CN110739683A

CN110739683A - 一种单线铁路供电安全保障装置

Info

Publication number: CN110739683A
Application number: CN201910968456.XA
Authority: CN
Inventors: 黄力
Original assignee: SICHUAN YOULIYUAN ELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN YOULIYUAN ELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-10-12
Filing date: 2019-10-12
Publication date: 2020-01-31

Abstract

本发明涉及一种单线铁路供电安全保障装置，包括输入端模块、宽幅稳压模块、蓄电池组模块、变压模块、滤波模块、旁路模块、STS静态切换开关模块和输出端模块。输入端模块可同时接收单线电源和发电机电源，并送入宽幅稳压模块整流、稳压、滤波、逆变最后输出高品质交流电源；通过设置蓄电池组模块保障单线电源和发电机电源切换过程时系统不掉电；通过STS静态切换开关模块和旁路模块保障宽幅稳压模块无法工作时系统的不掉电。本发明通过上述装置实现了单线铁路供电安全的保障。

Description

一种单线铁路供电安全保障装置

技术领域

本发明属于铁路设备供电领域，具体地说，涉及一种单线铁路供电安全保障装置。

背景技术

电力系统是发电、输电、变电、配电到用电的一个有机整体，其动力源可以是水能、热能等传统能源，也可以是太阳能、风能、核能等新能源，而铁路供电系统是电力系统中具有特殊负荷特性的一个子系统。铁路供电系统可以分为两部分：电力供电和牵引供电。电力供电系统为调度指挥、通信信号、旅客服务等业务提供可靠的电力保障，而牵引供电系统为电气化铁路的电力机车（动车组）提供电能。

对于电力供电系统：铁路电力供电线路一般由沿铁路全线设置的一条一级负荷电力贯通线和一条综合电力贯通线构成。电力贯通线电压等级通常为10kV，供电距离30-50km，特殊情况下如青藏铁路采用35kV电压等级，供电距离超过100km。沿线与行车有关的通信、信号、综调系统等由一级负荷电力贯通线主供，综合电力贯通线备供。其他用电负荷及各牵引变电所所用电源由综合电力贯通线提供电源，在区间各用电点设置10kV箱式变电站。变配电所两路相互独立的进线电源由公共电网提供，进线电压等级有10KV，35kV，110kV，220kV等。电力负荷分为车站负荷和区间负荷两大类。车站负荷主要为通信、信号、防灾报警、自动检售票、客服、电力监控、消防系统、各类水泵、各类通风机、空调、自动扶梯、电梯、电热设备和各类生产生活照明及站区照明负荷。区间负荷主要为通信、信号中继站、光纤直放站、牵引变电所所操作电源、隧道照明及监控设备等。按重要程度分为三个负荷等级，最重要的一级负荷包括：通信、信号、防灾报警、自动检售票、客服、电力监控、消防系统、应急照明、站台照明、地下出站厅照明、主控制室照明等。

对于牵引供电系统：牵引变电的作用是将电力系统引入的110KV或220KV三相交流电变换成27.5KV的单相交流电，通过馈电线送至电路沿线的接触网，为电力机车供电。有少数牵引变电所还承担向铁路地区工农业用户的10kV动力负荷供电。牵引变压器除了采用电力系统常规的普通三相变压器外，为满足牵引负荷的特殊需求还常采用特殊结线变压器，如单相结线、VV结线、斯科特结线、阻抗匹配平衡结线等变压器。在电气化铁路枢纽地区，客运站、编组站和电力机车机务段等铁路设施较集中的地方，由于站线延续长且股道数量多，接触网结构和配置复杂，客货运交会、编组和电力机车整备作业繁忙，致使该地区牵引网发生故障的几率增多。

单线铁路车站现有供电方式为单路电源供电，配备柴油发电机。当单路电源停电时，自动启动发电机供电，当单路电源恢复时可自动转换到单路电源供电，停止发电机工作。发电机启动和切换过程中，输出电源会出现短时中断。采用单线电源和发电机作为输入电源，在单线电源停电后启动发电机工作，启动后通过双电源切换开关切换到发电机供电。整个切换供电过程存在掉电时间，时间约为5~15秒。铁路车站信号、调度、通讯等设备对电源要求较高，不允许电源中断。一旦供电电源中断将会造成红光带故障，可能引发铁路行车安全事故。

发明内容

本发明针对现有的单线铁路切换供电过程中掉电的问题，提出了一种单线铁路供电安全保障装置，实现了切换供电过程不掉电。

本发明通过下述技术方案实现：

一种单线铁路供电安全保障装置，其特征在于，包括输入端模块、宽幅稳压模块、变压模块、滤波模块、旁路模块、STS静态切换开关模块和输出端模块；

所述输入端模块与宽幅稳压模块相连接，分别接收制式不同的交流电源，并按实际输入情况将实际接收到的一路交流电源传输至宽幅稳压模块；

所述宽幅稳压模块能接收制式不同的交流电源，并对所接收的制式不同的交流电源进行宽幅稳压，最终输出稳定的制式不同的交流电源；

所述变压模块连接在宽幅稳压模块的输出端，将宽幅稳压模块输出的制式不同的交流电源按照180：410的变压比进行变压后输出为220V或380V的交流电源；

所述滤波模块连接在变压模块后，对变压模块传输来的交流电源进行滤波；

所述STS静态切换开关模块分别与滤波模块和旁路模块相连接，当宽幅稳压模块出故障或在检修时，STS静态切换开关模块可自动或手动切换为由旁路模块供电，切换时间小于10ms，不会造成后端设备掉电；

所述旁路模块与输入端模块和STS静态切换开关相连接，当宽幅稳压模块工作时，旁路模块断路，当宽幅模块不工作时，由旁路模块连接输入端模块和STS静态切换开关模块进行供电；

所述输出端模块与STS静态切换开关相连，将STS静态切换开关传输的电流传输给后端设备。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述输入端模块分为第一输入端和第二输入端，两个输入端上都设置有切换开关，所述切换开关用于切换第一输入端与第二输入端进行输出；所述第一输入端根据实际情况接收来自贯通网和/或接触网的不同制式交流电源；所述第二输入端接收来自发电机的电源。

为了更好地实现本发明，进一步地，装置上还设置有蓄电池组模块，所述蓄电池组模块与宽幅稳压模块相连，当第一输入端停止供电，转由第二输入端的发电机进行供电时，在发电机启动和切换供电输入端期间由蓄电池组模块为电源系统进行供电。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述宽幅稳压模块包括PWM整流模块和逆变模块；

所述PWM整流模块将输入的制式不同的交流电源整流为稳定的直流电源，然后通过开关电源稳压输出稳定的直流电源到逆变模块；

所述逆变模块将接收到的直流电源通过SPWM技术转换成制式不同的交流电源输出到变压模块。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述PWM整流模块包括输入单元、滤波分压单元、IGBT单元、Rcd峰值吸收单元、驱动限压单元、滤波单元和输出端单元；

所述桥式整流单元采用桥式整流电路，将制式不同的交流电源整流为直流电源，桥式整流电路采用通用的电路结构，在图2中未画出；

所述输入单元与滤波分压单元相连接，接收整流后的不稳定的直流电路；

所述滤波分压单元与IGBT模块，对输入单元发送的不稳定的直流电源进行滤波和分压；

所述IGBT模块的IGBT上连接着Rcd峰值吸收单元和驱动限压单元，对滤波和分压后的不稳定的直流电源进行PWM变换，生成稳定的直流电源；

所述滤波单元连接在IGBT单元后，对IGBT单元送来的稳定的直流电源进行滤波处理；

所述输出端单元将经过滤波处理后的稳定的直流电源输入到逆变模块进行后续处理。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述逆变模块包括DSP控制单元、检测反馈单元、三相正弦波脉宽调制电路；

所述DSP控制单元包括RAM、复位电路、光耦隔离电路和DSP单片机芯片；

所述检测反馈单元包括电压检测单元、电流检测单元和短路检测单元三个检测单元；所述检测反馈单元与DSP单片机芯片相连和三相正弦波脉宽调制电路，并将电压检测单元、电流检测单元和短路检测单元检测的三相正弦波脉宽调制电路的电压、电流与短路的情况反馈给DSP单片机芯片；

所述三相正弦波脉宽调制电路与检测反馈单元和DSP控制单元相连接，采用三相桥式电路，包含6支IGBT模块。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述输入端模块和输出端模块上的每一条线路上都设置有电流互感器，在电网故障时，可提供电网系统故障电流信息。

附图说明

图1为本装置总电路图；

图2为PWM模块稳压滤波电路回路图；

图3为逆变模块总电路回路图；

图4为逆变模块控制逻辑图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

工作原理：输入端可以接收单线电源和发电机电源，其中单线电源包括接触网电源和贯通线电源，宽幅稳压模块可以将不同制式的交流电源整合为一条直流，再将直流逆变为制式不同的交流电源，从而实现单线电源和发电机电源同时供电。变压模块可以让宽幅稳压模块输出的电压变为后端设备需要的电压，滤波模块则可以提高输出电源的质量；蓄电池组模块可以保证单线电源和发电机电源切换过程之中系统不掉电；而STS静态切换开关模块与旁路模块可以保证在宽幅稳压模块不工作的时候，后端设备仍然可以得到持续不间断的供电。

实施例2：

工作原理：第一输入端设置电源接入线路，可以接收来自接触网和贯通线的不同电源；第二输入端设置电源接入线路，用于接收发电机提供的电源；通过切换开关，可以实现第一输入端和第二输入端供电的切换，当第一输入端没有供电时，通过切换开关切换为第二输入端接收发电机的供电，从而大大提升了供电的稳定性和可靠性。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

为了更好地实现本发明，进一步地，装置上还设置有蓄电池组模块，所述蓄电池组模块与宽幅稳压模块相连，当第一输入端停止供电，转由第二输入端的发电机进行供电时，在发电机启动和切换供电输入端期间由蓄电池组模块为电源系统进行供电，从而保证切换过程不掉电。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例的其他部分与上述实施例1-3相同，故不再赘述。

实施例5：

为了更好地实现本发明，如图2所示，进一步地，所述PWM整流模块主回路包括桥式整流单元、输入单元、滤波分压单元、IGBT单元、Rcd峰值吸收单元、滤波单元和输出端单元；

工作原理：如图2中所示：

I09、I10、I11、I12，为输出端单元，是PWM处理电源后输出直流电源，接入逆变模块的端口；

I13、I14、I15、I16，为输入单元，接在输入端电源经输入变压、防雷、滤波处理后整流输入PWM整流模块的端口；

4、6，这个端口为接触网电源经控制变压器后输入到PWM整流模块的控制电源单元；

9、12，这个端口为贯通线电源直接输入到PWM整流模块的控制电源单元；

I17、I18，这个端口为双电源转换开关电源；

E1、E3、C1、C4、R2、R5构成滤波分压单元，起滤波和分压的作用；

C2、D1、R1构成Rcd峰值吸收单元；

R3、Z1、Z2为驱动限压单元；

Q1、D2为IGBT模块；

L1、E2、C3、R4为滤波单元；

当制式不同的交流电源通过桥式电路转化为直流电源后是不稳定且低质量的，通过图2所示的电路进行滤波稳压，可以得到稳定高质量的直流电源。

本实施例的其他部分与上述实施例1-4相同，故不再赘述。

实施例6：

所述检测反馈单元包括电压检测单元、电流检测单元和短路检测单元三个检测单元；所述检测反馈单元与DSP单片机芯片相连和三相正弦波脉宽调制电路，并将电压检测单元、电流检测单元和短路检测单元检测的三相正弦波脉宽调制电路的电压、电流与短路的情况反馈给DSO单片机芯片；

工作原理：DSP控制单元包括RAM、复位电路、光耦隔离电路和DSP单片机芯片；从图3中可以看出检测反馈单元与三相正弦波脉宽调制电路的六支IGBT模块、DSP单片机芯片相连；检测反馈单元通过电流、电压和短路的检测单元对PWM整流模块进行检测，并将检测结果反馈到DSP单片机芯片，其中电流检测单元与DSP的AD1端连接，电压检测单元与DSP单片机芯片的AD2端连接，短路检测单元与DSP单片机芯片的PWM封锁端连接；而DSP又通过SPWM1-6端口分别与六支IGBT模块相连接，控制生成单/三相的交流电源；如图4所示，DSP模块中具体还包括光耦隔离电路，复位电路和RAM等单元，因为属于本领域常规设置，故未在图3中具体体现。

本实施例的其他部分与上述实施例1-5相同，故不再赘述。

实施例7：

本实施例的其他部分与上述实施例1-6相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种单线铁路供电安全保障装置，其特征在于，包括输入端模块、宽幅稳压模块、变压模块、滤波模块、旁路模块、STS静态切换开关模块和输出端模块；

2.由权利要求1所述的一种单线铁路供电安全保障装置，其特征在于，所述输入端模块分为第一输入端和第二输入端，两个输入端上都设置有切换开关，所述切换开关用于切换第一输入端与第二输入端进行输出；所述第一输入端根据实际情况接收来自贯通网或接触网的不同制式交流电源；所述第二输入端接收来自发电机的电源。

3.由权利要求2所述的一种单线铁路供电安全保障装置，其特征在于，装置上还设置有蓄电池组模块，所述蓄电池组模块与宽幅稳压模块相连，当第一输入端停止供电，转由第二输入端的发电机进行供电时，在发电机启动和切换供电输入端期间由蓄电池组模块为电源系统进行供电。

4.由权利要求1所述的一种单线铁路供电安全保障装置，其特征在于，所述宽幅稳压模块包括PWM整流模块和逆变模块；

5.由权利要求4所述的一种单线铁路供电安全保障装置，其特征在于，所述PWM整流模块包括桥式整流单元、输入单元、滤波单元、IGBT单元、Rcd峰值吸收单元、驱动限压单元、滤波单元和输出端单元；

所述桥式整流单元采用桥式整流电路，将制式不同的交流电源整流为不稳定的直流电源；

所述输入单元与滤波单元相连接，接收整流后的不稳定的直流电源；

所述滤波单元与IGBT模块，对输入单元发送的不稳定的直流电源进行滤波；

所述IGBT模块的IGBT上连接着Rcd峰值吸收单元和驱动限压单元，对滤波后的不稳定的直流电源进行PWM变换，生成稳定的直流电源；

6.如权利要求4所述的一种单线铁路供电安全保障装置，其特征在于，所述逆变模块包括DSP控制单元、检测反馈单元、三相正弦波脉宽调制电路；

7.由权利要求1所述的一种单线铁路供电安全保障装置，其特征在于，所述输入端模块和输出端模块上的每一条线路上都设置有电流互感器，在电网故障时，可提供电网系统故障电流信息。