CN111660877A - 地面自动过分相电弧抑制方法、抑制装置及过分相装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地面自动过分相电弧抑制方法，在过分相过程中，向由供电臂、地面过分相装置以及中性区构成的供电回路输出补偿电流以促进换流，从而减小受电弓在接触或脱离接触网时的截断电流以抑制电弧。本发明还公开了一种抑制装置，包括补偿模块，补偿模块串联于由供电臂、地面过分相装置及中性区构成的供电回路中，用于输出补偿电流以促进换流，减小受电弓在接触或脱离接触网时的截断电流。本发明还公开了一种地面自动过分相装置，包括至少两个开关组件，两个开关组件分别与两相供电臂以及中性区连接；两个开关组件与中性区之间连接有如上所述的电弧抑制装置。本发明的抑制方法、抑制装置及过分相装置均具有有效减少或避免电弧产生等优点。

Description

地面自动过分相电弧抑制方法、抑制装置及过分相装置

技术领域

本发明主要涉及分过分相技术领域，特指一种地面自动过分相电弧抑制方法、抑制装置及过分相装置。

背景技术

电气化铁路接触网采用单相工频交流供电方式，为了降低电力系统三相供电网的电压不平衡度以及便于接触网故障检修，电气化铁路采用分段分相供电，因此在电压相位不同的两个供电臂之间嵌入一段无电的中性区，每个供电臂与中性区之间通过锚段关节平滑过渡。

在电气化铁路运营中，为了减小接触网电分相区的不利影响，大多采用车载自动过分相或地面自动过分相。在地面自动过分相系统中，根据检测到的电力机车或电动车组（以下简称列车）位置信息，控制主开关合理的分合，可以在不同时刻将中性区与其中一个供电臂电气连接，使得中性区带电运行，列车可以带电通过中性区。

如图1和图2所示，地面自动过分相系统采用两个地面高压开关（V1、V2，采用断路器或晶闸管阀组等）实现电气化铁路接触网的中性区供电，通过控制两个高压开关的分合，实现中性区与供电臂a电气连接，或者与供电臂b电气连接。QF1、QF2、QF3可为断路器或隔离开关，实现高压开关（V1、V2）与供电臂（供电臂a、供电臂b）或中性区的连接与分断。GJ1、GJ2分别为供电臂a、供电臂b与中性区的接触网连接部分，实现形式有多种，如锚段关节（接触网分为若干一定长度且机械、电气上相互独立的分段，称为锚段。两个相邻锚段的衔接区段或重叠部分称为锚段关节，既要保证平顺、安全的锚段过渡，又要保证受流质量）。具体地，在负载电流通过时，过分相装置中开关及输电线路（电缆或/和架空线）等部件会产生压降，使得中性区与供电臂的接触线之间存在电压差，如开关组件V1产生的电压降（V_v1）和电缆或架空线阻抗Z_L1产生的电压降V_L1，从而使列车在进、出锚段关节过渡区时易产生电弧。

在电气化铁路的实际运行中，列车通过分相区的拉弧现象严重影响列车的安全运行，因而列车过分相的电弧抑制是在科学研究和工程实践中都需要重点对待的。中性区与供电臂的接触线电压差是电弧的主要诱发因素之一。在负载电流通过时，过分相装置中开关及输电线路等部件会产生压降，使得中性区与供电臂的接触线之间存在电压差，列车在进、出锚段关节过渡区时易产生电弧。因此，电压差是过分相电弧的主要诱发因素之一，但不同电气化铁路线路的差异很大，如铁路供电方式、既有供电设备布置方式等都有很大不同。因此，自动过分相装置及输电线路等配套部件的参数各不相同，这些设备引起的电压降也各不相同，给电弧抑制带来了不便。而在现有的电气化铁路地面自动过分相系统中，暂未有有效的电弧抑制方案。另外，经相关理论研究以及实践，在受电弓在供电臂与中性区之间进行切换的过程中，由于存在从一个供电回路向另一供电回路逐渐切换进行换流的过程，如果在切换时刻的截断电流过大，也会导致电弧产生。其中截断电流为从A供电回路切换至B供电回路的开关时刻，A供电回路断开时的电流。

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，本发明提供一种能够有效抑制电弧的地面自动过分相电弧抑制方法，并相应提供一种结构简单、控制简便的地面自动过分相电弧抑制装置以及地面过分相装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种地面自动过分相电弧抑制方法，在过分相过程中，向由供电臂、地面过分相装置以及中性区构成的供电回路中，输出补偿电流以促进换流，从而减小受电弓在接触或脱离接触网时的截断电流以抑制电弧。

作为上述技术方案的进一步改进：

在过分相过程中输出补偿电流的同时，向此供电回路输出一个补偿电压，以补偿地面过分相装置中开关组件及输电线路产生的电压降，减小供电臂与中性区之间的电压差。

实时检测过分相装置中开关组件和输电线路的电压降，并实时调整补偿电压与电压降一致。

本发明还公开了一种地面自动过分相电弧抑制装置，包括补偿模块，所述补偿模块串联于由供电臂、地面过分相装置以及中性区构成的供电回路中，用于在过分相过程中向此供电回路输出补偿电流以促进换流，从而减小受电弓在接触或脱离接触网时的截断电流以抑制电弧。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述补偿模块还用于在过分相过程中输出补偿电流的同时，向此供电回路输出一个补偿电压，以补偿过分相装置中开关组件及输电线路产生的电压降，减小供电臂与中性区之间的电压差。

所述补偿模块为一个，串联于地面过分相装置与中性区连接的公共段；或者为两个，分别位于地面过分相装置中各开关组件与中性区的公共段相连的供电回路中。

所述补偿模块为变流器。

所述变流器通过隔离变压器串联于供电回路中。

所述变流器为交直型变流器或者交直交型变流器。

所述变流器的输入电源为变电所动力电源或牵引网电源。

本发明还进一步公开了一种地面自动过分相装置，包括至少两个开关组件，两个开关组件分别与接触网两相供电臂以及中性区连接；两个开关组件与中性区之间连接有如上所述的地面自动过分相电弧抑制装置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的地面自动过分相电弧抑制方法、抑制装置及过分相装置，在过分相过程中，向由供电臂、地面过分相装置以及中性区构成的供电回路中，输出补偿电流以促进换流，提高供电回路的电流，即相应的减小了另一供电回路的电流，促进两供电回路的换流过程，从而减小受电弓在接触或脱离接触网时的截断电流以抑制电弧。

本发明的地面自动过分相电弧抑制方法、抑制装置及过分相装置，在过分相过程中，也可以向供电回路中输出一个补偿电压，以补偿过分相装置中开关组件（包括机械开关或电子开关）及输电线路产生的电压降，使得中性区与供电臂的接触线之间无电压差，从而减少或避免列车在进出锚段关节过渡区时的电弧。

附图说明

图1为现有技术中的过分相装置的结构示意图。

图2为现有技术中的过分相装置中电弧产生示意图。

图3为本发明的电弧抑制装置在具体应用时的方框结构图。

图4为本发明的电弧抑制装置在具体应用时电弧抑制示意图（列车驶入中性区）。

图5为本发明的电弧抑制装置在具体应用时电弧抑制示意图（列车驶出中性区）。

图6为本发明中变流器的接入形式示意图（不带隔离变压器）。

图7为本发明中变流器的接入形式示意图（带隔离变压器）。

图8为本发明中电压源型变流器的方框结构图（交直型）。

图9为本发明中电流源型变流器的方框结构图（交直型）。

图10为本发明中电压源型变流器的方框结构图（交直交型）。

图11为本发明中电流源型变流器的方框结构图（交直交型）。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图3和图4所示，本实施例的地面自动过分相电弧抑制方法，具体应用于地面自动过分相过程中，在列车受电弓进出连接供电臂a与中性区的连接部分（如锚段关节）时，列车的供电电流包括两部分，如图4中的I1和I2；现在以受电弓从供电臂a的接触网逐渐向中性区的接触网切换的过程（列车驶入中性区）进行说明，在此过程中，I1供电回路的电流会向逐渐向I2供电回路进行转换（即换流），在此过程中，向由供电臂a、地面过分相装置以及中性区构成的供电回路（如图4中I2所处的供电回路）中，主动输出补偿电流（如图4中的ΔI）以促进换流，即提高I2供电回路的电流，相应的减小了I1供电回路的电流，促进两供电回路的换流过程，从而减小受电弓在脱离供电臂a的接触网时的截断电流（即如图4中I1供电回路在受电弓脱离接触臂a的接触网并切换至中性区的接触网时的电流）以抑制电弧。

如图4所示，本实施例中，在过分相过程中，同时向I2供电回路主动输出一个补偿电压（图4中的ΔV），以补偿过分相装置中开关组件（包括机械开关或电子开关）及输电线路（电缆或/和架空线）产生的电压降（如V_V1、V_L1或V_V1+V_L1），减小中性区与供电臂的接触线之间的电压差，从而减少或避免列车在进出锚段关节过渡区的电弧。上述补偿电流与补偿电压的方式可以单独实现，也可以同时实现，在同时实现的时候，可以调整补偿电流或/和补偿电压大小的方式实现两者的最优匹配，达到最大程度抑制电弧的目的。

本实施例中，实时检测或者预估过分相装置中开关组件和输电线路的电压降，并实时调整补偿电压与电压降一致；即补偿电压可以根据电压降的变化而产生变化，保证补偿的实时性。

如图5所示，在受电弓从中性区的接触网逐渐向供电臂b的接触网切换的过程中（列车驶出中性区），I4供电回路的电流会向逐渐向I3供电回路进行转换，在此过程中，向由供电臂b、地面过分相装置以及中性区构成的供电回路（即图5中I4所处的供电回路）中，主动输出补偿电流以促进换流，减小I4供电回路的电流，即相应的增大了I3供电回路的电流，促进两供电回路的换流过程，从而减小受电弓在接触供电臂b的接触网时的截断电流（即如图5中I4供电回路在受电弓脱离中性区的接触网并接触供电臂b的接触网时的电流）以抑制电弧。

如图3至图5所示，本发明还公开了一种地面自动过分相电弧抑制装置，包括补偿模块，补偿模块串联于由供电臂、地面过分相装置以及中性区构成的供电回路（如图4中I2所处的供电回路或图5中I4所处的供电回路）中，用于在过分相过程中（如供电臂a向中性区切换）向此供电回路主动输出补偿电流ΔI以促进换流，增大I2供电回路的电流，即相应的减小了I1供电回路的电流，促进两供电回路的换流过程，从而减小受电弓在脱离供电臂a的接触网时的截断电流，抑制列车在进出供电臂与中性区的连接部分（如锚段关节）时的电弧。当然，补偿模块也可以同时向此供电回路主动输出一个补偿电压，以补偿过分相装置中开关组件（包括机械开关或电子开关）及输电线路（电缆或/和架空线）产生的电压降，减小中性区与供电臂的接触线之间的电压差，从而减少或避免列车在进出锚段关节过渡区的电弧；当然，在由中性区切换至供电臂b的过程中，电弧抑制的原理与上述过程相同。本发明的地面自动过分相电弧抑制装置结构简单、操作简便。

本实施例中，补偿模块为一个，串联于各供电臂与中性区连接的公共段，如图4所示；当然，补偿模块也可以为两个，分别位于地面过分相装置中开关组件与中性区的公共段相连的供电回路中，如安装在图4中ZL1和ZL2所在的位置。

本实施例中，补偿模块由变流器构成，根据变流器接入系统的方式，可分为两种实现形式：直接接入方式和隔离接入方式。如图6所示，直接接入方式，是将变流器主电路直接串联接入过分相系统；如图7所示，隔离接入方式，是通过变压器串联接入过分相系统，即变压器一侧绕组串联接入过分相系统，变压器另一侧绕组连接电流器主电路。

本实施例中，变流器的形式有多种多样，根据变流器整流侧特性可采用电压源型变流器（VSC）或电流源型变流器（CSC）。图8为电压源型变流器，其特点是直流电压只有一个极性，通过改变直流电流的极性实现功率传输方向的控制。图9为电流源型变流器，其特点是直流电流只有一个极性，通过改变直流电压的极性实现功率传输方向的控制。根据变流器拓扑结构可采用交直型（AC-DC，其中图8和图9均为交直型），或交直交型（AC-DC-AC）型变流器（如图10和图11所示）。该变流器包含1个功率单元，功率单元可采用传统两电平或其它多电平变流器。另外，变流器通过变电所动力电源（如交流AC220V或380V电源）向整流器供电，或者牵引网电压经单相降压变压器降低至合适的电压，再供给变流器的整流器。

本发明进一步公开了一种地面自动过分相装置，包括至少两个开关组件，两个开关组件分别与接触网两相供电臂以及中性区连接；两个开关组件与中性区之间连接有如上所述的地面自动过分相电弧抑制装置。补偿模块可以为一个，串联于各供电臂与中性区连接的公共段，如图4所示；当然，补偿模块也可以为两个，分别位于各开关组件与中性区的公共段相连的供电回路中，如安装在图4中ZL1和ZL2所在的位置。其中开关组件可以为机械开关，也可以为晶闸管阀组等电子开关。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种地面自动过分相电弧抑制方法，其特征在于，在过分相过程中，向由供电臂、地面过分相装置以及中性区构成的供电回路中，输出补偿电流以促进换流，从而减小受电弓在接触或脱离接触网时的截断电流以抑制电弧。

2.根据权利要求1所述的地面自动过分相电弧抑制方法，其特征在于，在过分相过程中输出补偿电流的同时，向此供电回路输出一个补偿电压，以补偿地面过分相装置中开关组件及输电线路产生的电压降，减小供电臂与中性区之间的电压差。

3.根据权利要求2所述的地面自动过分相电弧抑制方法，其特征在于，实时检测过分相装置中开关组件和输电线路的电压降，并实时调整补偿电压与电压降一致。

4.一种地面自动过分相电弧抑制装置，其特征在于，包括补偿模块，所述补偿模块串联于由供电臂、地面过分相装置以及中性区构成的供电回路中，用于在过分相过程中向此供电回路输出补偿电流以促进换流，从而减小受电弓在接触或脱离接触网时的截断电流以抑制电弧。

5.根据权利要求4所述的地面自动过分相电弧抑制装置，其特征在于，所述补偿模块还用于在过分相过程中输出补偿电流的同时，向此供电回路输出一个补偿电压，以补偿过分相装置中开关组件及输电线路产生的电压降，减小供电臂与中性区之间的电压差。

6.根据权利要求4或5所述的地面自动过分相电弧抑制装置，其特征在于，所述补偿模块为一个，串联于地面过分相装置与中性区连接的公共段；或者为两个，分别位于地面过分相装置中各开关组件与中性区的公共段相连的供电回路中。

7.根据权利要求4或5所述的地面自动过分相电弧抑制装置，其特征在于，所述补偿模块为变流器。

8.根据权利要求7所述的地面自动过分相电弧抑制装置，其特征在于，所述变流器通过隔离变压器串联于供电回路中。

9.根据权利要求7所述的地面自动过分相电弧抑制装置，其特征在于，所述变流器为交直型变流器或者交直交型变流器。

10.根据权利要求7所述的地面自动过分相电弧抑制装置，其特征在于，所述变流器的输入电源为变电所动力电源或牵引网电源。

11.一种地面自动过分相装置，其特征在于，包括至少两个开关组件，两个开关组件分别与接触网两相供电臂以及中性区连接；两个开关组件与中性区之间连接有如权利要求4～10中任意一项所述的地面自动过分相电弧抑制装置。

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