CN113103929B - 一种应用于铁路地面自动过分相系统的复合开关结构 - Google Patents

一种应用于铁路地面自动过分相系统的复合开关结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于铁路地面自动过分相系统的复合开关结构，复合开关结构由两个复合开关构成；本发明采用高压晶闸管阀组控制复合开关的开通与关断，在开关过程中利用晶闸管的电流自然关断和开通时间精确可控的特性有效避免过电压、过电流及电弧等问题，并保证高压接触器在闭合和断开过程中都没有电流，延长其电气寿命；复合开关进入开通稳态后，电流流过高压接触器，利用高压接触器低导通损耗特性大大降低开关的整体损耗。本发明应用于地面自动过分相系统时，不仅能够确保列车平稳、不停电、无速度损失地通过电分相，还能使系统避免使用强迫风冷或者水冷等辅助散热装置，采用自然散热即可满足需求，大大提高系统可靠性，可促进重载铁路的发展。

Description

一种应用于铁路地面自动过分相系统的复合开关结构
技术领域
本发明涉及交流电气化铁路过分相技术领域，尤其涉及一种应用于铁路地面自动过分相系统的复合开关结构。
背景技术
我国交流电气化铁路主要采用单相工频换相供电方式。为避免相间短路，线路上每隔20-30km就会设置一段两端都有电气分段的接触网，即电分相。电分相的实现方式主要包括器件式和关节式两种，且以关节式居多。关节式电分相由中性区接触网以及两端锚段关节组成，主要应用在牵引变电所出口处和分区所处。列车通过电分相的过程被称为过分相。
目前我国普遍采用车载断电自动过分相方案。列车在进入中性区前，通过应答器获取位置信息，自动断开主断路器，依靠惯性滑过中性区。该方案使得列车牵引力丢失严重，速度损失较大，并且受线路分布电感和电容的影响，列车投切主断路器时可能会产生过电压、过电流以及电弧。这些问题严重制约了高速重载铁路的发展。为了确保列车持续受流、平稳通过电分相，多种不同的地面带电自动过分相系统先后被提出。
基于机械开关的地面自动过分相系统可以大大缩短列车过分相时的失电时间，但是由于机械开关寿命短、故障率高、无法精确控制动作时间，该方案依然存在断电时间较长以及过电压、过电流等问题。变频移相不断电过分相系统和同相供电方案都可以实现列车完全不失电过分相，但是其固定投资成本高，且控制复杂。基于高压晶闸管阀组的地面自动过分相系统利用晶闸管电流过零自然关断特性避免截流过电压并有效抑制电弧，通过精确控制开通时间，避免励磁涌流，并且使得列车过分相时的理论失电时间小于10ms。该方案由于结构简单，成本相对较低，得到了较为广泛的应用。
然而，对于重载铁路而言，中性区可能长达1千多米，且列车运行速度较慢，列车完成过分相可能需要2分钟左右，地面自动过分相系统中的高压晶闸管阀组工作时间较长。另一方面，晶闸管通态损耗与通态压降和通态电流有关。当列车牵引电流较大时，晶闸管的通态压降也会很大。尤其是采用了串联阀组结构后，系统正常工作时，其通态损耗会非常大，长时间工作情况下需要给晶闸管阀组增加散热装置。如果采用自然冷却，增加的散热器会大大增加系统的体积；而如果采用强迫风冷或者水冷的方式，则会大大增加系统的固定成本和维护成本。此外，采用强迫风冷或水冷的地面自动过分相设备应用于重载铁路时，容易受环境中煤灰粉尘的影响而出现故障，这大大降低了系统可靠性。
为此，本发明提出一种应用于交流电气化铁路地面自动过分相系统的复合开关结构，不仅能够确保列车基本不失电通过电分相，避免中性区电压切换时的过电压、过电流以及电弧等问题，还能大大降低地面自动过分相系统中开关的总损耗，避免使用辅助散热装置，减小自然散热所需散热器体积，提高系统可靠性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种应用于交流电气化铁路地面自动过分相系统的复合开关结构。本发明目的在于解决如下技术问题：
本发明所要解决的问题之一是，采用高压晶闸管阀组控制复合开关的开通与关断，配合地面自动过分相系统，使得中性区接触网电压在第一供电臂和第二供电臂之间快速可靠地切换，实现列车平稳、无速度损失地通过电分相。
本发明所要解决的问题之二是，采用高压接触器降低复合开关的导通损耗，避免地面自动过分相系统增加辅助散热装置，减小自然散热所需散热器体积。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种复合开关结构，包括：第一复合开关、第二复合开关和若干连接线；
所述第一复合开关和第二复合开关均包括：第一高压晶闸管阀组、第二高压晶闸管阀组、第一阻抗、高压接触器和若干连接线；
所述第一高压晶闸管阀组由若干高压晶闸管组串联构成，所述高压晶闸管组由两个高压晶闸管反并联构成，若干高压晶闸管组串联用于提高第一高压晶闸管阀组的耐压能力，高压晶闸管反并联用于实现第一高压晶闸管阀组电流的双向流动；
所述第二高压晶闸管阀组由两个高压晶闸管反并联构成；
所述第一阻抗具体为第一高压晶闸管阀组中各个高压晶闸管动静态均压的阻抗的总称，
所述第一阻抗包括若干阻抗，若干阻抗对应并联在若干高压晶闸管组的两端；
所述高压接触器的一端和第二高压晶闸管阀组的一端通过连接线连接；所述高压接触器的另一端与第一高压晶闸管阀组的一端通过连接线连接，形成第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点，所述第二高压晶闸管阀组的另一端与第一高压晶闸管阀组的另一端通过连接线连接，形成第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点；
所述第一复合开关的第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点与第二复合开关的第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点通过连接线连接。
在上述方案的基础上，所述第二高压晶闸管阀组能够用高压晶闸管串联阀组替代，所述高压晶闸管串联阀组由若干高压晶闸管组串联构成，所述高压晶闸管组由两个高压晶闸管反并联构成。
在上述方案的基础上，所述高压接触器能够用高压接触器组合结构替代，所述高压接触器组合结构包括：第一高压接触器、第二高压接触器、第三高压接触器和第四高压接触器，所述第一高压接触器和第二高压接触器构成的并联结构与第三高压接触器和第四高压接触器构成的并联结构串联连接。
在上述方案的基础上，任意时刻，第一高压接触器与第二高压接触器不会同时闭合，第三高压接触器与第四高压接触器不会同时闭合；
任意时刻，高压接触器组合结构中至少有一个高压接触器处于闭合状态，至多有两个高压接触器处于闭合状态。
在上述方案的基础上，当第一复合开关或第二复合开关开通时：
首先触发导通第一高压晶闸管阀组；
然后，闭合高压接触器；
再触发导通第二高压晶闸管阀组；
最后撤除第一高压晶闸管阀组的触发信号，第一高压晶闸管阀组在电流过零时自然关断；
第一高压晶闸管阀组关断后，第一复合开关或第二复合开关进入开通稳态，电流流过第二高压晶闸管阀组和高压接触器构成的支路；
当第一复合开关或第二复合开关关断时：
首先触发导通第一高压晶闸管阀组；
然后撤除第二高压晶闸管阀组的触发信号，第二高压晶闸管阀组在电流过零时自然关断；
再断开高压接触器；
最后撤除第一高压晶闸管阀组的触发信号，第一高压晶闸管阀组在电流过零时自然关断；
第一高压晶闸管阀组关断后，第一复合开关或第二复合开关进入关断稳态。
在上述方案的基础上，所述高压接触器工作时，其闭合和断开过程都没有电流，大大提高了高压接触器的电气寿命。
一种应用上述复合开关结构的地面自动过分相系统，包括：复合开关结构、第一供电臂、中性区接触网、第二供电臂和地面自动过分相控制系统；
所述复合开关结构中的第一复合开关和第二复合开关是独立的；
所述复合开关结构中的第一复合开关的第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点与第一供电臂连接形成第一复合开关与第一供电臂连接点，第一供电臂与中性区接触网之间设有第一锚段关节转换区域；
所述复合开关结构中的第二复合开关的第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点与第二供电臂连接，形成第二复合开关与第二供电臂连接点，第二供电臂与中性区接触网之间设有第二锚段关节转换区域；
所述复合开关结构中的第一复合开关的第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点与所述复合开关结构中的第二复合开关的第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点连接后再与中性区接触网连接，形成第一复合开关、第二复合开关及中性区接触网公共连接点；
所述地面自动过分相控制系统分别与第一复合开关和第二复合开关连接。
在上述方案的基础上，列车开始行驶在钢轨上从第一供电臂取A相电，
列车行驶到第一锚段关节转换区域位置，将驶入中性区时，地面自动过分相控制系统下发指令导通第一复合开关，使得中性区接触网带A相电，列车带A相电进入中性区；
列车行驶到中性区中间位置时，地面自动过分相控制系统下发指令关断第一复合开关，导通第二复合开关，使得中性区接触网带上第二供电臂的B相电，列车带B相电继续向前行驶；
列车驶离第二锚段关节转换区域位置，进入第二供电臂取B相电时，地面自动过分相控制系统下发指令关断第二复合开关，使得中性区接触网恢复不带电状态，列车完成带电过分相；
或者列车开始行驶在钢轨上从第二供电臂取B相电，
列车行驶到第二锚段关节转换区域位置，将驶入中性区时，地面自动过分相控制系统下发指令导通第二复合开关，使得中性区接触网带B相电，列车带B相电进入中性区；
列车行驶到中性区中间位置时，地面自动过分相控制系统下发指令关断第二复合开关，导通第一复合开关，使得中性区接触网带上第一供电臂的A相电，列车带A相电继续向前行驶；
列车驶离第一锚段关节转换区域位置，进入第一供电臂取A相电时，地面自动过分相控制系统下发指令关断第一复合开关，使得中性区接触网恢复不带电状态，列车完成带电过分相。
在上述方案的基础上，所述复合开关结构中的第一复合开关和第二复合开关能够共用第二高压晶闸管阀组；
所述第一复合开关中的高压接触器与第二复合开关中的高压接触器连接后再与第二高压晶闸管阀组的一端连接，形成第一复合开关的高压接触器、第二高压晶闸管阀组及第二复合开关的高压接触器的公共连接点；
所述第二高压晶闸管阀组的另一端分别与第一复合开关中的第一高压晶闸管阀组和第二复合开关中的第一高压晶闸管阀组连接后再与中性区接触网连接，形成第一复合开关、第二复合开关及中性区接触网公共连接点；
所述复合开关结构中的第一复合开关的第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点与第一供电臂连接形成第一复合开关与第一供电臂连接点，第一供电臂与中性区接触网之间设有第一锚段关节转换区域；
所述复合开关结构中的第二复合开关的第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点与第二供电臂连接形成第二复合开关与第二供电臂连接点，第二供电臂与中性区接触网之间设有第二锚段关节转换区域；
所述地面自动过分相控制系统分别与第一复合开关和第二复合开关连接。
在上述方案的基础上，列车开始行驶在钢轨上从第一供电臂取A相电；
列车行驶到第一锚段关节转换区域位置，将驶入中性区时，地面自动过分相控制系统下发指令导通第一复合开关，依次触发开通第一复合开关的第一高压晶闸管阀组，闭合第一复合开关的高压接触器，开通第二高压晶闸管阀组，最后撤除第一复合开关的第一高压晶闸管阀组的触发信号；第一复合开关的第一高压晶闸管阀组在电流过零后自然关断，第一复合开关进入开通稳态；中性区接触网带A相电，列车带A相电进入中性区并继续向前行驶；
列车行驶到中性区中间位置时，地面自动过分相控制系统下发指令关断第一复合开关，依次触发开通第一复合开关的第一高压晶闸管阀组，关断第二高压晶闸管阀组，断开第一复合开关的高压接触器，最后撤除第一复合开关的第一高压晶闸管阀组的触发信号，第一复合开关的第一高压晶闸管阀组在电流过零时自然关断；第一复合开关进入关断状态；
随后，地面自动过分相控制系统下发指令开通第二复合开关，依次触发开通第二复合开关的第一高压晶闸管阀组，闭合第二复合开关的高压接触器，开通第二高压晶闸管阀组，最后撤除第二复合开关的第一高压晶闸管阀组的触发信号；第二复合开关的第一高压晶闸管阀组在电流过零后自然关断，第二复合开关进入开通稳态；中性区接触网带B相电，列车带B相电继续向前行驶；
当列车驶离第二锚段关节转换区域后，地面自动过分相控制系统下发指令关断第二复合开关，依次触发开通第二复合开关的第一高压晶闸管阀组、关断第二高压晶闸管阀组，断开第二复合开关的高压接触器，最后撤除第二复合开关的第一高压晶闸管阀组的触发信号，第二复合开关的第一高压晶闸管阀组在电流过零时自然关断；第二复合开关进入关断状态；中性区接触网恢复不带电状态，列车完成带电过分相；
或者列车开始行驶在钢轨上从第二供电臂取B相电；
列车行驶到第二锚段关节转换区域位置，将驶入中性区时，地面自动过分相控制系统下发指令导通第二复合开关，依次触发开通第二复合开关的第一高压晶闸管阀组，闭合第二复合开关的高压接触器，开通第二高压晶闸管阀组，最后撤除第二复合开关的第一高压晶闸管阀组的触发信号；第二复合开关的第一高压晶闸管阀组在电流过零后自然关断，第二复合开关进入开通稳态；中性区接触网带B相电，列车带B相电进入中性区并继续向前行驶；
列车行驶到中性区中间位置时，地面自动过分相控制系统下发指令关断第二复合开关，依次触发开通第二复合开关的第一高压晶闸管阀组，关断第二高压晶闸管阀组，断开第二复合开关的高压接触器，最后撤除第二复合开关的第一高压晶闸管阀组的触发信号，第二复合开关的第一高压晶闸管阀组在电流过零时自然关断；第二复合开关进入关断状态；
随后，地面自动过分相控制系统下发指令开通第一复合开关，依次触发开通第一复合开关的第一高压晶闸管阀组，闭合第一复合开关的高压接触器，开通第二高压晶闸管阀组，最后撤除第一复合开关的第一高压晶闸管阀组的触发信号；第一复合开关的第一高压晶闸管阀组在电流过零后自然关断，第一复合开关进入开通稳态；中性区接触网带A相电，列车带A相电继续向前行驶；
当列车驶离第一锚段关节转换区域后，地面自动过分相控制系统下发指令关断第一复合开关，依次触发开通第一复合开关的第一高压晶闸管阀组、关断第二高压晶闸管阀组，断开第一复合开关的高压接触器，最后撤除第一复合开关的第一高压晶闸管阀组的触发信号，第一复合开关的第一高压晶闸管阀组在电流过零时自然关断；第一复合开关进入关断状态；中性区接触网恢复不带电状态，列车完成带电过分相。
在上述方案的基础上，列车过分相时，利用高压晶闸管串联阀组实现第一复合开关或第二复合开关的开通和关断，快速可靠地切换中性区接触网电压；利用高压接触器减小导通损耗，避免地面自动过分相系统增加辅助散热装置。
本发明有益效果是：
本发明的基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构，一方面采用高压晶闸管阀组安全快速地切换中性区电压，利用晶闸管电流过零自然关断和开通时间准确可控的特性有效避免开关过程中的过电压、过电流以及电弧等问题；另一方面，当复合开关进入导通稳态时，列车牵引电流流过高压接触器支路，利用高压接触器低导通损耗特性大大降低开关的总损耗，避免增加额外的散热装置，采用自然冷却的方式即可满足散热需求，且大大减小所需散热器的体积。当该复合开关结构应用于重载铁路地面自动过分相系统时，不仅可以使得列车无速度损失地通过电分相，还大大降低了系统损耗，提高了系统可靠性，有利于重载铁路的发展并提高其综合效益。
附图说明
本发明有如下附图：
图1是本发明基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关的电路结构示意图；
图2是本发明基于高压晶闸管阀组和高压接触器的改进型复合开关的电路结构示意图；
图3是本发明基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构实施例一的电路结构示意图；
图4是本发明基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构实施例二的电路结构示意图；
图5是本发明基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构实施例三的电路结构示意图；
图中：
1：第一高压晶闸管阀组；2：第一阻抗；3：第二高压晶闸管阀组；4：高压接触器；5：第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点；6：第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点；7：第一高压接触器；8：第二高压接触器；9：第三高压接触器；10：第四高压接触器；11：高压接触器组合结构；12：第一复合开关；13：第二复合开关；14：第一供电臂；15：第二供电臂；16：钢轨；17：第一锚段关节转换区域；18：第二锚段关节转换区域；19：列车；20：第一复合开关与第一供电臂连接点；21：第二复合开关与第二供电臂连接点；22：第一复合开关、第二复合开关及中性区接触网公共连接点；23：中性区接触网；24：地面自动过分相控制系统；25：第一复合开关的高压接触器、第二高压晶闸管阀组及第二复合开关的高压接触器的公共连接点；26：第三复合开关；27：第四复合开关；28：第一辅助变压器；29：第二辅助变压器；30：第一复合开关、第三复合开关及第一辅助变压器的公共连接点；31：第二复合开关、第四复合开关及第二辅助变压器的公共连接点；32：第一辅助变压器与第二辅助变压器的连接线；33：第三复合开关、第四复合开关及中性区接触网公共连接点。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示：
本发明的基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关包括：第一高压晶闸管阀组1，第一阻抗2，第二高压晶闸管阀组3和高压接触器4，第一高压晶闸管阀组1与高压接触器4连接形成第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点5，第一高压晶闸管阀组1与第二高压晶闸管阀组3连接形成第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点6。
所述第一高压晶闸管阀组1由若干高压晶闸管组串联构成，
第一阻抗2包括若干阻抗，
若干阻抗对应并联在若干高压晶闸管组的两端。
高压接触器4和第二高压晶闸管阀组3串联连接。
高压接触器4与第二高压晶闸管阀组3构成的串联结构和第一高压晶闸管阀组1并联连接，分别连接于第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点5和第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点6。
本发明的基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关的工作过程如下：
开通时：
首先触发导通第一高压晶闸管阀组1；
然后，闭合高压接触器4；
再触发导通第二高压晶闸管阀组3；
最后撤除第一高压晶闸管阀组1的触发信号，第一高压晶闸管阀组1在电流过零时自然关断。
第一高压晶闸管阀组1关断后，复合开关进入开通稳态。
关断时：
首先触发导通第一高压晶闸管阀组1。
然后撤除第二高压晶闸管阀组3的触发信号，第二高压晶闸管阀组3在电流过零时自然关断；
再断开高压接触器4；
最后撤除第一高压晶闸管阀组1的触发信号，第一高压晶闸管阀组1在电流过零时自然关断；
第一高压晶闸管阀组1关断后，复合开关进入关断稳态。
如图2所示：
本发明的基于高压晶闸管阀组和高压接触器的改进型复合开关包括：第一高压晶闸管阀组1，第一阻抗2，第二高压晶闸管阀组3和高压接触器组合结构11，高压接触器组合结构11由第一高压接触器7、第二高压接触器8、第三高压接触器9和第四高压接触器10构成，第一高压晶闸管阀组1与高压接触器组合结构11连接，形成第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点5，第一高压晶闸管阀组1与第二高压晶闸管阀组3连接，形成第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点6。
所述第一高压晶闸管阀组1由若干高压晶闸管组串联构成，
第一阻抗2包括若干阻抗，
若干阻抗对应并联在若干高压晶闸管组的两端。
第一高压接触器7与第二高压接触器8并联连接，第三高压接触器9与第四高压接触器10并联连接。
第一高压接触器7与第二高压接触器8的并联结构和第三高压接触器9与第四高压接触器10的并联结构串联连接，构成高压接触器组合结构11。
高压接触器组合结构11和第二高压晶闸管阀组3串联连接。
高压接触器组合结构11与第二高压晶闸管阀组3的串联结构和第一高压晶闸管阀组1并联连接，分别连接于第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点5和第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点6。
任意时刻，第一高压接触器7与第二高压接触器8不会同时闭合，第三高压接触器9与第四高压接触器10不会同时闭合。
任意时刻，高压接触器组合结构11中至少有一个高压接触器处于闭合状态，至多有两个高压接触器处于闭合状态。
本发明的基于高压晶闸管阀组和高压接触器的改进型复合开关的工作过程如下：
闭合高压接触器组合结构11时：
在闭合高压接触器组合结构11之前，四个高压接触器有一个处于闭合状态，另外三个处于断开状态，因此高压接触器组合结构11处于断开状态。
若第一高压接触器7处于闭合状态，第二高压接触器8、第三高压接触器9、第四高压接触器10处于断开状态。在需要闭合高压接触器组合结构11时，闭合第三高压接触器9。如果第三高压接触器9拒合，则闭合第四高压接触器10，保证高压接触器组合结构11能够可靠闭合。
若第二高压接触器8处于闭合状态，第一高压接触器7、第三高压接触器9、第四高压接触器10处于断开状态。在需要闭合高压接触器组合结构11时，闭合第四高压接触器10。如果第四高压接触器10拒合，则闭合第三高压接触器9，保证高压接触器组合结构11能够可靠闭合。
若第三高压接触器9处于闭合状态，第一高压接触器7、第二高压接触器8、第四高压接触器10处于断开状态。在需要闭合高压接触器组合结构11时，闭合第二高压接触器8。如果第二高压接触器8拒合，则闭合第一高压接触器7，保证高压接触器组合结构11能够可靠闭合。
若第四高压接触器10处于闭合状态，第一高压接触器7、第二高压接触器8、第三高压接触器9处于断开状态。在需要闭合高压接触器组合结构11时，闭合第一高压接触器7。如果第一高压接触器7拒合，则闭合第二高压接触器8，保证高压接触器组合结构11能够可靠闭合。
断开高压接触器组合结构11时：
在断开高压接触器组合结构11之前，第一高压接触器7和第二高压接触器8中有一个处于闭合状态，另一个处于断开状态；第三高压接触器9和第四高压接触器10中有一个处于闭合状态，另一个处于断开状态。因此，高压接触器组合结构11处于闭合状态。
若第一高压接触器7、第三高压接触器9处于闭合状态，第二高压接触器8、第四高压接触器10处于断开状态。在需要断开高压接触器组合结构11时，断开第一高压接触器7。如果第一高压接触器7拒断，则断开第三高压接触器9，保证高压接触器组合结构11能够可靠断开。
若第一高压接触器7、第四高压接触器10处于闭合状态，第二高压接触器8、第三高压接触器9处于断开状态。在需要断开高压接触器组合结构11时，断开第四高压接触器10。如果第四高压接触器10拒断，则断开第一高压接触器7，保证高压接触器组合结构11能够可靠断开。
若第二高压接触器8、第三高压接触器9处于闭合状态，第一高压接触器7、第四高压接触器10处于断开状态。在需要断开高压接触器组合结构11时，断开第三高压接触器9。如果第三高压接触器9拒断，则断开第二高压接触器8，保证高压接触器组合结构11能够可靠断开。
若第二高压接触器8、第四高压接触器10处于闭合状态，第一高压接触器7、第三高压接触器9处于断开状态。在需要断开高压接触器组合结构11时，断开第二高压接触器8。如果第二高压接触器8拒断，则断开第四高压接触器10，保证高压接触器组合结构11能够可靠断开。
开通复合开关时：
首先触发导通第一高压晶闸管阀组1；
然后闭合高压接触器组合结构11；
再触发导通第二高压晶闸管阀组3；
最后撤除第一高压晶闸管阀组1的触发信号，第一高压晶闸管阀组1在电流过零时自然关断。
第一高压晶闸管阀组1关断后，复合开关进入开通稳态。
关断复合开关时：
首先触发导通第一高压晶闸管阀组1；
然后撤除第二高压晶闸管阀组3的触发信号，第二高压晶闸管阀组3在电流过零时自然关断；
再关断高压接触器组合结构11；
最后撤除第一高压晶闸管阀组1的触发信号，第一高压晶闸管阀组1在电流过零时自然关断；
第一高压晶闸管阀组1关断后，复合开关进入关断稳态。
基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构的具体实施例一：
如图3所示：
本发明的基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构应用于地面自动过分相系统的实施例一，复合开关结构包括两个复合开关：第一复合开关12和第二复合开关13。每个复合开关均如图1所示，即包括第一高压晶闸管阀组1，第一阻抗2，第二高压晶闸管阀组3和高压接触器4。
第一复合开关12连接第一供电臂14和中性区接触网23，第二复合开关13连接第二供电臂15和中性区接触网23；第一复合开关12与第一供电臂14连接于第一复合开关与第一供电臂连接点20，第二复合开关13与第二供电臂15连接于第二复合开关与第二供电臂连接点21，第一复合开关12、第二复合开关13和中性区接触网23连接于第一复合开关、第二复合开关及中性区接触网公共连接点22。
本发明的基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构应用于地面自动过分相系统的实施例一的工作过程如下：
起始状态：图3中第一供电臂14带A相电，第二供电臂15带B相电，中性区接触网23不带电。
当列车19行驶到第一锚段关节转换区域17时，地面自动过分相控制系统24下发指令开通第一复合开关12，中性区接触网23通过第一复合开关12与第一供电臂14等电位，中性区接触网23带上A相电，从而实现列车19不停电地进入中性区。列车19进入中性区之后，其牵引电流通过第一供电臂14，流过第一复合开关12，再由钢轨16流回牵引变电所。列车19带A相电继续向前行驶。
当列车19行驶到中性区中间位置时，地面自动过分相控制系统24下发指令关断第一复合开关12，再开通第二复合开关13，中性区接触网23通过第二复合开关13与第二供电臂15等电位，中性区接触网23带上B相电。列车19的牵引电流通过第二供电臂15，流过第二复合开关13，再由钢轨16流回牵引变电所。列车19带B相电继续向前行驶。
当列车19驶离第二锚段关节转换区域18后，地面自动过分相控制系统24下发指令关断第二复合开关13。中性区接触网23恢复不带电状态。列车19平稳、不停电、无速度损失地通过电分相。
基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构的具体实施例二：
如图4所示：
本发明的基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构应用于地面自动过分相系统的实施例二，复合开关结构包括：第一复合开关12和第二复合开关13。第一复合开关12和第二复合开关13共用一个第二高压晶闸管阀组3。
第一复合开关12连接第一供电臂14和中性区接触网23，第二复合开关13连接第二供电臂15和中性区接触网23；第一复合开关12与第一供电臂14连接于第一复合开关与第一供电臂连接点20，第二复合开关13与第二供电臂15连接于第二复合开关与第二供电臂连接点21，第一复合开关12的高压接触器4及第二高压晶闸管阀组3、第二复合开关13的高压接触器4连接于第一复合开关的高压接触器、第二高压晶闸管阀组及第二复合开关的高压接触器的公共连接点25，第一复合开关12的第一高压晶闸管阀组1、第二高压晶闸管阀组3、第二复合开关13的第一高压晶闸管阀组1及中性区接触网23连接于第一复合开关、第二复合开关及中性区接触网公共连接点22。
本发明的基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构应用于地面自动过分相系统的实施例二的工作过程如下：
起始状态：图4中第一供电臂14带A相电，第二供电臂15带B相电，中性区接触网23不带电。
当列车19行驶到第一锚段关节转换区域17时，地面自动过分相控制系统24下发指令开通第一复合开关12的第一高压晶闸管阀组1，第一复合开关12处于开通状态。中性区接触网23通过第一复合开关12与第一供电臂14等电位，中性区接触网23带上A相电。随后地面自动过分相控制系统24依次下发指令闭合第一复合开关12的高压接触器4，开通第二高压晶闸管阀组3，最后撤除第一复合开关12的第一高压晶闸管阀组1的触发信号。第一复合开关12的第一高压晶闸管阀组1在电流过零后自然关断，第一复合开关12进入开通稳态，从而实现列车19不停电地进入中性区。列车19进入中性区之后，其牵引电流通过第一供电臂14，流过第一复合开关12的高压接触器4，第二高压晶闸管阀组3，再由钢轨16流回牵引变电所。列车19带A相电继续向前行驶。
当列车19行驶到中性区中间位置时，地面自动过分相控制系统24下发指令触发开通第一复合开关12的第一高压晶闸管阀组1。随后地面自动过分相控制系统24依次下发指令关断第二高压晶闸管阀组3，断开第一复合开关12的高压接触器4，最后撤除第一复合开关12的第一高压晶闸管阀组1的触发信号，第一复合开关12的第一高压晶闸管阀组1在电流过零时自然关断；第一复合开关12进入关断状态。
随后，地面自动过分相控制系统24下发指令开通第二复合开关13的第一高压晶闸管阀组1，第二复合开关13处于开通状态。中性区接触网23通过第二复合开关13与第二供电臂15等电位，中性区接触网23带上B相电。随后地面自动过分相控制系统24依次下发指令闭合第二复合开关13的高压接触器4，开通第二高压晶闸管阀组3，最后撤除第二复合开关13的第一高压晶闸管阀组1的触发信号。第二复合开关13的第一高压晶闸管阀组1在电流过零后自然关断，第二复合开关13进入开通稳态。列车19的牵引电流通过第二供电臂15，流过第二复合开关13的高压接触器4，第二高压晶闸管阀组3，再由钢轨16流回牵引变电所。列车19带B相电继续向前行驶。
当列车19驶离第二锚段关节转换区域18后，地面自动过分相控制系统24下发指令开通第二复合开关13的第一高压晶闸管阀组1。然后地面自动过分相控制系统24依次下发指令关断第二高压晶闸管阀组3，断开第二复合开关13的高压接触器4，最后撤除第二复合开关13的第一高压晶闸管阀组1的触发信号，第二复合开关13的第一高压晶闸管阀组1在电流过零时自然关断；第二复合开关13进入关断状态。中性区接触网23恢复不带电状态。列车19平稳、不停电、无速度损失地通过电分相。
基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构的具体实施例三：
如图5所示：
本发明的基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构应用于不停电智能分相器，包括四个复合开关，分别为第一复合开关12、第二复合开关13、第三复合开关26、第四复合开关27。每个复合开关均如图1所示，即包括第一高压晶闸管阀组1，第一阻抗2，第二高压晶闸管阀组3和高压接触器4。
第一复合开关12与第三复合开关26连接第一供电臂14和中性区接触网23，第二复合开关13与第四复合开关27连接第二供电臂15和中性区接触网23；第一复合开关12、第一辅助变压器28与第一供电臂14连接于第一复合开关与第一供电臂连接点20，第二复合开关13、第二辅助变压器29与第二供电臂15连接于第二复合开关与第二供电臂连接点21，第一复合开关12、第三复合开关26与第一辅助变压器28连接于第一复合开关、第三复合开关及第一辅助变压器的公共连接点30，第二复合开关13、第四复合开关27与第二辅助变压器29连接于第二复合开关、第四复合开关及第二辅助变压器的公共连接点31，第一辅助变压器28与第二辅助变压器29通过第一辅助变压器与第二辅助变压器的连接线32相连，第三复合开关26、第四复合开关27与中性区接触网23连接于第三复合开关、第四复合开关及中性区接触网公共连接点33。
本发明的基于高压晶闸管阀组和高压接触器的复合开关结构应用于不停电智能分相器的工作过程如下：
起始状态：图5中第一供电臂14带A相电，第二供电臂15带B相电，中性区接触网23不带电。
当列车19行驶到第一锚段关节转换区域17时，地面自动过分相控制系统24下发指令开通第一复合开关12和第三复合开关26。中性区接触网23通过第一复合开关12、第三复合开关26与第一供电臂14等电位，中性区接触网23带上A相电，从而实现列车19不停电地进入中性区。列车19进入中性区之后，其牵引电流通过第一供电臂14，流过第一复合开关12、第三复合开关26，再由钢轨16流回牵引变电所。列车19带A相电继续向前行驶。
当列车19行驶到中性区中间位置时，地面自动过分相控制系统24下发指令关断第三复合开关26，开通第四复合开关27。中性区接触网23电压被切换到第一个中间电压。第一个中间电压的相位介于第一供电臂14电压和第二供电臂15电压之间、且邻近第一供电臂14电压；列车19的牵引电流通过第一供电臂14，流过第一复合开关12、第一辅助变压器28、第二辅助变压器29、第四复合开关27，再由钢轨16流回牵引变电所。列车19带第一个中间电压继续向前行驶。
然后，地面自动过分相控制系统24下发指令关断第一复合开关12、第四复合开关27，开通第二复合开关13、第三复合开关26。中性区接触网23电压被切换到第二个中间电压。第二个中间电压的相位介于第一供电臂14电压和第二供电臂15电压之间、且邻近第二供电臂15电压；列车19的牵引电流通过第二供电臂15，流过第二复合开关13、第二辅助变压器29、第一辅助变压器28、第三复合开关26，再由钢轨16流回牵引变电所。列车19带第二个中间电压继续向前行驶。
随后，地面自动过分相控制系统24下发指令关断第三复合开关26，开通第四复合开关27。中性区接触网23电压被切换到第二供电臂15的电压。列车19的牵引电流通过第二供电臂15，流过第二复合开关13、第四复合开关27，再由钢轨16流回牵引变电所。列车19带B相电继续向前行驶。
当列车19驶离第二锚段关节转换区域18后，地面自动过分相控制系统24下发指令关断第二复合开关13、第四复合开关27。中性区接触网23恢复不带电状态。列车19平稳、不停电、无速度损失地通过电分相。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种复合开关结构，其特征在于，包括：第一复合开关(12)、第二复合开关(13)和若干连接线；
所述第一复合开关(12)和第二复合开关(13)均包括：第一高压晶闸管阀组(1)、第二高压晶闸管阀组(3)、第一阻抗(2)、高压接触器(4)和若干连接线；
所述第一高压晶闸管阀组(1)由若干高压晶闸管组串联构成，所述高压晶闸管组由两个高压晶闸管反并联构成；
所述第二高压晶闸管阀组(3)由两个高压晶闸管反并联构成；
所述第一阻抗(2)包括若干阻抗，若干阻抗对应并联在若干高压晶闸管组的两端；
所述高压接触器(4)的一端和第二高压晶闸管阀组(3)的一端通过连接线连接；所述高压接触器(4)的另一端与第一高压晶闸管阀组(1)的一端通过连接线连接，形成第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点(5)，所述第二高压晶闸管阀组(3)的另一端与第一高压晶闸管阀组(1)的另一端通过连接线连接，形成第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点(6)；
所述第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点(6)与第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点(5)通过连接线连接。
2.如权利要求1所述的复合开关结构，其特征在于，所述第二高压晶闸管阀组(3)能够用高压晶闸管串联阀组替代，所述高压晶闸管串联阀组由若干高压晶闸管组串联构成，所述高压晶闸管组由两个高压晶闸管反并联构成。
3.如权利要求1所述的复合开关结构，其特征在于，所述高压接触器(4)能够用高压接触器组合结构(11)替代，所述高压接触器组合结构(11)包括：第一高压接触器(7)、第二高压接触器(8)、第三高压接触器(9)和第四高压接触器(10)，所述第一高压接触器(7)和第二高压接触器(8)构成的并联结构与第三高压接触器(9)和第四高压接触器(10)构成的并联结构串联连接。
4.如权利要求3所述的复合开关结构，其特征在于，任意时刻，第一高压接触器(7)与第二高压接触器(8)不会同时闭合，第三高压接触器(9)与第四高压接触器(10)不会同时闭合；
任意时刻，高压接触器组合结构(11)中至少有一个高压接触器处于闭合状态，至多有两个高压接触器处于闭合状态。
5.如权利要求1所述的复合开关结构，其特征在于，当第一复合开关(12)或第二复合开关(13)开通时：
首先触发导通第一高压晶闸管阀组(1)；
然后，闭合高压接触器(4)；
再触发导通第二高压晶闸管阀组(3)；
最后撤除第一高压晶闸管阀组(1)的触发信号，第一高压晶闸管阀组(1)在电流过零时自然关断；
第一高压晶闸管阀组(1)关断后，第一复合开关(12)或第二复合开关(13)进入开通稳态，电流流过第二高压晶闸管阀组(3)和高压接触器(4)构成的支路；
当第一复合开关(12)或第二复合开关(13)关断时：
首先触发导通第一高压晶闸管阀组(1)；
然后撤除第二高压晶闸管阀组(3)的触发信号，第二高压晶闸管阀组(3)在电流过零时自然关断；
再断开高压接触器(4)；
最后撤除第一高压晶闸管阀组(1)的触发信号，第一高压晶闸管阀组(1)在电流过零时自然关断；
第一高压晶闸管阀组(1)关断后，第一复合开关(12)或第二复合开关(13)进入关断稳态。
6.如权利要求5所述的复合开关结构，其特征在于，所述高压接触器(4)工作时，其闭合和断开过程都没有电流，大大提高了高压接触器(4)的电气寿命。
7.一种应用权利要求1-6任一权利要求所述的复合开关结构的地面自动过分相系统，其特征在于，包括：复合开关结构、第一供电臂(14)、中性区接触网(23)、第二供电臂(15)和地面自动过分相控制系统(24)；
所述复合开关结构中的第一复合开关(12)和第二复合开关(13)是独立的；
所述复合开关结构中的第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点(5)与第一供电臂(14)连接形成第一复合开关与第一供电臂连接点(20)，第一供电臂(14)与中性区接触网(23)之间设有第一锚段关节转换区域(17)；
所述复合开关结构中的第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点(6)与第二供电臂(15)连接，形成第二复合开关与第二供电臂连接点(21)，第二供电臂(15)与中性区接触网(23)之间设有第二锚段关节转换区域(18)；
所述复合开关结构中的第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组与第二高压晶闸管阀组公共连接点(6)与所述复合开关结构中的第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点(5)连接后再与中性区接触网(23)连接，形成第一复合开关、第二复合开关及中性区接触网公共连接点(22)；
所述地面自动过分相控制系统(24)分别与第一复合开关(12)和第二复合开关(13)连接。
8.如权利要求7所述的地面自动过分相系统，其特征在于，列车(19)开始行驶在钢轨(16)上从第一供电臂(14)取A相电，
列车(19)行驶到第一锚段关节转换区域(17)位置，将驶入中性区时，地面自动过分相控制系统(24)下发指令导通第一复合开关(12)，使得中性区接触网(23)带A相电，列车(19)带A相电进入中性区；
列车(19)行驶到中性区中间位置时，地面自动过分相控制系统(24)下发指令关断第一复合开关(12)，导通第二复合开关(13)，使得中性区接触网(23)带上第二供电臂(15)的B相电，列车(19)带B相电继续向前行驶；
列车(19)驶离第二锚段关节转换区域(18)位置，进入第二供电臂(15)取B相电时，地面自动过分相控制系统(24)下发指令关断第二复合开关(13)，使得中性区接触网(23)恢复不带电状态，列车(19)完成带电过分相；
或者列车(19)开始行驶在钢轨(16)上从第二供电臂(15)取B相电，
列车(19)行驶到第二锚段关节转换区域(18)位置，将驶入中性区时，地面自动过分相控制系统(24)下发指令导通第二复合开关(13)，使得中性区接触网(23)带B相电，列车(19)带B相电进入中性区；
列车(19)行驶到中性区中间位置时，地面自动过分相控制系统(24)下发指令关断第二复合开关(13)，导通第一复合开关(12)，使得中性区接触网(23)带上第一供电臂(14)的A相电，列车(19)带A相电继续向前行驶；
列车(19)驶离第一锚段关节转换区域(17)位置，进入第一供电臂(14)取A相电时，地面自动过分相控制系统(24)下发指令关断第一复合开关(12)，使得中性区接触网(23)恢复不带电状态，列车(19)完成带电过分相。
9.如权利要求7所述的地面自动过分相系统，其特征在于，所述复合开关结构中的第一复合开关(12)和第二复合开关(13)能够共用第二高压晶闸管阀组(3)；
所述第一复合开关(12)中的高压接触器(4)与第二复合开关(13)中的高压接触器(4)连接后再与第二高压晶闸管阀组(3)的一端连接，形成第一复合开关的高压接触器、第二高压晶闸管阀组及第二复合开关的高压接触器的公共连接点(25)；
所述第二高压晶闸管阀组(3)的另一端分别与第一复合开关(12)中的第一高压晶闸管阀组(1)和第二复合开关(13)中的第一高压晶闸管阀组(1)连接后再与中性区接触网(23)连接，形成第一复合开关、第二复合开关及中性区接触网公共连接点(22)；
所述复合开关结构中的第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点(5)与第一供电臂(14)连接形成第一复合开关与第一供电臂连接点(20)，第一供电臂(14)与中性区接触网(23)之间设有第一锚段关节转换区域(17)；
所述复合开关结构中的第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组与高压接触器公共连接点(5)与第二供电臂(15)连接形成第二复合开关与第二供电臂连接点(21)，第二供电臂(15)与中性区接触网(23)之间设有第二锚段关节转换区域(18)；
所述地面自动过分相控制系统(24)分别与第一复合开关(12)和第二复合开关(13)连接。
10.如权利要求9所述的地面自动过分相系统，其特征在于，列车(19)开始行驶在钢轨(16)上从第一供电臂(14)取A相电；
列车(19)行驶到第一锚段关节转换区域(17)位置，将驶入中性区时，地面自动过分相控制系统(24)下发指令导通第一复合开关(12)，依次触发开通第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)，闭合第一复合开关(12)的高压接触器(4)，开通第二高压晶闸管阀组(3)，最后撤除第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)的触发信号；第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)在电流过零后自然关断，第一复合开关(12)进入开通稳态；中性区接触网(23)带A相电，列车(19)带A相电进入中性区并继续向前行驶；
列车(19)行驶到中性区中间位置时，地面自动过分相控制系统(24)下发指令关断第一复合开关(12)，依次触发开通第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)，关断第二高压晶闸管阀组(3)，断开第一复合开关(12)的高压接触器(4)，最后撤除第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)的触发信号，第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)在电流过零时自然关断；第一复合开关(12)进入关断状态；
随后，地面自动过分相控制系统(24)下发指令开通第二复合开关(13)，依次触发开通第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)，闭合第二复合开关(13)的高压接触器(4)，开通第二高压晶闸管阀组(3)，最后撤除第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)的触发信号；第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)在电流过零后自然关断，第二复合开关(13)进入开通稳态；中性区接触网(23)带B相电，列车(19)带B相电继续向前行驶；
当列车(19)驶离第二锚段关节转换区域(18)后，地面自动过分相控制系统(24)下发指令关断第二复合开关(13)，依次触发开通第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)、关断第二高压晶闸管阀组(3)，断开第二复合开关(13)的高压接触器(4)，最后撤除第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)的触发信号，第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)在电流过零时自然关断；第二复合开关(13)进入关断状态；中性区接触网(23)恢复不带电状态，列车(19)完成带电过分相；
或者列车(19)开始行驶在钢轨(16)上从第二供电臂(15)取B相电；
列车(19)行驶到第二锚段关节转换区域(18)位置，将驶入中性区时，地面自动过分相控制系统(24)下发指令导通第二复合开关(13)，依次触发开通第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)，闭合第二复合开关(13)的高压接触器(4)，开通第二高压晶闸管阀组(3)，最后撤除第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)的触发信号；第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)在电流过零后自然关断，第二复合开关(13)进入开通稳态；中性区接触网(23)带B相电，列车(19)带B相电进入中性区并继续向前行驶；
列车(19)行驶到中性区中间位置时，地面自动过分相控制系统(24)下发指令关断第二复合开关(13)，依次触发开通第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)，关断第二高压晶闸管阀组(3)，断开第二复合开关(13)的高压接触器(4)，最后撤除第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)的触发信号，第二复合开关(13)的第一高压晶闸管阀组(1)在电流过零时自然关断；第二复合开关(13)进入关断状态；
随后，地面自动过分相控制系统(24)下发指令开通第一复合开关(12)，依次触发开通第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)，闭合第一复合开关(12)的高压接触器(4)，开通第二高压晶闸管阀组(3)，最后撤除第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)的触发信号；第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)在电流过零后自然关断，第一复合开关(12)进入开通稳态；中性区接触网(23)带A相电，列车(19)带A相电继续向前行驶；
当列车(19)驶离第一锚段关节转换区域(17)后，地面自动过分相控制系统(24)下发指令关断第一复合开关(12)，依次触发开通第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)、关断第二高压晶闸管阀组(3)，断开第一复合开关(12)的高压接触器(1)，最后撤除第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)的触发信号，第一复合开关(12)的第一高压晶闸管阀组(1)在电流过零时自然关断；第一复合开关(12)进入关断状态；中性区接触网(23)恢复不带电状态，列车(19)完成带电过分相。
CN202110306275.8A 2021-03-23 2021-03-23 一种应用于铁路地面自动过分相系统的复合开关结构 Active CN113103929B (zh)

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