CN110091755A - 一种分相区接触线连接方法及绝缘分相器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分相区接触线连接方法及绝缘分相器，方法为：第一臂的连接段和第二臂的连接段通过电气隔离的方式进行连接；所述第一臂的连接段的电阻率大于所述第一臂的非连接段的电阻率；所述第一臂的连接段和所述第二臂的连接段具有取电重叠区，所述取电重叠区指能够同时从所述第一臂和所述第二臂获取电能。具有适用范围广，可有效抑制电弧产生，不会产生额外的谐波以及谐波放大现象，不会对地面过分相系统造成LC谐振，可减少地面过分相系统的控制与逻辑处理过程等优点。

Description

一种分相区接触线连接方法及绝缘分相器
技术领域
本发明涉及铁路供电技术领域，尤其涉及一种分相区接触线连接方法及绝缘分相器。
背景技术
随着我国电气化铁路的发展，电力机车的普遍应用，牵引供电系统采用交流单相工频换相供电方式，电力系统为了平衡电力系统A、B、C各相负荷，一般要实行A、B、C相的轮流供电，同时为避免异相短路并保证机车能顺利通过电分相，电气化铁路接触网第20～30km就要装设一个电分相装置，随着线路运量和运行速度逐渐提升，电力机车在通过关节式电分相时出现过电压及电弧，影响到铁路的安全运行。为了解决这一问题，现阶段采用电力电子开关地面自动过分相方案、车载自动断电过分相方案以及柱上开关自动断电方案，需要将中性区的无电区通过机械开关或电子开关实现将两个不同供电臂的电源轮流引入中性区，为电力机车取流实现无感知过分相，其中电力电子开关地面自动过分相利用电力电子器件的快速响应、精确控制、长寿命等优点将成为较理想的地面自动过分相装置，但电分相过渡区弓网拉弧一直成为过分相技术的亟待解决的关键问题，同时为满足过分相区的过渡过程，需要单独架设一段用于过分相的专用锚段，其结构设置复杂，施工难度大。
目前在牵引供电系统中设置的过分相区段大多采用六跨、七跨和八跨等双绝缘锚断构成的关节式电分相方式，过分相方式通常采用机车降负载、切断主断路器等方式来实现过分相，为实机车快速过分相、减少司机操作工作量、降低车辆速度损失，利用地面自动过分相装置来快速切换两个供电臂电源至中性区段，实现机车不断电快速通过分相区，切换开关部分可采用断路器和电子开关来实现，但机械断路器开关因其固有的机械寿命有限，不利于长期使用，而电子开关其长寿命，易控制等优点为理想的过分相切换开关装置，如附图1所示，具体过程为：
1、当机车进入过分相区域时，通过列车位置检测装置判别机车位置，通过控制系统将电子开关SCR-V1导通，将A相电源引至中性段J0，机车可驶入中性区，并且同时为A相电源；
2、当机车进入中性段后，通过列车位置检测装置判别机车位置，再通过控制系统在一定时间周期内控制SCR-V1关断与SCR-V2的开通来实现电源的换相，将A相电源断开，同时快速将B相电源引入中性段内，机车可实现不断电或无感知通过分相区；
3、机车继续前行，进入B相供电接触网，驶离过分相区，并通过列车检测装置反馈列车已离开中性区，控制系统则断开SCR-V2，地面自动过分相装置恢复，为下一次机车过分相作准备。
根据绝缘锚断关节过分相的接线和布置方式，采用地面开关自动过分相时，中性区接触线与两个供电臂必然存在两个过渡区空气间隙JX1、JX2，与两相接触网绝缘，如附图1中所示，电力机车在通过过分相空气间隙区段时受电弓先逐渐从A(或B)供电臂的牵引网脱离，再与中性区段的接触网接通，此过程中受电弓与接触网之间会有短暂的分断与接通，其过程长短取决于当时的车速，同时受空气介质电离、电流大小、电压高低等多种因素的综合影响将会出现不同程度的电弧，特别是从有电至无电的过渡阶段产生的电弧较大，若不及时消除，严重时会出现烧损或烧断接触线，损坏接触网，造成断电停车等现象。
现阶段在牵引供电系统中针对这种工况下弓网电弧抑制也有很多方法，根据其原理，大致有如下几种：
方法1：在电力机车车载变压器的高压侧并联一个适当大小的电容对抑制弓网电弧产生的过电压，减小电弧的能量损耗都有较好的作用。比如中文分类号(U238)、文章编号为1007-936X(2008)05-0001-04由雷栋等人编写的《高速铁路弓网电弧抑制方法的研究》，中就有相关的描述，当受电弓和接触线分离而产生电弧时，由于电容的存在，使得负载两端的电压基本保持不变，受电弓和接触线之间产生的过电压得到很好的抑制，电弧所消耗的能量也相应减少。这种通过并联电容，抑制电弧电压恢复速度，抑制电弧重燃的方法，可避免弓网系统再因热击穿使电弧重燃。此种方式因所要并联的电容器容量大，机车变压器室空间狭小，方案只能停留在理论上，不能真实的实现。
方法2：选择较好的受电弓滑板材料，增加抗电弧能力。比如文章DOI:10.3969/j，文章编号为：0254－0150.2014.05.023，由张会杰等编写的《高速铁路弓网电弧的研究现状》一文中就有所描述，在选材方面，目前主要是通过选择导电性好、难侵蚀的接触材料，以降低弓网电弧发生率，常用的弓网滑板材料如铜基粉末冶金滑板材料、浸金属碳滑板材料和C/C复合材料中，C/C复合材料的抗电弧侵蚀性能最佳。
方法3：在线路中设置RC吸收装置，RC过电压装置是电气化铁路牵供电系统中一种常用的抑制过电压的装置。但此方案中为了抑制系统的过电压，需要引入一个较大容量的电容C，在机车处于制动工况下，可能会引起牵引网的LC谐振，进一步引起谐振过电压的发生，此方案在很多实际项目中并未采用。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种适用范围广，可有效抑制电弧产生，不会产生额外的谐波以及谐波放大现象，不会对地面过分相系统造成LC谐振，可减少地面过分相系统的控制与逻辑处理过程的分相区接触线连接方法及绝缘分相器。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种分相区接触线连接方法，第一臂的连接段和第二臂的连接段通过电气隔离的方式进行连接；所述第一臂的连接段的电阻率大于所述第一臂的非连接段的电阻率；所述第一臂的连接段和所述第二臂的连接段具有取电重叠区，所述取电重叠区指能够同时从所述第一臂和所述第二臂获取电能。
进一步地，所述第二臂的连接段的电阻率大于所述第二臂的非连接段的电阻率。
进一步地，所述第一臂的连接段的总电阻大于等于0.2欧姆；所述第二臂的连接段的总电阻大于等于0.2欧姆。
进一步地，所述第一臂的连接段的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆；所述第二臂的连接段的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆。
进一步地，所述第一臂的连接段与所述第二臂的连接段之间的间隔距离大于等于500毫米。
一种分相绝缘器，包括第一连接臂和第二连接臂，所述第一连接臂和所述第二连接臂之间电气隔离；
所述第一连接臂的电阻率大于等于预设的第一电阻率；
所述取电重叠区指能够同时从第一连接臂和第二连接臂获取电能；
所述第一连接臂和所述第二连接臂之间具有取电重叠区，所述取电重叠区指能够同时从所述第一连接臂和所述第二连接臂获取电能。
进一步地，所述第二连接臂的电阻率大于等于预设的第二电阻率。
进一步地，所述第一连接臂的总电阻大于等于0.2欧姆；所述第二连接臂的总电阻大于等于0.2欧姆。
进一步地，所述第一连接臂的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆；所述第二连接臂的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆。
进一步地，所述第一连接臂与所述第二连接臂之间的间隔距离大于等于500毫米。
进一步地，所述第一连接臂为“V”型，包括第一长子臂和第一短子臂，所述第二连接臂为“V”型，包括第二长子臂和第二短子臂。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过在接触线的连接端设置电阻率相对较高的连接段，通过连接段电气隔离的方式来实现接触网的连接，由于连接段的电阻率较高，列车的受电弓通过连接段取电时，会产生一定的压降，通过与地面电子开关过分相装置的配合，从而可以抑制电弧的产生；在有电弧产生时，通过电阻率较高的连接段，可以快速完成电弧电流的衰减，减小电弧对接触线的损伤。
2、本发明应用到过分相控制领域时，在受电弓通过分相区时，可以有效降低对过分相系统造成的LC谐振，减少额外的谐波产生，以及抑制谐波放大现象的发生。
附图说明
图1为本发明具体实施例在接触网分相区连接关系示意图。
图2为本发明具体实施例连接方式说明示意图。
图3为本发明具体实施例在具体应用中的过程示意图一。
图4为本发明具体实施例在具体应用中的过程示意图二。
图5为本发明具体实施例在具体应用中的过程示意图三。
图6为本发明具体实施例在具体应用中的过程示意图四。
图7为本发明具体实施例的分相绝缘器示意图。
图例说明：1、第一连接臂；2第二连接臂；3、绝缘件。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
在铁路的供电网中，为了保证接触线的供电性能，接触线的电阻率非常低，如纯铜的接触线，其导电率达到97％，银铜接触线，其导电率达到96％，铜包钢接触线，导电率达到60％。
本实施例的分相区接触线连接方法，第一臂的连接段和第二臂的连接段通过电气隔离的方式进行连接；第一臂的连接段的电阻率大于第一臂的非连接段的电阻率；第一臂的连接段和第二臂的连接段具有取电重叠区，取电重叠区指能够同时从第一臂和第二臂获取电能。
在本实施例中，对于第二臂的连接段具有两种试，方式一：第二臂的连接段的电阻率与第二臂的非连接段的电阻率相同；方式二：第二臂的连接段的电阻率大于第二臂的非连接段的电阻率。
如图1所示，铁路接触线按照供电区间分段连接，两个供电臂(A相供电臂和B相供电臂)之间设置一个中性段(J0)。按照行车的方向，有前的接触线为第一臂，在后的接触线为第二臂，以A相供电臂与中性段的连接为例进行说明，A相供电臂即为第一臂，中性段即为第二臂。A相供电臂的连接段本身可以是A相供电臂的一部分，也可以是与A相供电臂电气连接的一段。中性段的连接段本身可以是中性段的一部分，也可以是与中性段电气连接的一段。
如图2所示，列车的受电弓进入取电重叠区时，可以同时从A相供电臂的连接段和中性段的连接段取电，当然，此时通过过分相装置为中性段供电。
在本实施例中，以列车从左向右运行通过以本发明的方式连接的接触线为例进行说明。列车在A相供电臂区域运行，还没到达连接段时，即在位置点a的左边时，受电弓从具有正常电阻率的接触线取电，正常运行。
在本实施例中，如图2和图3所示，当列车到达位置点a后，在位置点a和位置点b之间时，由于连接段的电阻率大于正常接触线的电阻率，此时，可以等效看作在受电弓的受电回路中串联了一个电阻R1。而且该电阻的值随着受电弓向右移动，A相供电臂的连接段串入受电弓的供电回路中的部分越来越长，电阻也就越来越大。从而使得受电弓此时通过连接段获取的电能相对于正常接触线获取的电能，存在一定的压降。此时，电子开关1导通，中性段具有与A相供电臂相同的电能特性。列车在到达位置点b之前，均通过A相供电臂取电，即只有A相供电臂回路。
在本实施例中，如图2和图4所示，当受电弓的位置到达位置点b与位置点c之间时，受电弓进入取电重叠区，受电弓可以同时从A相供电臂和中性段获取电能，即形成A相供电臂回路和中性段回路。当受电弓到达位置点b时，对于上述方式一的连接方法，即中性段的连接段的电阻率与中性段的非连接段的电阻率相同。相当于在A相供电回路中串联了一个电阻R1，在受电弓到达位置点b时，由于电阻R1的存在，使得受电弓从A相供电臂获取的电流小于从中性段获取的电流。随着受电弓向右移动，电阻R1逐渐增大，A相供电臂回路中的电流逐渐减小，中性段回路的电流逐渐增加。
对于方式二的连接方法，即中性段的连接段的电阻率大于中性段的非连接段的电阻率。与方式一类似，相当于在中性段的供电回路中串联了一个电阻R2，在受电弓到达位置点b时，受电弓同时从A相供电臂和中性段取电，但此时中性段的取电回路中等效串联的电阻R2最大，随车受电弓位置的向右移动，电阻R2逐渐减小，电阻R1逐渐增大。直到受电弓到达位置点c时，电阻R1达到最大。
在本实施例中，由于存在电阻R1，或者同时存在电阻R1和R2，可以使得机车电流在电阻R1，电阻R2上产生一定的压降，从而可以为电子开关(电子开关1，SCR-V1)提供一定的维持电压，可确保电子开关能正常导通，机车通过电子开关形成电流回路可提供导通维持电流，可确保电子开关可靠导通，随着受电弓前行，A相供电臂中连接段串入供电回路的长度越来越大，电阻值R1越来越高，A相供电臂的供电回路中的电流逐步变小，中性段回路的电流逐步增大。而现有技术中的方法，由于A相供电臂的连接段和中性段的连接段的电阻均很小，无法形成压降，在受电弓到达位置点b时，将会通过受电弓将电子开关两端短接，造成电子开关无正向压降而关断，电流全部由受电弓与中性区接通，这将会产生严重的接触电弧严重危及行车的安全。
在本实施例中，当受电弓位置到达位置点c时，电阻R1达到最大，A相供电回路中的电流达到最小。如图4所示，记位置点0与位置点1之间的电压为U0-1，记位置点0与位置点2之间的电压为U0-2，由于电阻R1和R2的存在，可使得U0-1与U0-2的电压差较小，即URL1+USCR-V1+UR2＝URL2+UR1，其中URL1为中性段回路的线路电阻压降，USCR-V1为电子开关阀压降，URL2为分相区内A相供电回路的线路电阻压降，UR1为A相供电臂的连接段的压降，UR2为中性段的连接段的压降。从而可以进一步降低电弧起始电压，避免电弧的形成，此过程在电子开关与机械开关构成的过分相装置中均适应。当应用到机械开关时，将USCR-V1电子开关阀压降部分替换为机械开关触点压降和线路压降之和，如图5所示，URL1+UQF+UR1＝URL2+UR2，其中UQF为机械开关压降，URL1为中性段回路的线路电阻压降，URL2为分相区内A相供电回路的线路电阻压降，UR1为A相供电臂的连接段的压降，UR2为中性段的连接段的压降。
在本实施例中，如图6所示，在受电弓通过位置点c与A相供电臂断开时，A相供电臂回路中的电阻达到最大，A相供电臂回路中电流达到最小，机车电流主要通过中性段回路，可以大大降低在受电弓脱离A相供电臂时电弧产生的可能，可有效避免电弧造成的危害。同时，即便在电流的分流情况下仍有可能引起电弧的产生，由于A相供电臂回路中存在电阻R1，中性段回路中存在电阻R2，会对电弧电流起到抑制作用，从而可以限制电弧电流，加快电流的衰减时间，减少电弧造成的危害。通过本发明的上述连接方式，一方面可以使得在列车过分相控制时，可以效抑制电弧产生；另一方面，不会产生额外的谐波以及谐波放大现象，不会对地面过分相系统造成LC谐振，可减少地面过分相系统的控制与逻辑处理过程。
在本实施例中，第一臂的连接段的总电阻大于等于0.2欧姆；第二臂的连接段的总电阻大于等于0.2欧姆。第一臂的连接段的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆；第二臂的连接段的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆。第一臂的连接段与第二臂的连接段之间的间隔距离大于等于500毫米。
在本实施例中，第一臂的连接段和第二臂的连接段可采用在铜中添加镍和/或锆等金属元素的合金材质。
本实施例的分相绝缘器，如图7所示，包括第一连接臂和第二连接臂，第一连接臂和第二连接臂之间电气隔离；第一连接臂的电阻率大于等于预设的第一电阻率；取电重叠区指能够同时从第一连接臂和第二连接臂获取电能；第一连接臂和第二连接臂之间具有取电重叠区，取电重叠区指能够同时从第一连接臂和第二连接臂获取电能。第二连接臂的电阻率大于等于预设的第二电阻率。第一连接臂和第二连接臂分别与要连接的两段接触线连接，从而可以快速、方便构建具有上述方法中所记载的电气特性的铁路供电系统接触网。
通过本实施例的分相绝缘器连接的接触线，在列车受电弓通过该分相绝缘器时，可以产生如上述方法中所记载的过程，从而可以有效抑制受电弓通过连接区域时电弧的产生，并即便有电弧产生，也可以加快电弧电流的衰减时间，减少电弧造成的危害。
第一连接臂的总电阻大于等于0.2欧姆；第二连接臂的总电阻大于等于0.2欧姆。第一连接臂的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆；第二连接臂的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆。第一连接臂与第二连接臂之间的间隔距离H大于等于500毫米。第一连接臂为“V”型，包括第一长子臂和第一短子臂，第二连接臂为“V”型，包括第二长子臂和第二短子臂。
在本实施例中，第一连接臂和第二连接臂可采用在铜中添加镍和/或锆等金属元素的合金材质。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种分相区接触线连接方法，其特征在于：第一臂的连接段和第二臂的连接段通过电气隔离的方式进行连接；所述第一臂的连接段的电阻率大于所述第一臂的非连接段的电阻率；所述第一臂的连接段和所述第二臂的连接段具有取电重叠区，所述取电重叠区指能够同时从所述第一臂和所述第二臂获取电能。
2.根据权利要求1所述的分相区接触线连接方法，其特征在于：所述第二臂的连接段的电阻率大于所述第二臂的非连接段的电阻率。
3.根据权利要求2所述的分相区接触线连接方法，其特征在于：所述第一臂的连接段的总电阻大于等于0.2欧姆；所述第二臂的连接段的总电阻大于等于0.2欧姆。
4.根据权利要求3所述的分相区接触线连接方法，其特征在于：所述第一臂的连接段的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆；所述第二臂的连接段的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆。
5.根据权利要求4所述的分相区接触线连接方法，其特征在于：所述第一臂的连接段与所述第二臂的连接段之间的间隔距离大于等于500毫米。
6.一种分相绝缘器，其特征在于：包括第一连接臂和第二连接臂，所述第一连接臂和所述第二连接臂之间电气隔离；
所述第一连接臂的电阻率大于等于预设的第一电阻率；
所述取电重叠区指能够同时从第一连接臂和第二连接臂获取电能；
所述第一连接臂和所述第二连接臂之间具有取电重叠区，所述取电重叠区指能够同时从所述第一连接臂和所述第二连接臂获取电能。
7.根据权利要求6所述的分相绝缘器，其特征在于：所述第二连接臂的电阻率大于等于预设的第二电阻率。
8.根据权利要求7所述的分相绝缘器，其特征在于：所述第一连接臂的总电阻大于等于0.2欧姆；所述第二连接臂的总电阻大于等于0.2欧姆。
9.根据权利要求8所述的分相绝缘器，其特征在于：所述第一连接臂的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆；所述第二连接臂的总电阻大于等于0.5欧姆，小于等于1欧姆。
10.根据权利要求9所述的分相绝缘器，其特征在于：所述第一连接臂与所述第二连接臂之间的间隔距离大于等于500毫米。
11.根据权利要求9所述的分相绝缘器，其特征在于：所述第一连接臂为“V”型，包括第一长子臂和第一短子臂，所述第二连接臂为“V”型，包括第二长子臂和第二短子臂。
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