CN113183762A - 一种无触网轨道车辆高压电气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无触网轨道车辆高压电气装置，包括高速断路器、至少一个保护熔断器、模式选择开关、避雷器、电压传感器、电流传感器和负线汇流排，所述高速断路器、所述保护熔断器、所述模式选择开关、所述避雷器、所述电压传感器、所述电流传感器和所述负线汇流排集成于同一个电器箱内，且彼此之间通过电缆、导线和铜排实现电气连接，并与受电弓连接，能够节省紧张的车顶空间，减小故障情况对系统正常运行的影响，提高了系统的冗余可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种无触网轨道车辆高压电气装置。
背景技术
目前城市轨道交通车辆技术方案有以下不足：
(1)主开关箱、辅助开关箱、避雷器分散布置，占用本就比较紧张的车顶空间；
(2)只有被动保护的主熔断器，无主动断开的控制器件，无法在人为或系统发现异常时及时断开充电回路；
(3)主开关箱至各储能装置、牵引逆变器之间无单独保护的熔断器，若此段线路发生接地短路故障，只有主熔断器保护动作，而主熔断器熔断后，车辆因无法充电无法继续运行；
(4)车辆需设置高压回路分线箱，为储能装置、牵引逆变器及其他除辅助电源箱的直流高压负载分线。
(5)车辆需在车底设置负线汇流排，若轨道交通车辆为低地板有轨电车，若在车底设置负线汇流排，会占用本就比较紧张的车底空间。
发明内容
本发明提供一种无触网轨道车辆高压电气装置，以克服车顶空间紧张，只有被动保护的主熔断器，无主动断开的控制器件，无法在人为或系统发现异常时及时断开充电回路等问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种无触网轨道车辆高压电气装置，其特征在于：与受电弓连接，包括高速断路器、至少一个保护熔断器、模式选择开关、避雷器、电压传感器、电流传感器和负线汇流排；
高速断路器用于为牵引传动系统或辅助电源系统中的后端设备和线缆提供保护，分断后端设备和线缆因故障出现的过载电流或短路电流；
保护熔断器用于为其所串联的电路中的后端设备和线缆提供保护，分断后端设备和线缆因故障出现的过载电流或短路电流；
模式选择开关用于将辅助电源系统的受电来源由储能装置或接触网切换至车间电源插座；
避雷器用于其所并联的电路的提供过压保护；
电压传感器用于采集储能装置的输出电压值和充电轨对储能装置的充电电压值，为车辆网压表或列车网络控制系统提供电压检测数据；
电流传感器用于采集地面充电装置的充电电流值，为列车网络控制系统提供电流检测数据；
负线汇流排用于将高压电气装置所在车辆的高压设备的负线汇总引向车下接地装置；
其中所述高速断路器、所述保护熔断器、所述模式选择开关、所述避雷器、所述电压传感器、所述电流传感器和所述负线汇流排通过电缆、导线和铜排集成于同一个电器箱内。
进一步的，还包括所述保护熔断器对应的保护熔断器电气接口。
进一步的，还包括避雷器电气接口和去向充电受电弓电气接口，避雷器电气接口一端跨接去向充电受电弓电气接口，另一端跨接负线汇流排。
进一步的，所述电流传感器一端连接去向充电受电弓电气接口，电流传感器另一端连接高速断路器一端，高速断路器另一端跨接保护熔断器电气接口。
进一步的，还包括去向高压电气设备电气接口、去向其他车负线汇流排的电气接口、去向车辆接地装置电气接口和去向车下库用插座的电气接口。
进一步的，所述电压传感器一端连接高压电气设备电气接口，另一端连接负线汇流排。
进一步的，模式选择开关一端连接第二铜排，另一端连接第一铜排或去向车下库用插座的电气接口。
进一步的，还包括受电弓安装座，所述受电弓安装座设置在高压电气装置表面。
进一步的，还包括低压电连接器接口，所述低压电连接器接口设置在高压电气装置一侧。
进一步的，所述后端设备包括至少一个储能装置、至少一个牵引逆变器、至少一个辅助逆变器和至少一个蓄电池充电机，所述储能装置、所述牵引逆变器、所述辅助逆变器和所述蓄电池充电机与所述高速断路器集成在同一个电器箱内，无触网轨道车辆高压电气装置具有所述储能装置、所述牵引逆变器、所述辅助逆变器和所述蓄电池充电机对应的保护熔断器。
有益效果：
(1)储能装置、牵引逆变器、辅助电源系统前端设备集成至一个电器箱内，同时避雷器、受电弓可以安装在高压电器装置箱盖上，并具有电气连接及机械安装接口，节省紧张的车顶空间；
(2)增加充电保护高速断路器，与传统的主熔断器相比，可多次动作，而不是熔断一次就需要进行更换，并且保护机制较熔断器更加全面，具有整定值和di/dt判断2种方式，熔断器只会因为电流大，熔体发热超限而熔断，而高速断路器可以主动断开，可以在人为或系统发现异常时及时断开充电回路；
(3)高压电器装置至各储能装置、牵引逆变器之间有单独保护的熔断器，若此段线路发生接地短路故障，对应的保护熔断器熔断，尽可能地减小故障情况对系统正常运行的影响，提高了系统的冗余可靠性；
(4)车辆不需额外设置高压回路分线箱，储能装置、牵引逆变器及其他直流高压供电设备和用电设备已在高压电器装置内分线；
(5)高压电器装置内设有负线汇流排，该汇流排不单单将本方案高压电器装置所在车的高压设备的负线进行汇总引向车下接地装置，车辆不需要单独设置负线汇流排，同时高压电器装置内的负线汇流排还连向其他车的负线汇流排，提升车辆回流回路的冗余可靠性；
(6)高压电器装置内设有电压、电流传感器，为车辆相关数据的显示、逻辑判断、故障分析提供信号采集。
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为本发明高压电气装置主电路原理图；
图2为本发明高压电气装置3D模型示意图；
图3为本发明高压电气装置外形图。
其中，1、第一铜排，2、第二铜排，3、第三铜排，4、避雷器(ARR)，5、受电弓安装座，6、低电压连接器。
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。
本实施例提供了一种无触网轨道车辆高压电气装置，如图1-3，其特征在于：与受电弓连接，包括高速断路器HSCB、至少一个保护熔断器FUSE、模式选择开关BQS、避雷器ARR、电压传感器TV、电流传感器TA和负线汇流排HLP；
高速断路器HSCB用于为牵引传动系统或辅助电源系统中的后端设备和线缆提供保护，分断后端设备和线缆因故障出现的过载电流或短路电流；高速断路器HSCB是一种具备大电流分断的开关器件，现有的高速断路器HSCB分断具有2种方式：
(1)主动分断：可由司机主动或通过现有的相关逻辑电路的搭建，利用接触器断开高速断路器HSCB线圈的供电，使高速断路器HSCB断开；
(2)被动分断：被动分断分为2种，第1种是超过高速断路器HSCB预设的整定值时，高速断路器HSCB自动断开；第2种是电流的变化率di/dt大于一定值时，高速断路器HSCB断开。
保护熔断器FUSE用于为其所串联的电路中的后端设备和线缆提供保护，分断后端设备和线缆因故障出现的过载电流或短路电流；
模式选择开关BQS用于用于将辅助电源系统的受电来源由储能装置或接触网切换至车间电源插座；车辆在库内检修维护时，由于储能装置有可能处于放电待检或正在检修，此时为满足车上的设备的AC380V(如冷却风机、AC220V插座等)或DC24V(列车控制系统、照明等)负载的工作需求，辅助电源系统需有DC750V直流电源输入，通过模式选择开关BQS，直接扳动模式选择开关BQS可以将辅助电源系统受电来源由正常的主电路切换至车间电源。
避雷器用于其所并联的电路的过压保护；避雷器ARR并联于被保护的高压电路，在正常工作电压时流过避雷器ARR的电流极小或断路；当避雷器所并联的电路出现过电压时，利用其非线性伏安特性，避雷器ARR等效电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护其并联电路的效果。
电压传感器TV用于采集储能装置的输出电压值或充电轨对储能装置的充电电压值，为车辆网压表或列车网络控制系统提供数据来源。在无触网区段运行时，该电压为储能装置的输出电压；在车站充电时，该电压为充电轨对储能装置的充电电压。
电流传感器TA用于采集地面充电装置的充电电流值，为列车网络控制系统提供数据来源；该电流传感器TA为有源传感器。
负线汇流排HLP用于将车辆的高压设备的负线汇总引向车下接地装置；该汇流排不单单将本方案高压电气装置所在车的高压设备的负线进行汇总引向车下接地装置，车辆不需要单独设置负线汇流排，同时高压电气装置内的负线汇流排还连向其他车的负线汇流排，提升车辆回流回路的冗余可靠性。
其中所述高速断路器、所述保护熔断器、所述模式选择开关、所述避雷器、所述电压传感器、所述电流传感器和所述负线汇流排通过电缆、导线和铜排集成于同一个电器箱内。
增加充电保护高速断路器HSCB，与传统的主熔断器相比，可多次动作，不是熔断一次就需要进行更换，并且保护机制较熔断器更加全面，具有整定值和di/dt判断2种方式，熔断器只会因为电流大，熔体发热超限而熔断，而高速断路器可以主动断开，可以在人为或系统发现异常时及时断开充电回路。高压电气装置内设有电压、电流传感器，为车辆相关数据的显示、逻辑判断、故障分析提供信号采集。
在具体实施例中，所述高压电气装置的优选方案是：还包括所述保护熔断器FUSE对应的保护熔断器电气接口，保护熔断器电气接口设置在第一铜排1和第二铜排2上。
在具体实施例中，所述高压电气装置的优选方案是：还包括避雷器ARR电气接口和去向充电受电弓电气接口，避雷器ARR电气接口一端跨接去向充电受电弓电气接口，另一端跨接负线汇流排。
在具体实施例中，所述高压电气装置的优选方案是：所述电流传感器TA一端连接去向充电受电弓电气接口，电流传感器TA另一端连接高速断路器HSCB一端，高速断路器HSCB另一端跨接保护熔断器电气接口。
在具体实施例中，所述高压电气装置的优选方案是：还包括去向高压电气设备电气接口、去向车辆接地装置电气接口和去向车下库用插座的电气接口。
在具体实施例中，所述高压电气装置的优选方案是：所述电压传感器TV一端连接高压电气设备电气接口，另一端连接负线汇流排。
在具体实施例中，所述高压电气装置的优选方案是：模式选择开关BQS一端连接第二铜排，另一端连接第一铜排或去向车下库用插座的电气接口。
在具体实施例中，所述高压电气装置的优选方案是：还包括受电弓安装座，所述受电弓安装座设置在高压电气装置表面。
在具体实施例中，所述高压电气装置的优选方案是：还包括低压电连接器接口，所述低压电连接器接口设置在高压电气装置一侧，用于传输熔断器反馈触点状态、受电弓升/降弓到位信号、电压传感器反馈电压值等信号
在具体实施例中，所述高压电气装置的优选方案是：所述后端设备包括至少一个储能装置、至少一个牵引逆变器、至少一个辅助逆变器和至少一个蓄电池充电机，所述储能装置、所述牵引逆变器、所述辅助逆变器和所述蓄电池充电机与所述高速断路器集成在同一个电器箱内，无触网轨道车辆高压电气装置具有所述储能装置、所述牵引逆变器、所述辅助逆变器和所述蓄电池充电机对应的保护熔断器。
图1中，FUSE1、FUSE2分别为牵引逆变器1、牵引逆变器2对应的保护熔断器，FUSE3、FUSE4分别为辅助逆变器1、辅助逆变器2对应的保护熔断器，FUSE5、FUSE6分别为蓄电池充电机1、蓄电池充电机2对应的保护熔断器，FUSE7、FUSE8、FUSE9、FUSE10分别为储能装置1、储能装置2、储能装置3、储能装置4对应的保护熔断器。
为了节省车顶空间，该高压电气装置电器箱体上表面设有充电受电弓安装座，即充电受电弓可以安装在高压电气装置上，进一步节省车顶的设备布置空间。
图1和图3中，X1、X2是去向牵引逆变器1的电气接口，X3、X4是去向牵引逆变器2的电气接口，X5、X6分别是去向辅助逆变器1、去向辅助逆变器2的电气接口，X7、X8是去向蓄电池充电机1的电气接口，X9、X10是去向储能装置1的电气接口，X11、X12是去向储能装置2的电气接口，X13、X14是去向储能装置3的电气接口，X15、X16是去向储能装置4的电气接口，X17是去向车下库用插座的电气接口，X18是去向本高压电气设备的电气接口、X19、X20、X21、X22是去向其他车负线汇流排的电气接口，X23、X24是去向本车接地装置的电气接口，X25、X26是去向避雷器的电气接口，X27、X28是去向充电受电弓的电气接口。
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 (10)
1.一种无触网轨道车辆高压电气装置，其特征在于：与受电弓连接，包括高速断路器、至少一个保护熔断器、模式选择开关、避雷器、电压传感器、电流传感器和负线汇流排；
高速断路器用于为牵引传动系统或辅助电源系统中的后端设备和线缆提供保护，分断后端设备和线缆因故障出现的过载电流或短路电流；
保护熔断器用于为其所串联的电路中的后端设备和线缆提供保护，分断后端设备和线缆因故障出现的过载电流或短路电流；
模式选择开关用于将辅助电源系统的受电来源由储能装置或接触网切换至车间电源插座；
避雷器用于其所并联的电路的提供过压保护；
电压传感器用于采集储能装置的输出电压值和充电轨对储能装置的充电电压值，为车辆网压表或列车网络控制系统提供电压检测数据；
电流传感器用于采集地面充电装置的充电电流值，为列车网络控制系统提供电流检测数据；
负线汇流排用于将高压电气装置所在车辆的高压设备的负线汇总引向车下接地装置；
其中所述高速断路器、所述保护熔断器、所述模式选择开关、所述避雷器、所述电压传感器、所述电流传感器和所述负线汇流排通过电缆、导线和铜排集成于同一个电器箱内。
2.如权利要求1所述的一种无触网轨道车辆高压电气装置，其特征在于：还包括所述保护熔断器对应的保护熔断器电气接口。
3.如权利要求2所述的一种无触网轨道车辆高压电气装置，其特征在于：还包括避雷器电气接口和去向充电受电弓电气接口，避雷器电气接口一端跨接去向充电受电弓电气接口，另一端跨接负线汇流排。
4.如权利要求3所述的一种无触网轨道车辆高压电气装置，其特征在于：所述电流传感器一端连接去向充电受电弓电气接口，电流传感器另一端连接高速断路器一端，高速断路器另一端跨接保护熔断器电气接口。
5.如权利要求4所述的一种无触网轨道车辆高压电气装置，其特征在于：还包括去向高压电气设备电气接口、去向其他车负线汇流排的电气接口、去向车辆接地装置电气接口和去向车下库用插座的电气接口。
6.如权利要求5所述的一种无触网轨道车辆高压电气装置，其特征在于：所述电压传感器一连接高压电气设备电气接口，另一端连接负线汇流排。
7.如权利要求6所述的一种无触网轨道车辆高压电气装置，其特征在于：模式选择开关一端连接第二铜排，另一端连接第一铜排或去向车下库用插座的电气接口。
8.如权利要求1所述的一种无触网轨道车辆高压电气装置，其特征在于：还包括受电弓安装座，所述受电弓安装座设置在高压电气装置表面。
9.如权利要求7所述的一种无触网轨道车辆高压电气装置，其特征在于：还包括低压电连接器接口，所述低压电连接器接口设置在高压电气装置一侧。
10.如权利要求1所述的一种无触网轨道车辆高压电气装置，其特征在于：所述后端设备包括至少一个储能装置、至少一个牵引逆变器、至少一个辅助逆变器和至少一个蓄电池充电机，所述储能装置、所述牵引逆变器、所述辅助逆变器和所述蓄电池充电机与所述高速断路器集成在同一个电器箱内，无触网轨道车辆高压电气装置具有所述储能装置、所述牵引逆变器、所述辅助逆变器和所述蓄电池充电机对应的保护熔断器。
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