CN106183897B - 一种电气化铁路分区所自动过分相系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电气化铁路分区所自动过分相系统及其控制方法，涉及电气化铁路牵引供电领域。在靠近供电臂的分段器上配备受电弓识别仪；负荷开关和晶闸管开关及电流互感器顺序串联后与电阻以及备用开关一同并联在分段器两端；受电弓识别仪、电流互感器和电压互感器的输出端、晶闸管开关的触发端、负荷开关和备用开关的操动端均与控制单元相连接。在晶闸管开关一电流过零关断后立即令晶闸管开关二导通完成供电臂一到供电臂二电流过零点瞬间切换，即将列车的供电从供电臂一瞬间切换到供电臂二，实现不间断供电；串接于系统的高压高阻电阻一、电阻二或单独工作，或共同工作，均可抑制均衡电流和可能产生的暂态过程。主要用于列车不断电过分相。

Description

一种电气化铁路分区所自动过分相系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引供电领域，特别涉及电气化铁路分区所自动过分相技术。
背景技术
我国电气化铁道普遍采用单相工频交流制，为使电力系统三相负荷尽可能平衡，电气化铁道往往采用轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处的相邻供电区间用空气或绝缘子分割，简称电分相或分相。
为防止电力机车带电通过分相因燃弧而烧坏接触网悬挂部件，甚至导致相间短路等事故，列车过分相时，司机需手动进行退级、关辅助机组、断主开关，靠列车惯性驶过分相区，再合主开关、合辅助机组、进级恢复功率，完成过分相过程，俗称降弓过分相。随着列车速度的提升和过分相频繁，司机劳动强度大或者手动反应不及而无法完成过分相，必须采用措施。主要措施可分为自动过分相技术和取消分相的同相供电技术。同相供电可以从根本上取消牵引变电所出口处的分相，使列车不断电通过，但在电网不允许双边供电时，分区所的过分相问题依旧需要解决。现阶段常用自动过分相方式可分为车载自动过分相和地面开关自动过分相两种。
车载自动过分相是通过列车与地面信号的配合，在列车上通过列车控制系统模拟司机手动过分相。车载自动过分相过程中，列车断电时间较长，速度损失较大，同时存在供电死区和停车风险，特别在长大坡道路段停车风险更大。
现行地面开关自动过分相的方法是配合列车地面位置信号，通过地面开关把分相两端的供电臂电压依次切换到中性段上，列车不需要做切换动作，其断电时间仅为两组地面开关切换时间，用时较短，一般为200ms到400ms，对列车速度损失影响较小，不存在供电死区。但是，尽管这种方案的开关切换用时较短，仍有一些高铁列车的牵引传动系统不能接受，过分相后需要重新启动，影响列车性能的良好发挥。
另外,不论是车载自动过分相,还是地面开关自动过分相,其中的开关投切会产生暂态过程，易引起操作过电压或过电流，甚至损坏元器件、引发故障。
本申请可将列车自动过分相技术提高到不间断供电的新的高级水平上，适用于各种列车，并且能有效抑制暂态电气过程及过电压、过电流，也不会对电网造成不良影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气化铁路分区所自动过分相系统，它能有效地解决电气化铁道分区所在不间断供电情况下的自动过分相问题。
本发明的另一个目的是提供一种电气化铁路自动过分相系统的控制方法，它能有效地解决电气化铁路分区所不间断供电自动过分相系统的控制问题。
本发明实现其目的所采用的技术方案为，一种电气化铁路分区所自动过分相系统，包括通常关断的晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2),通常闭合的负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)，通常分断的备用开关一(K11)和备用开关二(K22)，电阻一(R1)和电阻二(R2)，电流互感器一(H1)和电流互感器二(H2)以及电压互感器(V)；供电臂一(A1)通过分段器一(S1)与中性段(A0)的一端相连，供电臂二(A2)通过分段器二(S2)与中性段(A0)的另一端相连；在供电臂一(A1)末段靠近分段器一(S1)处的支柱上配备受电弓识别仪一(P1)，在设有分段器一(S1)的支柱上配备受电弓识别仪二(P2)，在设有分段器二(S2)的支柱上配备受电弓识别仪三(P3)；负荷开关一(K1)和晶闸管开关一(T1)及电流互感器一(H1)顺序串联后并联在分段器一(S1)两端，电阻一(R1)以及备用开关一(K11)也分别并联在分段器一(S1)两端；负荷开关二(K2)和晶闸管开关二(T2)及电流互感器二(H2)顺序串联后并联在分段器二(S2)两端，电阻二(R2)以及备用开关二(K22)也分别并联在分段器二(S2)两端；在供电臂一(A1)与分段器一(S1)的连接处与轨地之间并接电压互感器(V)；受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)的信号端，电流互感器一(H1)和电流互感器二(H2)的输出端以及电压互感器(V)的输出端均与控制单元(CU)相连接；晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)的触发端，负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)的操动端，备用开关一(K11)和备用开关二(K22)的操动端均与控制单元(CU)相连接。
远动装置(YD)也可与控制单元(CU)相连接。
本发明的第二个目的是通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁路分区所自动过分相系统控制方法是：列车经分段器一(S1)进入中性段(A0)时，晶闸管开关一(T1)关断,在晶闸管开关一(T1)电流过零关断后立即令晶闸管开关二(T2)导通，完成供电臂一(A1)到供电臂二(A2)电流过零点瞬间切换，即将中性段(A0)与供电臂一(A1)断开而与供电臂二(A2)直接连通，实现不间断供电。其中电阻一(R1)、电阻二(R2)或单独工作，或共同工作，均可抑制均衡电流，把对电网的干扰减少到最小的、允许的程度，同时抑制牵引供电系统可能产生的暂态过程。其具体控制顺序是：
A.系统初始状态：中性段(A0)无列车；受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)的信号端输出信号为0；
B.若受电弓识别仪一(P1)信号端输出信号为1，即受电弓识别仪一(P1)感知列车(L)从供电臂一(A1)驶向分段器一(S1)时，控制单元(CU)选择电压互感器(V)输出波形电压过零，立即令晶闸管开关一(T1)导通,使中性段(A0)与供电臂一(A1)直接连通；此时，电阻一(R1)被短接，电阻二(R2)工作；
C.若受电弓识别仪二(P2)信号端输出信号为1，即列车(L)从供电臂一(A1)经分段器一(S1)进入中性段(A0)时，控制单元(CU)令晶闸管开关一(T1)关断,在晶闸管开关一(T1)电流过零关断后，立即令晶闸管开关二(T2)导通，即中性段(A0)与供电臂一(A1)阻断而与供电臂二(A2)直接连通；此时，电阻一(R1)恢复工作，电阻二(R2)被短接；
D.若受电弓识别仪三(P3)信号端输出信号为1，即列车从中性段(A0)经分段器二(S2)进入供电臂二(A2)时，控制单元(CU)令晶闸管开关二(T2)关断,即中性段(A0)与供电臂二(A2)阻断；此时，电阻二(R2)恢复工作；即受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)的信号端信号复位回0，系统恢复初始状态A；完成供电臂一(A1)到供电臂二(A2)的不间断供电切换。
所述晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)均为双向晶闸管交流开关。
所述电阻一(R1)和电阻二(R2)为高压高阻电阻，对地额定电压满足27.5kV，两端电压大于等于10kV，电阻值大于等于500Ω；电阻一(R1)和电阻二(R2)单独工作或共同工作均可抑制均衡电流和抑制暂态过程。
当电流互感器一(H1)、电流互感器二(H2)的输出端测得的电流同时大于0时，即晶闸管开关一(T1)、晶闸管开关二(T2)同时导通，则视为故障(经远动装置(YD)进行故障报警)，控制单元(CU)令负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)分断，切除晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)，然后令备用开关一(K11)和备用开关二(K22)分别替代晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)执行自动过分相操作，其控制方法与传统地面自动过分相相同。
显然，控制单元(CU)也可以收集负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)、晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)、备用开关一(K11)和备用开关二(K22)的开断信息，并进一步分析它们的工作状态，及时发现故障。
为了检修方便，按常识，所述电阻一(R1)和电阻二(R2)支路均应串接隔离开关；电阻一(R1)或电阻二(R2)退出时，系统仍可运行，但当晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)配合不当时，会引起较大的暂态过程或均衡电流。
为了配合晶闸管的触发导通和增强对暂态过程的阻尼性能，可以在中性段(A0)与轨地之间并联一套高压高阻电阻。
本发明的工作原理是：相对50Hz工频电路而言，晶闸管等电力电子开关的导通和关断时间很短，可以忽略，即认为晶闸管开关是瞬间导通和关断的。在电压过零时触发晶闸管开关使其导通来短接电阻，可以有效降低电压冲击。在晶闸管开关一电流过零关断后立即令晶闸管开关二导通可以完成供电臂一到供电臂二电流过零点瞬间切换，即将列车的供电从供电臂一瞬间切换到供电臂二，实现不间断供电。串接于系统的高压高阻电阻一、电阻二或单独工作，或共同工作，均可抑制均衡电流，把对电网的干扰减少到最小的、允许的程度，同时发挥阻尼作用，抑制牵引供电系统可能产生的暂态过程和过电压、过电流。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明在晶闸管开关一电流过零关断后立即令晶闸管开关二导通，完成供电臂一到供电臂二电流过零点瞬间切换，且对列车实现不间断供电，即切换时间为0，适用于各种各型列车，而现行地面开关自动过分相切换时间大多为200ms到400ms，一些型号的高铁列车的牵引传动系统不能接受，过分相后需要重新启动，影响列车性能的正常发挥。
二、本发明在切换过程中，电阻一、电阻二或单独工作，或共同工作，均可抑制均衡电流，把对电网的干扰减少到最小的、允许的程度，同时发挥阻尼作用，抑制牵引供电系统可能产生的暂态过程和过电压、过电流。
三、本发明具有系统故障识别与切换功能，可以避免事故扩大化。
四、本发明技术先进，性能优越，易于实施。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的控制单元示意图。
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的描述。
图1示出，本发明的一种具体实施方式，一种电气化铁路分区所自动过分相系统，包括供电臂一(A1)、中性段(A0)、供电臂二(A2)，供电臂一(A1)通过分段器一(S1)与中性段(A0)的一端相连，供电臂二(A2)通过分段器二(S2)与中性段(A0)的另一端相连，在供电臂一(A1)末段靠近分段器一(S1)处的支柱上配备受电弓识别仪一(P1)，在设有分段器一(S1)的支柱上配备受电弓识别仪二(P2)，在设有分段器二(S2)的支柱上配备受电弓识别仪三(P3)；负荷开关一(K1)和晶闸管开关一(T1)及电流互感器一(H1)顺序串联后并联在分段器一(S1)两端，电阻一(R1)以及备用开关一(K11)也分别并联在分段器一(S1)两端；负荷开关二(K2)和晶闸管开关二(T2)及电流互感器二(H2)顺序串联后并联在分段器二(S2)两端，电阻二(R2)以及备用开关二(K22)也分别并联在分段器二(S2)两端；在供电臂一(A1)与分段器一(S1)连接处与轨地之间并接电压互感器(V)，测量对地电压；受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)的信号端，电流互感器一(H1)和电流互感器二(H2)的输出端以及电压互感器(V)的输出端均与控制单元(CU)相连接；晶闸管开关一(T1)、晶闸管开关二(T2)的触发端，负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)的操动端，备用开关一(K11)和备用开关二(K22)的操动端均与控制单元(CU)相连接；远动装置(YD)也可与控制单元(CU)相连接。
所述晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)均为双向晶闸管交流开关；晶闸管开关一(T1)、晶闸管开关二(T2)通常关断；负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)通常闭合；备用开关一(K11)和备用开关二(K22)通常分断。
所述电阻一(R1)和电阻二(R2)为高压高阻电阻，对地额定电压满足27.5kV，两端电压大于等于10kV，电阻值一般大于等于500Ω；电阻一(R1)、电阻二(R2)单独工作或共同工作均可抑制均衡电流，抑制暂态过程；为了检修方便，按常识，电阻一(R1)和电阻二(R2)支路均应串接隔离开关；电阻一(R1)或电阻二(R2)退出时，系统仍可运行，但当晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)配合不当时，会引起较大的暂态过程或均衡电流。
所述电阻一(R1)和电阻二(R2)工作时，由于供电臂一(A1)与中性段(A0)、供电臂二(A2)同相位，电压互感器(V)也可以设置在中性段(A0)或供电臂二(A2)的合适位置。
为了配合晶闸管的触发导通和增强对暂态过程的阻尼性能，可以在中性段(A0)与轨地之间并联一套高压高阻电阻。
使上述电气化铁路分区所自动过分相系统完成进行自动过分相的控制顺序是：
A.系统初始状态：中性段(A0)无列车；受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)的信号端输出信号为0；
B.若受电弓识别仪一(P1)信号端输出信号为1，即受电弓识别仪一(P1)感知列车(L)从供电臂一(A1)驶向分段器一(S1)时，控制单元(CU)选择电压互感器(V)输出波形电压过零时令晶闸管开关一(T1)导通,使中性段(A0)与供电臂一(A1)直接连通，此时，电阻一(R1)被短接，电阻二(R2)工作；
C.若受电弓识别仪二(P2)信号端输出信号为1，即列车(L)从供电臂一(A1)经分段器一(S1)进入中性段(A0)时，控制单元(CU)令晶闸管开关一(T1)关断,在晶闸管开关一(T1)电流过零关断后立即令晶闸管开关二(T2)导通，即中性段(A0)与供电臂一(A1)阻断而与供电臂二(A2)直接连通，此时，电阻一(R1)恢复工作，电阻二(R2)被短接；
D.若受电弓识别仪三(P3)信号端输出信号为1，即列车从中性段(A0)经分段器二(S2)进入供电臂二(A2)时，控制单元(CU)令晶闸管开关二(T2)关断,即中性段(A0)与供电臂二(A2)阻断，此时，电阻二(R2)恢复工作；令受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)的信号端信号复位回0，系统恢复初始状态A；完成供电臂一(A1)到供电臂二(A2)的不间断供电切换。
图中所示之例是假定列车自左至右行驶，同理可完成自右至左的自动过分相步骤，不再赘述。
如图2示出，本发明实施例的控制单元示意图。受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)的信号端，电流互感器一(H1)、电流互感器二(H2)的输出端，电压互感器(V)的输出端，晶闸管开关一(T1)、晶闸管开关二(T2)的触发端，负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)的操动端，备用开关一(K11)和备用开关二(K22)的操动端均与控制单元(CU)相连接；远动装置(YD)也可与控制单元(CU)相连接。
受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)将探测信号经信号端输出至控制单元(CU)，控制单元(CU)据此判断列车所处于供电臂一(A1)、中性段(A0)、供电臂二(A2)的具体位置，发出晶闸管开关一(T1)、晶闸管开关二(T2)导通或关断命令，完成供电臂一到供电臂二电流过零点瞬间切换，且对列车实现不间断供电，再命令受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)的信号端输出信号复位回0，系统恢复初始状态。
当电流互感器一(H1)、电流互感器二(H2)的输出端测得的电流同时大于0时，即判断晶闸管开关一(T1)、晶闸管开关二(T2)同时导通，则视为故障，控制单元(CU)令负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)分断，切除晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)，然后令备用开关一(K11)和备用开关二(K22)分别替代晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)执行自动过分相操作，即与现行地面开关自动过分相方法一样，配合受电弓识别仪输出信号，通过备用开关一(K11)和备用开关二(K22)把供电臂一(A1)和供电臂二(A2)依次切换到中性段上，作为后备方式，实现自动过分相。
显然，控制单元(CU)也可以收集负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)、晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)、备用开关一(K11)和备用开关二(K22)的开断信息，并进一步分析它们的工作状态，及时发现故障。
另外，远动装置(YD)通过控制单元(CU)得到信息，并下发命令。

Claims (4)

1.一种电气化铁路分区所自动过分相系统，包括通常关断的晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2),通常闭合的负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)，通常分断的备用开关一(K11)和备用开关二(K22)，电阻一(R1)和电阻二(R2)，电流互感器一(H1)和电流互感器二(H2)以及电压互感器(V)；供电臂一(A1)通过分段器一(S1)与中性段(A0)的一端相连，供电臂二(A2)通过分段器二(S2)与中性段(A0)的另一端相连；其特征在于：在供电臂一(A1)末段靠近分段器一(S1)处的支柱上配备受电弓识别仪一(P1)，在设有分段器一(S1)的支柱上配备受电弓识别仪二(P2)，在设有分段器二(S2)的支柱上配备受电弓识别仪三(P3)；负荷开关一(K1)和晶闸管开关一(T1)及电流互感器一(H1)顺序串联后并联在分段器一(S1)两端，电阻一(R1)以及备用开关一(K11)也分别并联在分段器一(S1)两端；负荷开关二(K2)和晶闸管开关二(T2)及电流互感器二(H2)顺序串联后并联在分段器二(S2)两端，电阻二(R2)以及备用开关二(K22)也分别并联在分段器二(S2)两端；在供电臂一(A1)与分段器一(S1)的连接处配备电压互感器(V)；受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)的信号端，电流互感器一(H1)和电流互感器二(H2)的输出端以及电压互感器(V)的输出端均与控制单元(CU)相连接；晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)的触发端，负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)的操动端，备用开关一(K11)和备用开关二(K22)的操动端均与控制单元(CU)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路分区所自动过分相系统，其特征在于：所述电阻一(R1)和电阻二(R2)为高压高阻电阻，对地额定电压满足27.5kV，两端电压大于等于10kV，电阻值大于等于500Ω；电阻一(R1)和电阻二(R2)单独工作或共同工作均可抑制均衡电流和抑制暂态过程；电阻一(R1)或电阻二(R2)退出时，系统仍可运行。
3.一种电气化铁路分区所自动过分相系统控制方法，其控制顺序是：
A.系统初始状态：中性段(A0)无列车；受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)的信号端输出信号为0；
B.若受电弓识别仪一(P1)信号端输出信号为1，即受电弓识别仪一(P1)感知列车(L)从供电臂一(A1)驶向分段器一(S1)时，控制单元(CU)选择电压互感器(V)输出波形电压过零，立即令晶闸管开关一(T1)导通,使中性段(A0)与供电臂一(A1)直接连通；此时，电阻一(R1)被短接，电阻二(R2)工作；
C.若受电弓识别仪二(P2)信号端输出信号为1，即列车(L)从供电臂一(A1)经分段器一(S1)进入中性段(A0)时，控制单元(CU)令晶闸管开关一(T1)关断,在晶闸管开关一(T1)电流过零关断后，立即令晶闸管开关二(T2)导通，即中性段(A0)与供电臂一(A1)阻断而与供电臂二(A2)直接连通；此时，电阻一(R1)恢复工作，电阻二(R2)被短接；
D.若受电弓识别仪三(P3)信号端输出信号为1，即列车从中性段(A0)经分段器二(S2)进入供电臂二(A2)时，控制单元(CU)令晶闸管开关二(T2)关断,即中性段(A0)与供电臂二(A2)阻断；此时，电阻二(R2)恢复工作；即受电弓识别仪一(P1)、受电弓识别仪二(P2)、受电弓识别仪三(P3)的信号端信号复位回0，系统恢复初始状态A；完成供电臂一(A1)到供电臂二(A2)的不间断供电切换。
4.根据权利要求3所述的一种电气化铁路分区所自动过分相系统控制方法，其特征在于:当电流互感器一(H1)、电流互感器二(H2)的输出端测得的电流同时大于0时，即晶闸管开关一(T1)、晶闸管开关二(T2)同时导通，则控制单元(CU)令负荷开关一(K1)和负荷开关二(K2)分断，切除晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)，然后令备用开关一(K11)和备用开关二(K22)分别替代晶闸管开关一(T1)和晶闸管开关二(T2)进入工作状态，并经远动装置(YD)进行故障报警。
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