CN111193381B - 接地开关、牵引变流器及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接地开关、牵引变流器及其系统，其中，所述接地开关包括静触头和动触头，所述静触头连接在牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路中，所述动触头接地，所述接地开关用于控制对所述牵引功率单元和所述逆变功率单元之间的中间回路接地进而进行放电。本发明提供的接地开关、牵引变流器及系统，可以实现牵引变流器的中间回路的接地并快速放电。

Description

接地开关、牵引变流器及其系统

技术领域

本发明涉及电力机车领域，尤其涉及一种接地开关、牵引变流器及其系统。

背景技术

为了保证机车能够正常运行，机车操作人员及维修人员通常需要打开牵引变流器柜门，以对牵引变流器进行维修。

现有技术中，电力机车的电传动系统牵引变流器的中间回路电压可达3000V左右，当需要对电力机车的电传动系统牵引变流器进行操作或者维修时，为了保证设备操作和维修人员的人身安全，需要通过放电电阻对牵引变流器的中间回路进行放电，以使电压降低到安全操作的范围，同时还借助电压检测板的指示灯来判断电压是否降低到安全范围，进而对机车的牵引变流器进行相关操作。然而现有技术中通过放电电阻对中间回路放电所需的时间较长，因此，如何实现牵引变流器的中间回路的快速放电，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的技术问题，本发明提出一种牵引变流器及其系统，通过在牵引变流器的中间回路上设置接地开关，能够实现牵引变流器的中间回路的接地并快速放电。

第一方面，本发明实施例提供一种接地开关，所述接地开关包括静触头和动触头，所述静触头连接在牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路中，所述动触头接地，所述接地开关用于控制对所述牵引功率单元和所述逆变功率单元之间的中间回路接地进而进行放电。

可选的，所述静触头包括正端子和负端子，所述正端子与所述中间回路的正母线连接，所述负端子与所述中间回路的负母线连接。

通过设置在所述牵引功率单元和所述逆变功率单元之间的中间回路中的静触头的正负端子与中间回路的正负母线的连接，又根据接地开关中的动触头接地，实现牵引变流器的中间回路的接地并快速放电。

可选的，所述接地开关包括控制手柄，所述控制手柄和所述动触头连接，所述控制手柄用于控制所述接地开关的开闭。

由于在接地开关中设置控制手柄，一方面可以方便操作人员通过控制手柄控制接地开关的开闭，另一方面，还可以根据控制手柄的指向位置来判断当前时刻接地开关的闭合或断开的状态。

可选的，所述接地开关还包括辅助触点，所述辅助触点用于将所述接地开关的开闭状态反馈给牵引控制单元。

由于接地开关上设置有辅助触点，辅助触点可以将接地开关的开闭状态反馈给牵引控制单元，以实现对操作人员人身安全的双重保证。

可选的，所述接地开关还包括接地钥匙锁芯和牵引钥匙锁芯，所述接地钥匙锁芯和所述牵引钥匙锁芯分别设置在所述控制手柄的两侧；所述接地钥匙锁芯中插锁有接地钥匙，所述牵引钥匙锁芯中插锁有牵引钥匙；所述控制手柄用于解锁所述接地钥匙或所述牵引钥匙。

可选的，若所述控制手柄指向所述接地钥匙锁芯，则所述控制手柄用于解锁所述接地钥匙。

可选的，若所述控制手柄指向所述牵引钥匙锁芯，则所述控制手柄用于解锁所述牵引钥匙。

可选的，所述动触头包括有接地线。

第二方面，本发明实施例提供一种牵引变流器，包括：牵引功率单元、第一方面所述的接地开关和逆变功率单元；其中：

所述接地开关连接在所述牵引功率单元和所述逆变功率单元之间的中间回路中，所述牵引功率单元用于将输入的交流电转换为直流电；

所述逆变功率单元用于将所述直流电转换为交流电，并将转换后的交流电输出；

所述接地开关用于控制对所述牵引功率单元和所述逆变功率单元之间的中间回路接地进而进行放电。

第三方面，本发明实施例提供一种牵引变流系统，包括多个电机和第二方面所述的牵引变流器。

本发明实施例提供的接地开关、牵引变流器及其系统，接地开关包括静触头和动触头，其中，静触头连接在牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路中，动触头接地，接地开关用于控制对牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路接地进而进行放电。由于通过在牵引功率单元与逆变功率单元之间的中间回路中设置接地开关，根据接地开关的静触头与牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路的连接，且动触头接地，对中间回路进行放电处理，由此实现牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路的接地并快速放电。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明根据一示例性实施例示出的一种接地开关的结构示意图。

图2为图1中接地开关的另一结构示意图。

图3为接地开关指示灯的标识及标识含义的说明示意图。

图4是本发明根据一示例性实施例示出的一种牵引变流器的结构示意图。

图5是本发明根据另一示例性实施例示出的一种牵引变流器的结构示意图。

图6是本发明根据另一示例性实施例示出的一种牵引变流系统的结构示意图。

附图标记说明：

10：牵引变流器；

11：牵引功率单元；

12：接地开关；

13：逆变功率单元；

14：中间回路；

121：静触头；

122：动触头；

1211：静触头正端子；

1212：静触头负端子；

101：中间回路中正母线；

102：中间回路中负母线；

123：控制手柄；

124：接地钥匙锁芯；

1241：接地钥匙；

125：牵引钥匙锁芯；

1251：牵引钥匙；

20：电机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

为了避免现有技术中操作人员在对牵引变流器进行维修或者操作的时候，因为中间回路电压过高或者操作不当而导致触电事故的发生，本实施例在牵引变流器的中间回路中设置接地开关，以快速的对中间回路进行放电处理，从而保证维修人员或操作人员的人身安全。下面以具体的实施例进行详细说明。

图1是本发明根据一示例性实施例示出的一种接地开关的结构示意图，如图1所示，接地开关12包括：静触头121和动触头122，其中，静触头121连接在牵引功率单元11和逆变功率单元13之间的中间回路中，动触头122接地，接地开关用于控制对牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路接地进而进行放电。

其中，静触头121包括正端子1211和负端子1212，正端子1211与中间回路的正母线101连接，负端子1212与中间回路的负母线102连接。

在一种可以实现的方式中，当接地开关12的静触头121闭合的情况下，也即，静触头121的正端子1211与中间回路的正母线101连接，负端子1212与中间回路的负母线102连接，此时，接地开关12的动触头122将接地，从而实现中间回路的接地并放电；当接地开关12的静触头121断开的情况下，也即，静触头121的正端子1211与中间回路的正母线101断开连接，负端子1212与中间回路的负母线102断开连接，此时，接地开关12的静触头121的正端子1211和负端子1212在中间回路的正母线101与负母线102间呈开路状态，对牵引变流器的中间回路的工作状态没有影响。

在本实施例中，接地开关包括静触头和动触头，静触头连接在牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路中，动触头接地，接地开关用于控制对牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路接地进而进行放电。由于通过在牵引功率单元与逆变功率单元之间的中间回路中设置接地开关，根据接地开关的静触头与牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路的连接，且动触头接地，对中间回路进行放电处理，由此实现牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路的接地并快速放电。

为了方便操作人员对接地开关的开闭的控制，本发明实施例在接地开关设置了控制手柄，图2为图1中接地开关的另一结构示意图，如图2所示，接地开关12包括控制手柄123，控制手柄123和动触头122连接，控制手柄123用于控制接地开关12的开闭。

具体的，控制手柄123连接动触头122，操作控制手柄123可以带动动触头122转动，从而可以实现静触头121的接通及断开，以实现接地开关的闭合或断开。另外，控制手柄123可以自由90°扳动，在牵引变流器处于正常运行状态时，控制手柄123是处于锁定状态，也即无法扳动，此时，接地开关也就无法通过控制手柄123进行闭合或断开。另外，对于控制手柄123在接地开关上位置，本实施例不做任何限制，只要能够实现控制手柄123的功能即可。

由于在接地开关中设置控制手柄123，一方面可以方便操作人员通过控制手柄123控制接地开关的开闭，另一方面，还可以根据控制手柄123的指向位置来判断当前时刻接地开关的闭合或断开的状态。

进一步地，接地开关还包括接地钥匙锁芯124和牵引钥匙锁芯125，接地钥匙锁芯124和牵引钥匙锁芯125分别设置在控制手柄123的两侧；接地钥匙锁芯124中插锁有接地钥匙1241，牵引钥匙锁芯125中插锁有牵引钥匙1251；控制手柄123用于解锁接地钥匙1241或牵引钥匙1251。

具体的，继续参考图2，接地开关还包括设置在控制手柄123两侧的接地钥匙锁芯124和牵引钥匙锁芯125，接地钥匙锁芯124中插锁有接地钥匙1241，牵引钥匙锁芯125中插锁有牵引钥匙1251，当接地钥匙1241插入接地钥匙锁芯124时，可以用于解锁控制手柄123，以使控制手柄123可以自由90°扳动，当接地钥匙1241插入整车的安全联锁机构时，还可以用于解锁整车的安全联锁机构，以解锁牵引变流器高压柜门锁钥匙，进而打开牵引变流器的高压柜门锁，最终打开牵引变流器的柜门进行检修和维护，其中，整车的安全联锁机构可以为独立于接地开关的装置，在安全联锁机构中包括安全联锁箱，箱中有可通过接地开关的接地钥匙来解锁的牵引变流器高压柜门锁钥匙。当牵引钥匙125插入牵引钥匙锁芯1251时，也可以用于解锁控制手柄123，以使控制手柄123可以自由90°扳动。另外，对于接地钥匙锁芯124和牵引钥匙锁芯125在接地开关上的设置位置，需要设置在控制手柄123的两侧，以便能够根据控制手柄123的指向位置确定接地开关的断开或闭合。

详细的，若控制手柄123指向接地钥匙锁芯124，则控制手柄123用于解锁接地钥匙1241。若控制手柄123指向牵引钥匙锁芯125，则控制手柄123用于解锁牵引钥匙1251。

具体的，当接地钥匙1241插入接地钥匙锁芯124和牵引钥匙1251插入牵引钥匙锁芯125时，即接地钥匙1241和牵引钥匙1251处于锁定状态，接地钥匙1241和牵引钥匙1251不能拔出，此时接地开关的控制手柄123可以扳动，使接地开关进行断开或闭合的操作。

当将控制手柄123自由扳动90°，且控制手柄123指向接地钥匙锁芯124时，牵引钥匙1251仍然保持在锁住状态，且牵引钥匙1251不能在牵引钥匙锁芯125中转动和从牵引钥匙锁芯125中拔出，而接地钥匙1241则可以在接地钥匙锁芯124中自由转动和从接地钥匙锁芯124中拔出，当将接地钥匙1241在接地钥匙锁芯124中转动和从接地钥匙锁芯124中拔出后，控制手柄123将会被锁定在指向接地钥匙锁芯124的位置不能扳动，此时将拔出的接地钥匙1241插入整车的安全联锁机构，解锁牵引变流器的高压柜门锁钥匙，此时，将牵引变流器的高压柜门锁钥匙解锁后，接地钥匙1241处于锁定状态，不能再转动和拔出，操作人员可以通过解锁后的钥匙打开牵引变流器的高压柜门锁，此时，打开牵引变流器高压柜门锁的钥匙将会处于锁定状态，不能从牵引变流器的高压柜门锁芯拔出，维修人员进行检修和维护。当维修人员对牵引变流器操作完成后，通过将牵引变流器高压柜门锁定后，才能将牵引变流器高压柜门锁的钥匙从牵引变流器的柜门的锁芯中拔出，将拔出的牵引变流器高压柜门钥匙放回至安全联锁机构，且牵引变流器高压柜门钥匙处于锁定状态，不能转动和拔出，此时，接地钥匙1241被解锁，可以进行转动和拔出，通过将拔出的接地钥匙1241重新插入接地钥匙锁芯124，并转动接地钥匙1241，可以解锁控制手柄123，通过将控制手柄123自由扳动90°，且使控制手柄123指向牵引钥匙锁芯124，这种情形下，接地钥匙124将被锁定且不能转动和拔出。以此保证接地开关的控制手柄123的指向牵引钥匙锁芯124时，接地钥匙123无法拔出，也即无法打开牵引变流器高压柜门锁，进而操作人员无法对牵引变流器进行检修和维护等操作。

在本实施例中，通过在牵引变流器中设置接地开关，又根据接地开关的控制手柄123来控制接地开关的接地钥匙1241，通过接地钥匙1241与整车的安全连锁机构的联锁，实现操作人员在对牵引变流器的维修与操作时的安全保证。

为了实现操作人员人身安全的双重保证，接地开关还包括辅助触点(图中未示出)，辅助触点用于将接地开关的开闭状态反馈给牵引控制单元。

具体的，辅助触点将接地开关的开闭状态反馈给牵引控制单元，由此可以通过牵引控制单元来确定接地开关的状态，以实现对操作人员人身安全的双重保证。

可选的，在接地开关的面板上还设置有标识及指示灯，该标识及指示灯用于指示接地开关的手柄指向接地钥匙锁芯或指向牵引钥匙锁芯，具体的标识及指示灯的含义如图3所示，当控制手柄指向牵引钥匙锁芯时，信号灯的颜色为红色，此时牵引变流器处于运行状态，即，接地开关中静触头的正负端子与中间回路中的正负母线处于断开状态，不能对牵引变流器进行检修或维护的操作，当控制手柄指向接地钥匙锁芯时，信号灯的颜色为绿色，此时牵引变流器处于停止运行状态，即，接地开关中静触头的正负端子与中间回路中的正负母线处于连接状态，且接地开关的动触头的接地端接地，此时，可以对牵引变流器进行检修或维护的操作。

在一种可以实现的方式中，在牵引变流器的中间回路中还可以设置电压检测板，电压检测板可以与接地开关并联连接，用于检测中间回路中的电压，操作人员可以通过电压检测板的指示灯来判断中间回路电压是否降低到安全操作的范围。通过设置与接地开关并联的电压检测板，在接地开关处于闭合状态，也即中间回路处于放电时，根据电压检测板来进一步确定当前时刻中间回路的电压是否已经降低到安全范围，以实现对牵引变流器维修人员的双重保障。

在本实施例中，将接地开关设置在牵引功率单元与逆变功率单元之间的中间回路的正负母线之间，通过接地开关的静触头的正负两端子与中间回路的正负母线的连接或断开来控制接地开关的放电操作，当接地开关的控制手柄指向接地钥匙锁芯时，也即，在打开牵引变流器高压柜门之前，首先要把接地开关的控制手柄扳动并指向接地钥匙锁芯的位置，此时，控制手柄被锁定在当前位置，不可以转动和拔出，通过解锁接地钥匙，又将解锁后的接地钥匙拔出并插入整车的安全联锁机构中，使得整车的安全联锁机构中的牵引变流器高压柜门钥匙解锁，将解锁后的牵引变流器高压柜门钥匙打开牵引变流器高压柜门，对牵引变流器进行相关操作；由于如果接地开关的控制手柄没有指向接地钥匙锁芯，那么接地钥匙无法转动和拔出，也就无法解锁牵引变流器高压柜门锁钥匙，当然也无法打开牵引变流器高压柜门，也因此无法对牵引变流器进行相关维修操作，由于接地开关通过接地钥匙与整车实现安全联锁，因此，接地开关与整车的安全联锁设计可以确保检修或维护的操作人员人身安全。

图4是本发明根据一示例性实施例示出的一种牵引变流器的结构示意图。如图4所示，该牵引变流器10，包括：牵引功率单元11、接地开关12和逆变功率单元13；其中：接地开关12连接在牵引功率单元11和逆变功率单元13之间的中间回路中，接地开关12用于控制对牵引功率单元11和逆变功率单元13之间的中间回路接地进而进行放电；牵引功率单元11用于将输入的交流电转换为直流电；逆变功率单元13用于将直流电转换为交流电，并将转换后的交流电输出。

在本实施例中，牵引功率单元11的一端与牵引变流器10的输入端连接，牵引功率单元11的另一端与接地开关12连接，牵引功率单元11可以包括多个并联连接的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)组件，主要用于将从牵引变流器10的输入端输入的交流电转换为直流电。

接地开关12连接在牵引功率单元11和逆变功率单元13之间的中间回路中，接地开关12主要用于控制对牵引功率单元11和逆变功率单元13之间的中间回路接地进而进行放电。

其中，接地开关12包括静触头和动触头，接地开关12通过静触头连接在牵引功率单元11和逆变功率单元13之间的中间回路中，动触头接地。

具体的，接地开关12中的静触头的两端连接在牵引功率单元11和逆变功率单元13之间的中间回路的两端，当接地开关12的静触头断开，即接地开关12的静触头两端与中间回路两端断开的情况下，也即静触头两端在中间回路间呈开路状态，此时，接地开关对牵引变流器的电路无影响，当接地开关12的静触头闭合，即接地开关12的静触头的两端与中间回路的两端连接的情况下，接地开关12的动触头接地，此时，接地开关12的静触头的两端进行短接，从而实现中间回路的接地并快速放电。另外动触头也有两个端，一端与接地开关连接，另一端为接地端，通过接地线接地，在静触头闭合的情况下，通过动触头的接地端的接地线接地，从而进行中间回路的接地并放电。

逆变功率单元13的一端与中间回路连接，另一端与牵引变流器10的输出端连接，逆变功率单元13也可以包括与牵引功率单元11相同的多个IGBT组件，逆变功率单元13主要用于将牵引功率单元11整流后的直流电转换为交流电，并将转换后的交流电输出，为多个电机供电。

如何在牵引变流器的中间回路中设置接地开关，本发明实施例以出口印度CLW公司的WAG9H型电力机车的电传动系统牵引变流器为例，通过在中间回路中设置接地开关，以实现牵引变流器中间回路的接地并快速放电，图5是本发明根据另一示例性实施例示出的一种牵引变流器的结构示意图，如图5所示，牵引功率单元11与逆变功率单元13之间为牵引变流器的中间回路14，牵引功率单元13与牵引变流器的输入端连接，并将输入的交流电转换为直流电，经过中间回路14，又通过逆变功率单元13将转换的直流电转换为直流电输出，以提供给多个电机。

本发明实施例提供的牵引变流器，包括：牵引功率单元、接地开关和逆变功率单元；通过将接地开关连接在牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路中，接地开关可以用于控制对牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路接地进而进行放电；另外，牵引功率单元可以将输入的交流电转换为直流电；逆变功率单元可以将直流电转换为交流电，并将转换后的交流电输出给电机。由于通过在牵引功率单元与逆变功率单元之间的中间回路中设置接地开关，根据接地开关来控制牵引功率单元与逆变功率单元之间的中间回路的接地并放电，由此实现牵引变流器的中间回路的接地并快速放电。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例还提供一种牵引变流系统，图6是本发明根据一示例性实施例示出的一种牵引变流系统，如图6所示，该系统包括多个电机20和上述实施例中的牵引变流器10，其中，牵引变流器为电机供电。本发明实施例提供的牵引变流系统，可以执行上述对应的电路结构实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

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)

1.一种接地开关，其特征在于，所述接地开关包括静触头和动触头，其中，所述静触头连接在牵引功率单元和逆变功率单元之间的中间回路中，所述动触头接地，所述接地开关用于控制对所述牵引功率单元和所述逆变功率单元之间的中间回路接地进而进行放电，所述静触头包括正端子和负端子，所述正端子与所述中间回路的正母线连接，所述负端子与所述中间回路的负母线连接；

所述接地开关还包括控制手柄，所述控制手柄和所述动触头连接，所述控制手柄带动所述动触头转动，从而控制所述正端子与所述中间回路的正母线的接通及断开，控制所述负端子与所述中间回路的负母线的接通及断开，以实现所述接地开关的开闭；

所述接地开关还包括辅助触点，所述辅助触点用于将所述接地开关的开闭状态反馈给牵引控制单元。

2.根据权利要求1所述的接地开关，其特征在于，所述接地开关还包括接地钥匙锁芯和牵引钥匙锁芯，所述接地钥匙锁芯和所述牵引钥匙锁芯分别设置在所述控制手柄的两侧；所述接地钥匙锁芯中插锁有接地钥匙，所述牵引钥匙锁芯中插锁有牵引钥匙；所述控制手柄用于解锁所述接地钥匙或所述牵引钥匙。

3.根据权利要求2所述的接地开关，其特征在于，若所述控制手柄指向所述接地钥匙锁芯，则所述控制手柄用于解锁所述接地钥匙。

4.根据权利要求2所述的接地开关，其特征在于，若所述控制手柄指向所述牵引钥匙锁芯，则所述控制手柄用于解锁所述牵引钥匙。

5.根据权利要求1所述的接地开关，其特征在于，所述动触头包括有接地线。

6.一种牵引变流器，其特征在于，包括：牵引功率单元、如权利要求1-5任一项所述的接地开关和逆变功率单元；其中：

所述接地开关连接在所述牵引功率单元和所述逆变功率单元之间的中间回路中，所述牵引功率单元用于将输入的交流电转换为直流电；

所述逆变功率单元用于将所述直流电转换为交流电，并将转换后的交流电输出；

所述接地开关用于控制对所述牵引功率单元和所述逆变功率单元之间的中间回路接地进而进行放电。

7.一种牵引变流器系统，其特征在于，包括多个电机和如权利要求6所述的牵引变流器。

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