CN108656954B - 高压箱、高压系统及电力动车组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压箱、高压系统及电力动车组，所述高压箱包括箱体和电路；箱体用于安装在列车的第一车厢的车顶，箱体与所述车顶形成封闭空间；电路设置于箱体内部；电路的输入端与第一车厢的受电弓连接，电路的第一输出端与列车的直流牵引系统连接，电路的第二输出端与列车的交流牵引系统连接。本发明提供的高压箱可支持交流和直流双制式供电方式，满足了列车对不同电网制式的线路运营需求。并且，高压箱内的各高压设备不会被暴露在空气中，从而能够避免环境因素给高压设备带来的不利影响，提高了高压系统的可靠性及使用寿命。

Description

高压箱、高压系统及电力动车组

技术领域

本发明涉及电气技术领域，尤其涉及一种高压箱、高压系统及电力动车组。

背景技术

列车高压系统的作用是为列车从受电弓获取电能并实现电能分配、输送及相关保护功能。为满足跨国互联互通的需求，国内外涌现出具有交流和直流双制式能力的城际/市域动车组，这些动车组的时速通常在160公里以下，通过为列车设置支持双制式的交直流高压系统，使得列车可满足不同电网制式线路运营要求。

现有技术中，支持双制式的交直流高压系统中，一般包括多个高压设备，所述高压设备在列车车顶的外侧分散布置，在交流高压系统和直流高压系统之间设置转换开关以转换供电方式，将电路分为交流和直流两路传输。

然而，下一代高速动车组的时速将达到400公里以上，具有运行区域跨度广、自然环境复杂的特点。若采用上述的交直流高压系统，在车顶分散布置的各高压设备会长期暴露在空气中，受雾霾、雨雪等天气因素的影响，高压设备易发生击穿或闪络现象，使得高压系统的可靠性降低，无法保证高压系统的寿命和稳定性。

发明内容

本发明提供一种高压箱、高压系统及电力动车组，将交直流高压设备集中布置在一个箱体中，能够避免天气因素给高压设备带来的不利影响，提高了高压系统的可靠性及使用寿命。

第一方面，本发明提供的高压箱，包括：箱体和电路；

所述箱体用于安装在列车的第一车厢的车顶，所述箱体与所述车顶形成封闭空间；所述电路设置于所述箱体内部；

所述电路包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入端用于与所述第一车厢的受电弓连接，所述第一输出端用于与所述列车的直流牵引系统连接，所述第二输出端用于与所述列车的交流牵引系统连接；

所述电路用于当所述受电弓输出的是直流电时，将所述直流电传输给所述列车的直流牵引系统，当所述受电弓输出的是交流电时，将所述交流电传输给所述列车的交流牵引系统。

可选的，所述电路中的高压设备采用浇注式固体绝缘方式设置于所述箱体内部。

可选的，所述电路还包括：选择隔离开关、交直流电压互感器和主断路器；

其中，所述选择隔离开关设置在电路的输入端与第一输出端之间，所述主断路器设置在电路的输入端与第二输出端之间，所述交直流电压互感器与电路的输入端连接。

可选的，所述电路还包括：直流避雷器、第一交流避雷器和第一接地装置；

所述直流避雷器与电路的第一输出端连接，所述第一交流避雷器与电路的第二输出端连接；所述第一接地装置与所述主断路器的两端连接。

可选的，所述电路还包括：电压互感器和电流互感器；

所述电压互感器和所述电流互感器设置在电路的输入端与所述主断路器之间。

可选的，所述电路还包括第三输出端，所述第三输出端用于与所述列车的第二车厢的高压箱连接；电路的第二输出端与第三输出端之间设置有交流隔离开关。

可选的，所述箱体的内侧壁设置有用于防爆的爆破片；所述箱体与所述车顶接触的侧壁设置有至少一个气孔，用于与所述列车内部进行气体交换。

第二方面，本发明提供的高压系统，包括：至少一个高压单元，其中，每个所述高压单元包括：受电弓、断路器箱和如第一方面任一项所述的高压箱；

所述断路器箱内设置有高速断路器和第二接地装置，所述高速断路器第一端与所述高压箱中电路的第一输出端连接，所述高速断路器的第二端与所述列车的直流系统连接；所述第二接地装置与所述高速断路器的两端连接。

可选的，所述高压系统还包括第二交流避雷器，所述第二交流避雷器与所述受电弓连接。

第三方面，本发明提供的电力动车组，包括如第二方面任一项所述的高压系统。

本发明提供的高压箱、高压系统及电力动车组，所述高压箱包括箱体和电路，通过将电路的输入端与受电弓连接，第一输出端通过高速断路器与列车的直流牵引系统连接，第二输出端与列车的交流牵引系统连接，使得该高压箱可支持交流和直流双制式供电方式，满足了列车对不同电网制式的线路运营需求。进一步的，通过将电路设置在箱体内，使得电路中的各高压器件不会被暴露在空气中，从而能够避免天气因素给高压设备带来的不利影响，提高了高压系统的可靠性及使用寿命。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的高压箱实施例一的结构示意图；

图2为本发明提供的高压箱实施例二的电气原理示意图；

图3为本发明提供的高压箱实施例二的结构示意图；

图4为本发明实施例二中选择隔离开关的结构示意图；

图5为本发明实施例二中主断路器的结构示意图；

图6为本发明实施例二中接地装置的结构示意图；

图7为本发明提供的高压系统实施例的结构示意图。

附图标记说明：

11：箱体；

12：电路；

121：电路的输入端；

122：电路的第一输出端；

123：电路的第二输出端；

124：电路的第三输出端。

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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如前所述，现有技术中，支持交流和直流双制式的列车中，其高压系统中的高压设备通常在列车车顶的外侧分散布置，并且，这些列车的时速一般在160公里以下。而下一代高速动车组的时速将达到400公里以上，具有运行区域广、自然环境复杂的特点。若依然采用现有技术中的交直流高压系统，在车顶分散布置的高压设备会长期暴露在空气中，受雾霾、雨雪等天气因素的影响，高压设备易发生击穿或闪络现象，使得高压系统的可靠性降低，无法保证高压系统的寿命和稳定性。

本发明提供的高压箱、高压系统及电力动车组，将交直流高压设备集中布置在一个箱体中，能够避免天气因素给高压设备带来的不利影响，提高了高压系统的可靠性及使用寿命。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

首先，本发明所提供的高压箱和高压系统，可适用于任一动车组，包括但不限于：城际列车、市域列车、跨国列车等，并且还可以适用于时速为400公里以上的高速动车组。

图1为本发明提供的高压箱实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例的高压箱，包括：箱体11和电路12。

其中，箱体11用于安装在列车的第一车厢的车顶，箱体11与所述车顶形成封闭空间；电路12设置于箱体11内部。

电路12包括输入端121、第一输出端122和第二输出端123，输入端121用于与所述第一车厢的受电弓连接，第一输出端122用于通过高速断路器与所述列车的直流牵引系统连接，第二输出端123用于与所述列车的交流牵引系统连接。

电路12用于当所述受电弓输出的是直流电时，将所述直流电传输给所述列车的直流牵引系统，当所述受电弓输出的是交流电时，将所述交流电传输给所述列车的交流牵引系统。

具体的，本实施例的高压箱可以设置在列车的第一车厢的车顶，其中，第一车厢可以为列车的任一受电弓车厢。以常见的8节车厢的编组方式为例，车厢1和车厢8为头车厢，车厢3和车厢6为受电弓车厢，其余车厢为动力车厢。本实施例中的高压箱可安装在车厢3和/或车厢6的车顶。

箱体11可以采用下沉式安装方式，箱体11与列车顶部形成一个封闭空间，在箱体11的内部设置电路12。其中，电路12可以包括输入端121、第一输出端122和第二输出端123。输入端121与受电弓连接，用于从受电弓接收电能。第一输出端122与列车的直流牵引系统连接，第二输出端123与列车的交流牵引系统连接，从而电路12可以将从受电弓接收的电能输送给列车的直流牵引系统或者交流牵引系统。

其中，受电弓输出的可能是直流电，例如3kV的直流电，也可能是交流电，例如25kV的交流电。当受电弓输出的是直流电时，电路12可以通过第一输出端122将该直流电输送给列车直流牵引系统中的牵引变流器；当受电弓输出的是交流电时，电路12可以通过第二输出端123将该交流电输送给列车交流牵引系统中的牵引变压器。因此，本实施例的高压箱可以支持交流和直流两种电网制式。

需要说明的是，本实施例对与电路12的具体结构并不作具体限定，可以参考后续实施例的详细描述。

本实施例中，通过将电路12的输入端121与受电弓连接，第一输出端122通过高速断路器与列车的直流牵引系统连接，第二输出端123与列车的交流牵引系统连接，使得该高压箱可支持交流和直流双制式供电方式，满足了列车对不同电网制式的线路运营需求。进一步的，通过将电路12设置在箱体11内，使得电路12中的各高压器件不会被暴露在空气中，从而能够避免天气因素给高压设备带来的不利影响，提高了高压系统的可靠性及使用寿命。

可选的，电路12中高压设备采用浇注式固体绝缘方式设置于箱体11的内部。

现有技术中，传统的高压箱采用空气绝缘方式，需要保证一定的电气间隙，例如根据IEC60077-1:1999标准的要求，在25kV交流系统雷电冲击水平在170kV的情况下，电气间隙至少需要保证310mm；在3kV直流系统雷电冲击水平在40kV的情况下，电气间隙需要保证60mm。因此，采用空气绝缘方式的高压箱，需要将箱体11体积设置得很大才能满足各高压设备间的电气间隙和爬电距离的要求。

本实施例中，高压设备采用浇注式固体绝缘方式设置与箱体11的内部，具体的，高压设备是封装在固体介质内的，可选的，固体介质可以为环氧树脂。

本实施例中，由于高压设备与高压设备之间、高压设备与箱体11之间通过固体介质进行绝缘，不需要考虑电气间隙和爬电距离，因此，采用固体浇注式的高压设备可以做到体积更小，重量更轻。进一步的，高压设备在高压箱内可以集中布置，与现有技术中高压设备在车顶分散布置相比，减小了占用车体的空间，能够增大列车空间的利用率。同时，占用车体空间减小，还能够降低列车运行时的风阻噪声和空气阻力，降低列车的运行能耗。

图2为本发明提供的高压箱实施例二的电气原理示意图，图3为本发明提供的高压箱实施例二的结构示意图，在上述实施例的基础上，本实施例对高压箱的电路结构和原理进行详细描述，如图2和图3所示，本实施例的电路12中，还可以包括：选择隔离开关CQS、交直流电压互感器ADVT和主断路器MCB。

具体的，CQS设置在电路的输入端121与第一输出端122之间，MCB设置在电路的输入端121与第二输出端123之间，ADVT与电路的输入端121连接。

其中，ADVT用于检测高压箱从受电弓接收的电能为交流电还是直流电，并将检测结果发送给列车的控制系统，以使列车控制系统根据检测结果控制CQS和MCB的打开或关断。具体的，当受电弓输出的为交流电时，列车控制系统控制CQS断开，并控制MCB闭合，从而交流电可以通过第二输出端123输送给列车的交流牵引系统；当受电弓输出的为直流电时，列车控制系统控制CQS闭合，并控制MCB断开，从而直流电可以通过第一输出端122输送给列车的直流牵引系统。

可选的，如图2和图3所示，本实施例的高压箱中，所述电路还可以包括：直流避雷器、第一交流避雷器ASA1和第一接地装置ED1。

具体的，DSA与电路的第一输出端122连接，ASA1与电路的第二输出端123连接，ED1与MCB的两端连接。

其中，ASA1设置在电路的第二输出端123，用于保护列车的交流牵引系统，吸收交流牵引系统中的牵引变压器在启动或者断开过程中产生的过电压。DSA设置在电路的第一输出端122，用于吸收雷电过电压。

可选的，如图2和图3所示，本实施例的高压箱中，所述电路还可以包括：电压互感器VT和电流互感器CT。VT和CT设置在电路的输入端121与MCB之间。

具体的，VT和CT可以实时的测量高压箱从受电弓接收的电能的电压和电流参数，并将所述电压和电流参数发送给列车的控制系统，以使列车控制系统根据所述电压和电流参数计算列车能耗，并在线路故障时可以及时保护各设备不受损害。

可选的，如图2和图3所示，本实施例的高压箱中，所述电路还包括第三输出端124，所述第三输出端124用于与列车的第二车厢的高压箱连接；电路的第二输出端123与第三输出端124之间设置有交流隔离开关AQS。

以常见的8节车厢的编组方式为例，车厢1和车厢8为头车厢，车厢3和车厢6为受电弓车厢，安装有受电弓。假设第一车厢为车厢3，第二车厢为车厢6，本实施例的高压箱安装在车厢3和车厢6。

在受电弓输出交流电的情况下，列车控制系统控制CQS断开、MCB闭合、AQS闭合，从而列车可以只升起一个车厢的受电弓实现为整个列车进行电能的输送。具体的，车厢3的高压箱电路的第三输出端124可以与车厢6的高压箱电路的第三输出端124连接，在车厢3的受电弓升起的情况下，受电弓的交流电可以通过电路的第二输出端123将交流电输送给车厢3的牵引变压器，还可以通过电路的第三输出端124将交流电输送给车厢6的牵引变压器。

需要说明的是，本发明对于高压箱电路中的各高压设备的具体结构并不作具体限定，其可以采用现有技术中的高压设备。可选的，选择隔离开关CQS和主断路器MCB可以采用现有的气动传动方式，其中，选择隔离开关CQS的触点之间采用真空介质。其中一种实施方式中，选择隔离开关CQS的结构如图4所示，主断路器MCB的结构如图5所示。可选的，第一接地装置ED1可采用电机丝杠传动方式，当给出接地指令时，丝杠深处直至接触到高压带电体将其接地，在非接地位，开关内部通过真空介质进行绝缘。一种可选的实施方式中，接地装置的结构如图6所示。

可选的，本实施例的高压箱，电路中的部分或者全部高压设备可以采用插拔式连接，例如：直流避雷器DSA、交流避雷器ASA、电压互感器VT和电流互感器CT可以采用插拔式连接方式，从而可以提高高压箱的模块化程度。进一步的，整个高压箱为免维护的，如果其中某个高压设备或器件出现故障，仅需要对故障的设备或者器件进行替换即可，减少了检修和维护的工作量和成本。

可选的，本实施例的高压箱，箱体11的内侧壁设置有用于防爆的爆破片。可以理解的，由于箱体11内设置有避雷器，通过在箱体11的侧壁安装爆破片可以提高高压箱的安全性。

可选的，本实施例的高压箱，箱体11与车顶接触的侧壁设置有至少一个气孔，用于与列车内部进行气体交换，以保证箱体11内外气压相同。需要说明的是，本发明对于气孔的形状以及数量均不作具体限定。

图7为本发明提供的高压系统实施例的结构示意图，如图7所示，本实施例的高压系统包括至少一个高压单元，其中每个高压单元包括：受电弓PAN、断路器箱、高压箱和高压电缆。

其中，高压箱可以采用上述任一实施例中的高压箱，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

需要说明的是，本发明对于高压单元的数量不作具体限定，可以理解的，可以根据列车的实际编组情况进行合理设置。图7所示的为常见的8节车厢的编组方式下高压系统的结构示意，由于车厢3和车厢6为受电弓车厢，则该列车的高压系统可以包括两个高压单元，分别设置在车厢3和车厢6。

当高压系统中包括至少两个高压单元时，所述至少两个高压单元中高压箱电路的第三输出端依次连接。如图7所示，车厢3对应的高压箱电路的第三输出端与车厢6对应的高压箱电路的第三输出端连接。

具体的，每个高压单元中，断路箱内设置有高速断路器HSCB和第二接地装置ED2，高速断路器HSCB的第一端与高压箱电路的第一输出端连接，高速断路器HSCB的第二端与列车的直流牵引系统连接，第二接地装置ED2与高速断路器HSCB的两端连接。

如图7所示，车厢3和车厢6为受电弓车厢，安装有受电弓。高压箱可以对称布置在车厢3和车厢6的车顶，受电弓的电压制式有25kV交流和3kV直流两种。具体工作过程如下。

当受电弓的电压制式为25kV的交流时，车厢3和车厢6中只有一个受电弓升起。假设车厢3的受电弓升起，车厢3的高压箱内CQS断开，MCB闭合，AQS闭合，交流电经PAN进入高压箱，经过MCB后进行分流，一路通过第二输出端进入车厢3的牵引变压器，另一路通过第三输出端进入另一单元(车厢6)的牵引变压器。车厢3的牵引变压器将25kV的交流电转化为2kV的交流电后，将交流电输送给车厢2和车厢4的牵引变流器箱，牵引变流器箱将2kV的交流电转化为3.6kV的直流电，再对3.6kV的直流电进行逆变处理，从而控制牵引电机的运转。另一个单元的处理过程类似。

当受电弓的电压制式为3kV的直流时，车厢3和车厢6的受电弓均升起。以车厢3的高压箱为例，CQS闭合，HSCB闭合，MCB断开，AQS断开，直流电经PAN进入高压箱，依次经过CQS、HSCB后进行分流，其中一路进入车厢2的牵引变流器，另一路进入车厢4的牵引变流器。牵引逆变器对3kV的直流电进行逆变处理，从而控制牵引电机的运转。车厢6的高压箱的工作过程类似。

可选的，本实施例的高压系统中，还可以包括第二交流避雷器ASA2，如图7所示，ASA2与受电弓PAN连接，可以对高压箱进行保护。

本发明实施例还提供一种电力动车组，所述电力动车组中包括高压系统，所述高压系统可以采用如图7所示实施例的结构，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

在以上描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本发明说明书的描述中，需要理解的是，术语“内侧壁”、“底端”、“外侧壁”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种高压箱，其特征在于，包括：箱体和电路；

所述箱体用于安装在列车的第一车厢的车顶，所述箱体与所述车顶形成封闭空间；所述电路设置于所述箱体内部；

所述电路包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入端用于与所述第一车厢的受电弓连接，所述第一输出端用于与所述列车的直流牵引系统连接，所述第二输出端用于与所述列车的交流牵引系统连接；

所述电路用于当所述受电弓输出的是直流电时，将所述直流电传输给所述列车的直流牵引系统，当所述受电弓输出的是交流电时，将所述交流电传输给所述列车的交流牵引系统；

所述电路中的高压设备采用浇注式固体绝缘方式设置于所述箱体内部；

所述箱体的内侧壁设置有用于防爆的爆破片；所述箱体与所述车顶接触的侧壁设置有至少一个气孔，用于与所述列车内部进行气体交换；

所述电路还包括第三输出端，所述第三输出端用于与所述列车的第二车厢的高压箱连接；电路的第二输出端与第三输出端之间设置有交流隔离开关。

2.根据权利要求1所述的高压箱，其特征在于，所述电路还包括：选择隔离开关、交直流电压互感器和主断路器；

其中，所述选择隔离开关设置在电路的输入端与第一输出端之间，所述主断路器设置在电路的输入端与第二输出端之间，所述交直流电压互感器与电路的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的高压箱，其特征在于，所述电路还包括：直流避雷器、第一交流避雷器和第一接地装置；

所述直流避雷器与电路的第一输出端连接，所述第一交流避雷器与电路的第二输出端连接；所述第一接地装置与所述主断路器的两端连接。

4.根据权利要求3所述的高压箱，其特征在于，所述电路还包括：电压互感器和电流互感器；

所述电压互感器和所述电流互感器设置在电路的输入端与所述主断路器之间。

5.一种高压系统，其特征在于，包括至少一个高压单元，其中，每个所述高压单元包括：受电弓、断路器箱和如权利要求1-4任一项所述的高压箱；

所述断路器箱内设置有高速断路器和第二接地装置，所述高速断路器第一端与所述高压箱中电路的第一输出端连接，所述高速断路器的第二端与所述列车的直流系统连接；所述第二接地装置与所述高速断路器的两端连接。

6.根据权利要求5所述的高压系统，其特征在于，还包括第二交流避雷器，所述第二交流避雷器与所述受电弓连接。

7.一种电力动车组，其特征在于，包括如权利要求5或6所述的高压系统。

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