CN113135125A - 一种电气化铁路贯通供电系统 - Google Patents

一种电气化铁路贯通供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电气化铁路贯通供电系统，涉及交流电气化铁路牵引供电技术领域。采用绝缘关节对该供电系统进行分段，设置分段开关短接绝缘关节支路和阻尼支路，正常运行时，两同相供电变电所实现贯通供电，运行列车同时从两个变电所双边取流；当某一区段出现短路故障时，故障分段切除，实现了故障停电范围最小化。阻尼电阻极大的限制列车闯无电区的过电压，减少产生电弧的可能性；如果产生了电弧，由于阻尼电阻的分流和对电弧功率的消耗，电弧维持时间将会极大缩短，保护绝缘关节和接触线。主要用于电气化铁路贯通供电系统，消除拉弧并切除故障。

Description

一种电气化铁路贯通供电系统
技术领域
本发明属于交流电气化铁路牵引供电技术领域。
背景技术
现行电气化铁路中，为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能均匀分配，牵引网采用了轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处用绝缘器件或绝缘锚段关节分割相邻供电区，形成电分相，也称分相。通常在牵引变电所出口处和相邻两个牵引变电所之间的分区所处设置电分相。电分相是牵引网最薄弱的环节和供电瓶颈，电气列车通过电分相最易引发事故，威胁供电和行车安全。
取消电分相分两种情形：其一是采用同相供电技术，以取消牵引变电所出口处的电分相，其关键是有效治理负序电流，使三相电压不平衡度达到国标要求；其二是在两个相邻牵引变电所之间连通，实施双边供电，以取消分区所处的电分相，此时，通常情况下形成牵引网与电力系统的并联方式，其关键是减小这种并联方式下在牵引网中产生的均衡电流(分流，穿越功率)，使其达到所允许的程度。
电气化铁路采用双边贯通供电，可以加大供电臂距离，可以不设分相，减少电分相和无电区，避免过分相带来的列车失电降速，有利保证铁路的运行效率，可以供电能力和技术优势突出。
采用双边贯通供电后，为了保证接触网故障后停电范围小，便于故障的快速查找和修复，需要将接触网分成多个区段，实现牵引网故障的分段切除，达到提高供电可靠性和灵活性的目的。但存在列车从非故障段驶入故障段时其受电弓将非故障段接触网与故障段接触网短接而造成新的列车带负荷进入无电区造成的拉弧隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气化铁路贯通供电系统，它能有效地解决在接触网发生故障时限制列车闯无电区的过电压，减少产生电弧的技术问题。
本发明的另一个目的是提供一种电气化铁路贯通供电系统的控制方法，它能有效地解决在接触网发生故障时，实现分段跳闸并通过阻尼电阻作业减少产生电弧的技术问题。
本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种电气化铁路贯通供电系统，包括相邻二个同相供电变电所SS1和同相供电变电所SS2，它们分别向接触线T和钢轨Rail供电，并且在线路中分段设置绝缘关节FD1、绝缘关节FD2、绝缘关节、绝缘关节FD4将接触线T分为三段，记为接触线T1、接触线T2、接触线T3，构成三个供电区段Sect1,供电区段Sect2,供电区段Sect3；在绝缘关节FD2的位置，断路器DK21下侧连接接触线T1右端，断路器DK21上侧与断路器DK22上侧连接，DK22下侧连接接触线T2左端；正常运行时断路器DK21和DK22均闭合，在线路上将接触线T1和接触线T2连通，构成短接绝缘关节FD2支路；负荷开关FK2左侧连接断路器DK21下侧，负荷开关FK2右侧连接阻尼电阻R2左侧，阻尼电阻R2右侧连接断路器DK22下侧，正常运行时负荷开关FK2闭合，构成阻尼支路，电流互感器LH2检测阻尼支路电流；在绝缘关节FD1、绝缘关节FD3、绝缘关节FD4位置的短接绝缘关节支路和阻尼支路连接方式与绝缘关节FD2处相同；将绝缘关节FD1位置的断路器DK11上侧与断路器DK12上侧并接后与同相供电变电所SS1的电源线a1连接；将绝缘关节FD4位置的断路器DK41上侧与断路器DK42上侧并接后与同相供电变电所SS2的电源线a2连接。
所述的同相供电变电所SS1和同相供电变电所SS2实现贯通供电，当正常运行时，运行列车同时从两个变电所双边取流；当某一供电区段出现短路故障时，故障分段切除。
所述的当正常运行时，若列车从左至右运行且在接触线T1末端时，如果供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和断路器DK31断开，使接触线T2停电。
本发明的另一个目的是通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁路贯通供电系统的控制方法，所述电气化铁路贯通供电系统中，当供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和断路器DK31断开后，到了时限设定的故障消弧时间tx后，如果电流互感器LH2，电流互感器LH3检测到的电流I1小于10A，则可认为供电区段Sect2发生的故障为瞬时性故障，可以执行重合闸，将断路器DK22和断路器DK31重新合闸，恢复对接触线T2的供电；反之，当供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和断路器DK31断开后，到了时限设定的故障消弧时间tx后，如果电流互感器LH2、电流互感器LH3检测到的电流I2大于设定电流Iset，则认为供电区段Sect2发生的故障为永久性故障，不执行重合闸，故障消弧时间tx根据线路情况事先设定，设定电流Iset根据阻尼电阻的选取进行计算得到。
所述的供电区段Sect2发生永久性故障，且断路器DK22和断路器DK31已经断开，如果供电区段Sect2两侧阻尼支路的互感器LH2、互感器LH3检测出来的电流一侧小于10A，另一侧却大于设定电流Iset，则认为接触线发生了断线故障,电流大的一侧发生短路故障，电流小的一侧断线。
所述的判断出供电区段发生永久性故障，且已经汇报给调度，为了保护阻尼电阻和维修接触网，将阻尼支路的负荷开关断开。
本发明的工作原理是：正常运行时，两相邻同相供电变电所实现贯通供电，运行列车同时从两个变电所双边取流；当某一区段出现短路故障时，故障分段切除，比如短路故障k发生在供电区段Sect2时，断路器DK22和断路器DK31断开，使接触线T2停电，实现故障停电范围最小化。
当列车从左至右运行且在接触线T1末端时，供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和断路器DK31断开，使接触线T2停电。此时，列车很可能带负荷从有电区接触线T1到无电区接触线T2，在绝缘关节FD2上产生电弧，烧伤接触线，由于阻尼电阻R2的作用，将会极大的限制列车闯无电区的过电压，减少产生电弧的可能性；如果产生了电弧，由于阻尼电阻R2的分流和对电弧功率的消耗，电弧维持时间将会极大缩短，保护绝缘关节FD2和接触线T1,接触线T2。
当供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和接触线DK31断开后，到了时限设定的故障消弧时间tx后，如果电流互感器LH2，电流互感器LH3检测到的电流I1非常小(小于10A)，则认为供电区段Sect2发生的故障为瞬时性故障，执行重合闸，将断路器DK22和断路器DK31重新合闸，恢复对接触线T2的供电。反之，当供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和断路器DK31断开后，到了时限设定的故障消弧时间tx后，如果电流互感器LH2、电流互感器LH3检测到的电流I2大于设定电流Iset，则认为供电区段Sect2发生的故障为永久性故障，不执行重合闸，减少故障电流对断路器、钢轨和接触线的二次冲击，延长设备使用寿命，防止故障扩大。故障消弧时间tx根据线路情况事先设定，设定电流Iset根据阻尼电阻的选取进行计算得到。
判断出供电区段Sect2发生永久性故障，且断路器DK22和断路器DK31已经断开，如果供电区段Sect2两侧阻尼支路上的电流互感器LH2、电流互感器LH3检测出来的电流一侧非常小，另一侧却大于设定电流Iset，则认为接触线发生了断线故障,电流大的一侧发生短路故障，电流小的一侧断线。
根据上述方法判断出区段发生永久性故障，且已经汇报给调度，为了保护阻尼电阻和维修接触网，将阻尼支路的负荷开关断开。比如供电区段Sect2永久性故障，则绝缘关节FD2处的负荷开关FK2、绝缘关节FD3处的负荷开关FK3执行远程调度命令断开。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、减少列车带负荷进入无电区造成的拉弧隐患，不会造成拉弧和烧损、甚至烧断接触网而引起事故的现象。
二、可以及时、准确地发现、区分、隔离各种接触网故障，同时保证无故障区段继续供电、运行，最大限度地减少停电范围，避免故障影响的扩大化，进一步提高牵引网供电的可靠性。
三、可以判断发生的故障是否为永久性故障，在永久性故障不执行重合闸，减少故障电流对断路器、钢轨和接触线的二次冲击，延长设备使用寿命，防止故障扩大。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1是本发明实施例的示意图。
图2是本发明永久性故障识别流程图。
具体实施方式
图1示出，本发明的一种具体实施方式为：二个相邻同相供电变电所SS1和同相供电变电所SS2向接触线T和钢轨Rail供电的贯通供电系统，在接触线上设置绝缘关节FD1,绝缘关节FD2,绝缘关节FD3,绝缘关节FD4将接触线T分为三段，记为接触线T1,接触线T2，接触线T3，构成三个供电区段Sect1、供电区段Sect2、供电区段Sect3。在绝缘关节FD2的位置，断路器DK21下侧连接接触线T1右端，断路器DK21上侧与断路器DK22上侧连接，断路器DK22下侧连接接触线T2左端；正常运行时断路器DK21和断路器DK22均闭合，在电路上将接触线T1和接触线T2连通，构成短接绝缘关节FD2支路。负荷开关FK2左侧连接断路器DK21下侧，负荷开关FK2右侧连接阻尼电阻R2左侧，阻尼电阻R2右侧连接断路器DK22下侧，正常运行时负荷开关FK2闭合，构成阻尼支路；电流互感器LH2、电流互感器LH3检测阻尼支路电流。绝缘关节FD1、绝缘关节FD3、绝缘关节FD4位置的短接绝缘关节支路和阻尼支路连接方式与绝缘关节FD2处完全相同。绝缘关节FD1处断路器DK11上侧与断路器DK12上侧并接后与同相供电变电所SS1的电源线a1连接；绝缘关节FD4处断路器DK41上侧与断路器DK42上侧并接后与同相供电变电所SS2的电源线a2连接。
正常运行时，两同相供电变电所实现贯通供电，运行列车同时从两个变电所双边取流；当某一区段出现短路故障时，故障分段切除，比如短路故障k发生在供电区段Sect2时，断路器DK22和断路器DK31断开，使接触线T2停电，实现了故障停电范围最小化。
当列车从左至右运行且在接触线T1末端时，供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和DK31断开，使接触线T2停电。此时，列车很可能带负荷从有电区接触线T1到无电区接触线T2，在绝缘关节FD2上产生电弧，烧伤接触线，由于阻尼电阻R2的作用，将会极大的限制列车闯无电区的过电压，减少产生电弧的可能性；如果产生了电弧，由于阻尼电阻R2的分流和对电弧功率的消耗，电弧维持时间将会极大缩短，保护绝缘关节FD2和接触线T1,接触线T2。
图2示出本发明永久性故障识别流程图。当供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和断路器DK31断开后，到了时限设定的故障消弧时间tx(tx＝200ms)后，如果电流互感器LH2，电流互感器LH3检测到的电流I1非常小(小于10A)，则认为供电区段Sect2发生的故障为瞬时性故障，可以执行重合闸，将断路器DK22和断路器DK31重新合闸，恢复对接触线T2的供电。反之，当供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和断路器DK31断开后，到了时限设定的故障消弧时间tx(tx＝200ms)后，如果电流互感器LH2、电流互感器LH3检测到的电流I2大于设定电流Iset(大于100A)，则认为供电区段Sect2发生的故障为永久性故障，不执行重合闸，减少故障电流对断路器、钢轨和接触线的二次冲击，延长设备使用寿命，防止故障扩大。故障消弧时间tx可以根据线路情况事先设定，设定电流Iset可以根据阻尼电阻的选取进行计算得到。
判断出供电区段Sect2发生永久性故障，且断路器DK22和断路器DK31已经断开，如果供电区段Sect2两侧阻尼支路电流互感器LH2、电流互感器LH3检测出来的电流一侧非常小(小于10A)，另一侧却大于设定电流Iset(大于100A)，可以认为接触线发生了断线故障,电流大的一侧发生短路故障，电流小的一侧断线。

Claims (6)

1.一种电气化铁路贯通供电系统，包括二个相邻同相供电变电所SS1和同相供电变电所SS2，它们分别向接触线T和钢轨Rail供电，并且在线路中分段设置绝缘关节FD1、绝缘关节FD2、绝缘关节、绝缘关节FD4将接触线T分为三段，记为接触线T1、接触线T2、接触线T3，构成三个供电区段Sect1,供电区段Sect2,供电区段Sect3；其特征在于：在绝缘关节FD2的位置，断路器DK21下侧连接接触线T1右端，断路器DK21上侧与断路器DK22上侧连接，DK22下侧连接接触线T2左端；正常运行时断路器DK21和DK22均闭合，在线路上将接触线T1和接触线T2连通，构成短接绝缘关节FD2支路；负荷开关FK2左侧连接断路器DK21下侧，负荷开关FK2右侧连接阻尼电阻R2左侧，阻尼电阻R2右侧连接断路器DK22下侧，正常运行时负荷开关FK2闭合，构成阻尼支路，电流互感器LH2检测阻尼支路电流；在绝缘关节FD1、绝缘关节FD3、绝缘关节FD4位置的短接绝缘关节支路和阻尼支路连接方式与绝缘关节FD2处相同；将绝缘关节FD1位置的断路器DK11上侧与断路器DK12上侧并接后与同相供电变电所SS1的电源线a1连接；将绝缘关节FD4位置的断路器DK41上侧与断路器DK42上侧并接后与同相供电变电所SS2的电源线a2连接。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路贯通供电系统，其特征在于:所述的同相供电变电所SS1和同相供电变电所SS2实现贯通供电，当正常运行时，运行列车同时从两个变电所双边取流；当某一供电区段出现短路故障时，故障分段切除。
3.根据权利要求2所述的一种电气化铁路贯通供电系统，其特征在于:所述的当正常运行时，若列车从左至右运行且在接触线T1末端时，如果供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和断路器DK31断开，使接触线T2停电。
4.一种电气化铁路贯通供电系统的控制方法，其特征在于:当供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和DK31断开后，到了时限设定的故障消弧时间tx后，如果电流互感器LH2，电流互感器LH3检测到的电流I1非常小，则可认为供电区段Sect2发生的故障为瞬时性故障，可以执行重合闸，将断路器DK22和断路器DK31重新合闸，恢复对接触线T2的供电；反之，当供电区段Sect2发生短路故障，断路器DK22和断路器DK31断开后，到了时限设定的故障消弧时间tx后，如果电流互感器LH2、电流互感器LH3检测到的电流I2大于设定电流Iset，则认为供电区段Sect2发生的故障为永久性故障，不执行重合闸，故障消弧时间tx根据线路情况事先设定，设定电流Iset根据阻尼电阻的选取进行计算得到。
5.根据权利要求4所述的一种电气化铁路贯通供电系统的控制方法，其特征在于:所述的供电区段Sect2发生永久性故障，且断路器DK22和断路器DK31已经断开，如果供电区段Sect2两侧阻尼支路的互感器LH2、互感器LH3检测出来的电流一侧小于10A，另一侧却大于设定电流Iset，则认为接触线发生了断线故障,电流大的一侧发生短路故障，电流小的一侧断线。
6.根据权利要求4所述的一种电气化铁路贯通供电系统的控制方法，其特征在于:所述的判断出供电区段发生永久性故障，且已经汇报给调度，为了保护阻尼电阻和维修接触网，将阻尼支路的负荷开关断开。
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