CN110525275A - 一种动车组交直流网侧电路及其控制方法 - Google Patents

一种动车组交直流网侧电路及其控制方法 Download PDF

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何中建
孙雨彤
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Abstract

本发明公开了一种动车组交直流网侧电路及其控制方法，其中交直流网侧电路包括两组供电单元、高压电缆和第一高压隔离开关；各供电单元包括受电弓、第二高压隔离开关、交直流检测装置、交流真空断路器、主变压器、变流器、接地装置、交直流转换开关、直流断路器；受电弓通过第二高压隔离开关、交直流检测装置、交流真空断路器、主变压器、变流器与牵引电机相连；交直流转换开关一端接于交直流检测装置与交流真空断路器间，另一端通过直流断路器、主变压器、变流器与牵引电机相连；两供电单元通过高压电缆相连；第一高压隔离开关设于两供电单元之间的高压电缆上。本发明结构简单、控制可靠，能够在交直流供电模式之间进行快速切换。

Description

一种动车组交直流网侧电路及其控制方法
技术领域
本发明特别涉及一种动车组交直流网侧电路及其控制方法。
背景技术
网侧供电系统是列车的关键系统，网侧供电系统主电路设计的品质，是列车品质保障的重要条件之一。随着动车组技术的发展，传统意义上使用单种供电制式的动车组，如使用交流25kV供电或者使用直流3000V供电，仅仅只能适用单一的供电线路。对于一些没有统一供电的制式的区域，如欧盟区域，同一国家在不同地区存在不同的供电制式。也存在某一国家的车辆需要运行到其他国家，但不同国家的供电制式也有可能都不一致，因此有一种动车组车辆要适应不同弓网供电制式的强烈需求。但目前对于这种适应交直流的供电电路的动车组主电路没有相关案例。虽然201510518959.9用于双流制动车组的交直流转换控制电路公布了一种针对动车组双流的转换电路，仅仅侧重于车辆的交直流的检测方面，但对于动车组的多流供电主电路方面没有提供可行的方案。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中没有多流供电动车组主电路的不足，提供一种结构简单、控制可靠的动车组交直流网侧电路及其控制方法，适用交流供电模式和直流供电模式，且能够在交直流供电模式之间进行快速切换。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种动车组交直流网侧电路，其特点是包括两组供电单元、高压电缆和常闭的第一高压隔离开关；
各供电单元包括用于接收接触网上电压的受电弓、常闭的第二高压隔离开关、交直流检测装置、常开的交流真空断路器、主变压器、变流器、接地装置、常开的交直流转换开关、常开的直流断路器；其中，受电弓的输出端依次通过第二高压隔离开关、交直流检测装置、交流真空断路器、主变压器、变流器与动车组的牵引电机相连；交直流转换开关的一端接于交直流检测装置与交流真空断路器之间，交直流转换开关的另一端依次通过直流断路器、主变压器、变流器与动车组的牵引电机相连；主变压器和变流器均通过接地装置接地；
两供电单元通过高压电缆相连，供电单元与高压电缆的连接点设于第二高压隔离开关与交直流检测装置之间；第一高压隔离开关设于两供电单元之间的高压电缆上。
进一步地，所述交流真空断路器通过接地开关接地。
进一步地，还包括设于两供电单元之间的高压电缆上的车间跳线。
进一步地，还包括设于交直流检测装置与交流真空断路器之间的电压互感器，设于交流真空断路器与主变压器之间的第一电流互感器，设于主变压器与接地装置之间的第二电流互感器。
进一步地，还包括设于第二高压隔离开关与交直流检测装置之间的第一避雷器，设于交直流转换开关与直流断路器之间的第二避雷器，设于交流真空断路器与主变压器之间的第三避雷器。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种动车组交直流网侧电路的控制方法，在两个供电单元均无故障时，包括：
交直流检测装置检测接触网的网压，若检测到当前接触网网压为交流，则保持第一高压隔离开关闭合，保持两个供电单元的交直流转换开关断开，闭合两个供电单元的交流真空断路器，接触网接通主变压器，在交流供电模式下通过牵引电机供电；若检测到当前接触网网压为直流，则保持第一高压隔离开关闭合，保持两个供电单元的交流真空断路器断开，同时闭合两个供电单元的交直流转换开关和直流断路器，接触网接通主变压器，在直流供电模式下通过牵引电机供电。
进一步地，当某一受电弓出现故障时，断开对应供电单元中的第二高压隔离开关，将出现了故障的受电弓进行隔离，由另一供电单元对动车组进行供电。电路可正常运行。
进一步地，当某一供电单元中除受电弓以外的设备出现故障时，断开第一高压隔离开关，将出现了故障的供电单元的故障设备进行隔离，由另一供电单元对动车组进行供电。电路可半列车正常运行。
进一步地，交流供电模式切换至直流供电模式之前，首先分断两供电单元的交流真空断路器，确保整车处于无弓网供电状态，然后车辆滑行至直流供电区域并保持受电弓的升弓状态，最后交直流检测装置对当前的接触网网压进行检测，当检测到当前接触网网压为直流时，闭合两个供电单元的交直流转换开关和直流断路器，切换到直流供电模式。即完成从交流供电到直流供电的切换。
进一步地，直流供电模式切换至交流供电模式之前，首先分断两供电单元的直流断路器，确保整车处于无弓网供电状态，然后车辆滑行至交流供电区域并保持受电弓的升弓状态，最后交直流检测装置对当前的接触网网压进行检测，当检测到当前接触网网压为交流时，断开两个供电单元的交直流转换开关，并闭合两个供电单元的交流真空断路器，切换到交流供电模式。即完成从直流供电到交流供电的切换。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，能够适用交流供电和直流供电，车辆适用范围大。
第二，能做不同供电制式下进行在线快速切换，车辆无需进行额外的改造和增加设备，减少车辆的维护费用。
第三，两个供电单元设计为对称结构，某一供电单元出现故障，可在线进行切除隔离，车辆仍可以继续运行，避免了车辆的清客下线，提高车辆的准点率。
第四，交直流共用母线，减少车辆的布线。
第五，两个供电单元的交直流检测装置同时对弓网电压进行检测，提高检测的可靠性，减少误动作，确保电路安全工作。
附图说明
图1为本发明交直流网侧电路结构简图。
图2为交流供电电压流向图。
图3为直流供电电压流向图。
图4为交流供电模式切换至直流供电模式过程图。
其中，0-接触网，1-受电弓，2-交直流检测装置，3-交流真空断路器，31-接地开关，4-交直流转换开关，51-第一避雷器，52-第二避雷器，53-第三避雷器，6-直流断路器(带高压箱)，7-第二高压隔离开关，8-高压电缆，9-车间跳线，10-电压互感器，11-第一电流互感器，12-主变压器，13-变流器，14-牵引电机，15-第二电流互感器，16-接地装置，17-第一高压隔离开关。
具体实施方式
为使本发明的上述解决技术问题、发明内容、发明效果更加明显易懂，下面结合图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，动车组交直流网侧电路包括两组对称布置的供电单元、高压电缆8和常闭的第一高压隔离开关17；
各供电单元包括用于接收接触网0上电压的受电弓1、常闭的第二高压隔离开关7、交直流检测装置2、常开的交流真空断路器3、主变压器12、变流器13、接地装置16、常开的交直流转换开关4、常开的直流断路器6；其中，受电弓1的输出端依次通过第二高压隔离开关7、交直流检测装置2、交流真空断路器3、主变压器12、变流器13与动车组的牵引电机14相连；交直流转换开关4的一端接于交直流检测装置2与交流真空断路器3之间，交直流转换开关4的另一端依次通过直流断路器6、主变压器12、变流器13与动车组的牵引电机14相连；主变压器12和变流器13均通过接地装置16接地；主变压器12和变流器13适用交直流供电电源输入。
两供电单元通过高压电缆8相连，供电单元与高压电缆8的连接点设于第二高压隔离开关7与交直流检测装置2之间；第一高压隔离开关17设于两供电单元之间的高压电缆8上。
所述交流真空断路器3通过接地开关31接地。
动车组交直流网侧电路还包括设于两供电单元之间的高压电缆8上的车间跳线9。高压电缆8和车间跳线9为交直流共用。
动车组交直流网侧电路还包括设于交直流检测装置2与交流真空断路器3之间的电压互感器10，设于交流真空断路器3与主变压器12之间的第一电流互感器11，设于主变压器12与接地装置16之间的第二电流互感器15。
动车组交直流网侧电路还包括设于第二高压隔离开关7与交直流检测装置2之间的第一避雷器51，设于交直流转换开关4与直流断路器6之间的第二避雷器52，设于交流真空断路器3与主变压器12之间的第三避雷器53。
交流供电回路主要部件组成包括：接触网0、受电弓1、交直流检测装置2、交流真空断路器3、接地开关31、第二高压隔离开关7、高压电缆8、车间跳线9、主变压器12、变流器13、牵引电机14、接地装置16、第一高压隔离开关17。
直流供电回路主要部件组成包括：接触网0、受电弓1、交直流检测装置2、交直流转换开关4、直流断路器6(带高压箱)、第二高压隔离开关7、高压电缆8、车间跳线9、主变压器12、变流器13、牵引电机14、第二电流互感器15、接地装置16、第一高压隔离开关17。
动车组交直流网侧电路中各部件基本功能说明如下：
受电弓1-用于接收接触网0上的电压；
第二高压隔离开关7-用于切断和隔离受电弓1；
交直流检测装置2-用于检测升弓后，检测弓网的电压制式，并输出相应的结果给车辆控制单元；
交流真空断路器3和接地开关31-用于接通和断开交流电路，并对整个电路进行保护；
交直流转换开关4-用于交直流电路的切换、导通和断开；
直流断路器6-用于接通和断开直流电路，并对整个电路进行保护(配合高压箱完成)；
第一高压隔离开关17-用于导通和分断交直流电路；
主变压器12、变流器13、牵引电机14-用于接收交直流电压，通过整流逆变，输出相应的电压，控制牵引电机14动作，达到车辆的牵引制动等功能；
其他部件如避雷器、各种互感器是组成本电路其他保护控制功能的组件，为本电路的辅助设备。
本发明适用交流和直流接触器0，适用交流25kV、15kV，16.7Hz、直流3000V、直流1500V弓网供电制式。能够自动检测弓网的供电制式，并在线进行交直流供电模式切换。两个供电单元的交直流检测装置同时对网压进行检测，当两者检测结果一致时，才进入后续交直流工作模式的操作。
本发明正常工作时，升单弓给整车供电。
本发明的工作原理：升图1中左侧供电单元的受电弓1，交直流检测装置2对接触网0的交直流网压进行判断。若检测到当前网压为交流供电(如交流25kV或者15kV)，说明整车处于交流供电模式，第一高压隔离开关17保持闭合，两供电单元交直流转换开关4保持不动，同时闭合两供电单元交流真空断路器3，接通主变压器12，即完成交流供电模式下供电。若检测到当前网压为直流供电(如直流3000V或者1500V)，说明整车处于直流供电模式，第一高压隔离开关17保持闭合，两供电单元交直流转换开关4从接地位转换到直流位，交流真空断路器3保持断开状态不变，闭合直流断路器6，接通主变压器12，即完成直流供电模式下供电。
故障隔离操作说明：本发明电路无论是处在交流供电模式还是处于直流供电模式下，故障隔离操作的方式一致，仅以在交流供电模式下为例进行说明。
车辆处于落弓无电状态下：
若某供电单元受电弓1故障，断开第二高压隔离开关7，将故障受电弓1隔离。升另一正常供电单元的弓，给整车设备供电，确保车辆正常运行。
若某供电单元设备(如变压器12、变流器13等)故障，断开第一高压隔离开关17后，升另一正常供电单元的弓，给另一供电单元设备供电，确保车辆可以半列车运行。
车辆处于升弓带电状态下(假如图1中左侧供电单元的受电弓1升起，给左侧供电单元和右侧供电单元的设备供电)：
若右侧供电单元受电弓1故障，可以直接断开右侧供电单元的第二高压隔离开关7，将故障受电弓1隔离，车辆保持整车运行；若右侧供电单元除受电弓1外的设备(如变压器12、变流器13等)故障，断开第一高压隔离开关17，将右侧故障供电单元隔离，保证左侧供电单元正常运行；
若左侧供电单元受电弓1故障，两供电单元交流真空断路器3断开，断开左侧供电单元的第二高压隔离开关7，将左侧故障受电弓1隔离，升右侧供电单元的受电弓1，再闭合两供电单元交流真空断路器3，接通主变压器12，车辆可以正常整列车运行。
若左侧供电单元除受电弓1外的设备(如变压器12、变流器13等)故障，将左侧供电单元的交流真空断路器3断开，隔离左侧供电单元故障设备。第一高压隔离开关17保持闭合状态，给右侧正常供电单元供电，以确保车辆可以半列车运行。
本发明所述动车组交直流网侧电路的控制方法，包括：在两个供电单元均无故障时，
交直流检测装置2检测接触网0的网压，若检测到当前接触网0网压为交流，则保持第一高压隔离开关17闭合，保持两个供电单元的交直流转换开关4断开，闭合两个供电单元的交流真空断路器3，接触网0接通主变压器12，在交流供电模式下通过牵引电机14供电；若检测到当前接触网0网压为直流，则保持第一高压隔离开关17闭合，保持两个供电单元的交流真空断路器3断开，同时闭合两个供电单元的交直流转换开关4和直流断路器6，接触网0接通主变压器12，在直流供电模式下通过牵引电机14供电。
当某一受电弓1出现故障时，断开对应供电单元中的第二高压隔离开关7，将出现了故障的受电弓1进行隔离，由另一供电单元对动车组进行供电。电路可正常运行。
当某一供电单元中除受电弓1以外的设备出现故障时，断开第一高压隔离开关17，将出现了故障的供电单元的故障设备进行隔离，由另一供电单元对动车组进行供电。电路可半列车正常运行。
交直流供电切换说明：
交流供电模式切换到直流供电模式：车辆在交流模式下正常运行时，在进入直流供电模式之前，首先分断两供电单元的交流真空断路器3，确保整车处于无弓网供电状态，然后车辆滑行至直流供电区域并保持受电弓1的升弓状态，最后交直流检测装置2对当前的接触网0网压进行检测，当检测到当前接触网0网压为直流时，闭合两个供电单元的交直流转换开关4和直流断路器6，切换到直流供电模式。即完成从交流供电到直流供电的切换。
直流供电模式切换到交流供电模式：车辆在直流模式下正常运行时，在进入交流供电模式之前，首先分断两供电单元的直流断路器6，确保整车处于无弓网供电状态，然后车辆滑行至交流供电区域并保持受电弓1的升弓状态，最后交直流检测装置2对当前的接触网0网压进行检测，当检测到当前接触网0网压为交流时，断开两个供电单元的交直流转换开关4，并闭合两个供电单元的交流真空断路器3，切换到交流供电模式。即完成从直流供电到交流供电的切换。
图2展示了交流供电模式下电压的流向图。升左侧供电单元的受电弓1，交直流检测装置2对接触网0的交直流网压进行判断。若检测到当前网压为交流供电(如交流25kV或者15kV)，第一高压隔离开关17保持闭合，交直流转换开关4保持不动(默认为接地位)，同时闭合两供电单元交流真空断路器3，接通主变压器12，即完成交流供电模式下供电。
交流供电模式下出现故障时：升本供电单元弓，若另一供电单元受电弓1故障，直接切断另一供电单元的第二高压隔离开关7，将故障受电弓1隔离，整车仍可整车运行；若另一供电单元除受电弓1外的设备故障，可以断开第一高压隔离开关17，将故障供电单元切除，半列车运行；若本供电单元除受电弓1外的设备(如变压器12、变流器13等)故障，直接断开本供电单元交流真空断路器3，将故障设备隔断即可。若本供电单元受电弓1故障，用第二高压隔离开关7将故障受电弓1隔离后，需要换升操作，升起另外供电单元的弓给整车单元供电，车辆可保持整车运行。
图3展示了直流供电模式下电压的流向图。升左侧供电单元的受电弓1，交直流检测装置2对接触网0的交直流网压进行判断。若检测到当前网压为直流供电(如直流3000V或者1500V)，保持第一高压隔离开关17闭合，两供电单元交直流转换开关4从接地位转换到直流位，交流真空断路器3保持断开状态不变，闭合直流断路器6，接通主变压器12，即完成直流供电模式下供电。
直流供电模式下出现故障时：升本供电单元弓，若另一供电单元受电弓1故障，直接切断另一供电单元的第二高压隔离开关7，将故障受电弓1隔离，整车仍可整车运行；若另一供电单元除受电弓1外的设备故障，可以断开第一高压隔离开关17，将故障供电单元切除，半列车运行；若本供电单元除受电弓1外的设备(如变压器12、变流器13等)故障，直接断开本供电单元直流断路器6，将故障设备隔断即可。若本供电单元受电弓1故障，用第二高压隔离开关7将故障受电弓1隔离后，需要换升操作，升起另外供电单元的弓给整车单元供电，车辆可保持整车运行。
图4展示了交流供电模式切换到直流供电模式的过程示意图。车辆在交流供电模式下正常运行时，车辆处于交流供电模式，在进入直流供电模式之前(交直流转换无电区)，车辆需要分断供电两单元交流真空断路器3，确保整车处于无弓网供电状态，车辆滑行至直流供电区域，受电弓1保持升弓状态，交直流检测装置2对当前的弓网状态进行检测，确保为直流供电时，两供电单元的交直流转换开关4从接地位切换到直流位，同时闭合直流断路器6，切换到直流供电模式，即完成从交流供电到直流供电的切换。
直流供电模式切换到交流供电模式的过程类似，在此不做赘述，但并不影响本领域的技术人员对本发明的理解和实现。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动车组交直流网侧电路，其特征在于，包括两组供电单元、高压电缆(8)和常闭的第一高压隔离开关(17)；
各供电单元包括用于接收接触网(0)上电压的受电弓(1)、常闭的第二高压隔离开关(7)、交直流检测装置(2)、常开的交流真空断路器(3)、主变压器(12)、变流器(13)、接地装置(16)、常开的交直流转换开关(4)、常开的直流断路器(6)；其中，受电弓(1)的输出端依次通过第二高压隔离开关(7)、交直流检测装置(2)、交流真空断路器(3)、主变压器(12)、变流器(13)与动车组的牵引电机(14)相连；交直流转换开关(4)的一端接于交直流检测装置(2)与交流真空断路器(3)之间，交直流转换开关(4)的另一端依次通过直流断路器(6)、主变压器(12)、变流器(13)与动车组的牵引电机(14)相连；主变压器(12)和变流器(13)均通过接地装置(16)接地；
两供电单元通过高压电缆(8)相连，供电单元与高压电缆(8)的连接点设于第二高压隔离开关(7)与交直流检测装置(2)之间；第一高压隔离开关(17)设于两供电单元之间的高压电缆(8)上。
2.如权利要求1所述的动车组交直流网侧电路，其特征在于，所述交流真空断路器(3)通过接地开关(31)接地。
3.如权利要求1所述的动车组交直流网侧电路，其特征在于，还包括设于两供电单元之间的高压电缆(8)上的车间跳线(9)。
4.如权利要求1所述的动车组交直流网侧电路，其特征在于，还包括设于交直流检测装置(2)与交流真空断路器(3)之间的电压互感器(10)，设于交流真空断路器(3)与主变压器(12)之间的第一电流互感器(11)，设于主变压器(12)与接地装置(16)之间的第二电流互感器(15)。
5.如权利要求1所述的动车组交直流网侧电路，其特征在于，还包括设于第二高压隔离开关(7)与交直流检测装置(2)之间的第一避雷器(51)，设于交直流转换开关(4)与直流断路器(6)之间的第二避雷器(52)，设于交流真空断路器(3)与主变压器(12)之间的第三避雷器(53)。
6.一种如权利要求1至5任一项所述动车组交直流网侧电路的控制方法，其特征在于，在两个供电单元均无故障时，包括：
交直流检测装置(2)检测接触网(0)的网压，若检测到当前接触网(0)网压为交流，则保持第一高压隔离开关(17)闭合，保持两个供电单元的交直流转换开关(4)断开，闭合两个供电单元的交流真空断路器(3)，接触网(0)接通主变压器(12)，在交流供电模式下通过牵引电机(14)供电；若检测到当前接触网(0)网压为直流，则保持第一高压隔离开关(17)闭合，保持两个供电单元的交流真空断路器(3)断开，同时闭合两个供电单元的交直流转换开关(4)和直流断路器(6)，接触网(0)接通主变压器(12)，在直流供电模式下通过牵引电机(14)供电。
7.如权利要求6所述的动车组交直流网侧电路的控制方法，其特征在于，当某一受电弓(1)出现故障时，断开对应供电单元中的第二高压隔离开关(7)，由另一供电单元对动车组进行供电。
8.如权利要求6所述的动车组交直流网侧电路的控制方法，其特征在于，当某一供电单元中除受电弓(1)以外的设备出现故障时，断开第一高压隔离开关(17)，由另一供电单元对动车组进行供电。
9.如权利要求6所述的动车组交直流网侧电路的控制方法，其特征在于，交流供电模式切换至直流供电模式之前，首先分断两供电单元的交流真空断路器(3)，然后车辆滑行至直流供电区域并保持受电弓(1)的升弓状态，最后交直流检测装置(2)对当前的接触网(0)网压进行检测，当检测到当前接触网(0)网压为直流时，闭合两个供电单元的交直流转换开关(4)和直流断路器(6)，切换到直流供电模式。
10.如权利要求6所述的动车组交直流网侧电路的控制方法，其特征在于，直流供电模式切换至交流供电模式之前，首先分断两供电单元的直流断路器(6)，然后车辆滑行至交流供电区域并保持受电弓(1)的升弓状态，最后交直流检测装置(2)对当前的接触网(0)网压进行检测，当检测到当前接触网(0)网压为交流时，断开两个供电单元的交直流转换开关(4)，并闭合两个供电单元的交流真空断路器(3)，切换到交流供电模式。
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