组分别连接一逆变器。

9.如权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于，所述同步无功发生器包括变压器和多个采用H桥结构的功率模块，所述各功率模块串联连接。