CN116985680A - 电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电方式电分段或电分相信息接口 - Google Patents

电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电方式电分段或电分相信息接口 Download PDF

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刘贤汭
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Abstract

电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电方式电分段或电分相信息接口,完成双边贯通供电方式下供电系统电分段或电分相信息可靠、安全的传递到铁路列车控制信号系统,以列车断电过电分相或带电过电分段匹配联动操作。上行供电线路电分段或电分相信息接口、下行供电线路电分段或电分相信息接口均包括电源部分、电分段或电分相信息逻辑单元、隔离单元和铁路信号系统接收端;所述电源部分提供稳定可靠的直流电源,将直流电源电压通过电分段或电分相信息逻辑单元输出指示电分段信息的电压信号,然后经过隔离单元内的安全继电器将相应的电压信号转换成接触器的开合信号传递至列控系统,实现向铁路信号系统传递电分段信息的功能。

Description

电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电方式电分段或电分相 信息接口
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引供电系统,特别涉及一种电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电方式电分段或电分相信息接口。
背景技术
电力牵引由于具有高效率、低能耗、无污染等优势,在世界各国铁路中得到广泛应用。对于电气化铁路牵引供电系统,从牵引负荷能量来源划分,可分为单边供电方式和双边供电方式。单边供电方式是指单个方向牵引网仅由一座牵引变电所供电,相邻供电臂间设置电分相进行电气隔离,此时牵引列车负荷仅能通过一座牵引变电所获取电能。双边供电方式是指单个方向牵引网同时由相邻两座牵引变电所供电,相邻供电臂间不需要设置电分相进行电气隔离,此时牵引列车负荷能同时通过相邻两座牵引变电所获取电能。目前,我国轨道交通直流供电系统基本采用双边供电方式,交流供电系统尚未应用该方式,但是德国交流供电系统大量采用双边供电方式,且安全可靠运行多年。随着我国电气化铁路技术的发展,部分大坡道高标准重负荷电气化铁路开始修建,这些项目普遍面临电分相对行车影响较大、设置非常困难,牵引负荷较重,外部电源较为薄弱,供电能力需求与电源系统能力间矛盾较为突出等问题。为此,结合我国电气化铁路牵引供电系统特点,开展交流双边供电技术的研究和应用显得越发必要和紧迫。
作为不同供电单元间电气绝缘分割,接触网上电分相和电分段应用场景有所不同,电分相能够适应两供电单元存在较大相位差(一般不大于120°)和较大幅值差(一般不大于27.5kV),而电分段仅适用于两供电单元间相位相同,幅值差较小的情况。电分相结构存在中性段过渡区,正常静止状态时,是各种不同工况下良好可靠的绝缘分割,列车通过电分相动态工况时,列车采用断电通过,杜绝了有电区到无电区带电通过时产生的剧烈电弧,可有效避免电弧烧线重大事故出现,因此,对牵引供电系统而言,电分相是目前最为可靠、有效和安全的电气绝缘分割;但是,由于列车通过电分相时,采用断电方式,依靠惯性通过无电区过渡到下一个供电区段,列车在这一过程中处于无电惰行工况,若该无电区位于长大上坡区段、运行较为困难,容易出现“坡停”现象,严重影响列车的安全行驶。而对于电分段,就普遍采用的锚段关节式电分段而言,其绝缘为大约0.5米左右的空气间隙,网上结构较电分相简化,正常静止状态时,是同相但不同馈线供电单元间良好可靠的绝缘分割,列车通过电分段动态工况时,采用不断电通过,列车供电连续,不会产生短时失电导致的降速问题,因此,对工程现场实施难易程度以及行车运输而言,电分段是较好的电气绝缘分割方式;但是,由于列车通过电分段时,采用不断电方式通过,如相邻两供电单元工况差异较大,极端如一侧供电单元为有电正常供电、另一侧为无电故障,受电弓短时将两供电单元短接,触发剧烈的能量转换,产生剧烈电弧,将可能导致电弧烧线等重大事故。因此,作为接触网上电气绝缘隔离的电分相和电分段,其优缺点一定程度上恰好形成互补关系。
采用交流双边贯通供电方式,能够大幅度提升牵引供电系统供电能力,减少牵引网上电分相,但是取消电分相是否意味着贯通供电范围内取消供电单元的划分?是否意味着所有工况下均需要取消电分相?对于第一个问题,供电单元的划分是提高供电灵活性,降低故障区段影响范围的有效手段,也是我国电气化铁路基本的技术政策,此外,如果停电范围达到40-100公里,将大大超出目前我国以供电臂为单元、停电范围不大于20公里左右的情况,对我国既有相关技术体系影响较大,为此,考虑采用电分段作为贯通供电范围内供电单元间的绝缘分割,既能实现列车带电通过绝缘分割,解决大坡道分相带来的降速、坡停、坡缓等运输问题,又能实现供电单元的有效划分,提供供电灵活性,降低故障区段影响范围。因此,贯通式供电取消电分相不应意味着取消贯通供电范围内供电单元的划分,而是采用电分段作为相邻供电单元间的分割。对于第二个问题,当牵引网发生故障时,为避免列车将故障停电接触网单元和非故障带电接触网单元间导通,产生剧烈电弧、烧损接触网的情况,应当考虑采用电分相作为故障单元与非故障单元间的绝缘分割,使列车在由有电区进入无电区时、断电进入。对于贯通双边供电,如果电网系统出现故障或其他特殊情况,需要牵引供电系统解环、按终端负荷即单边供电方式运行时,应考虑采用电分相作为两相邻牵引变电所间的绝缘分割。此外,当牵引变电所故障退出运行时,相邻牵引变电所越区供电时,电气贯通已不具备条件的情况下,也应采用电分相作为牵引变电所端的绝缘分割。因此,贯通式供电取消电分相不应意味着所有工况下均需要取消电分相,但是应当研究正常供电情况下取消电分相,故障等特殊情况下恢复电分相的有效方案,亦即正常时双边贯通供电,特殊情况下退级为单边供电的技术方案。该技术方案主要涉及两项重要技术,一项是接触网上电分段和电分相结构转换技术,一项是牵引供电系统电分段或电分相信息与列车控制信号系统间联动技术,后者需要将供电系统电分段或电分相信息安全可靠传送给列车控制信号系统,实现列车断电过电分相或带电过电分段匹配联动操作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电方式电分段或电分相信息接口,完成双边贯通供电方式下供电系统电分段或电分相信息可靠、安全的传递到铁路列车控制信号系统,以列车断电过电分相或带电过电分段匹配联动操作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
本发明电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电方式电分段或电分相信息接口,其特征是:包括上行供电线路电分段或电分相信息接口、下行供电线路电分段或电分相信息接口,该上行供电线路电分段或电分相信息接口、下行供电线路电分段或电分相信息接口均包括电源部分、电分段或电分相信息逻辑单元、隔离单元和铁路信号系统接收端;所述电源部分提供稳定可靠的直流电源,将直流电源电压通过电分段或电分相信息逻辑单元输出指示电分段信息的电压信号,然后经过隔离单元内的安全继电器将相应的电压信号转换成接触器的开合信号传递至列控系统,实现向铁路信号系统传递电分段信息的功能,如铁路信号系统未收到电分段信息,则默认牵引供电系统处于电分相状态。
本发明的有益效果是,能够满足电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电的功能需求,有效解决供电系统电分段或电分相信息安全、可靠传递至列控系统的问题,保证列车的运行安全,同时减少了牵引供电系统双边贯通供电方式下的事故影响范围,提高牵引供电系统双边贯通供电的可靠性。
附图说明
本说明书包括如下三幅附图:
图1是双边贯通供电方式绝缘分割处供电系统典型示意图,图中部件及编号如下:
所内27.5kV母线1;小里程方向上行27.5kV馈线断路器2;小里程方向下行27.5kV馈线断路器3;上行中性段27.5kV馈线断路器6;下行中性段27.5kV馈线断路器7;大里程方向上行27.5kV馈线断路器4;大里程方向下行27.5kV馈线断路器5;上行小里程27.5kV隔离开关8;上行大里程27.5kV隔离开关9;下行小里程27.5kV隔离开关10;下行大里程27.5kV隔离开关11;上行绝缘分割12;下行绝缘分割13;上行供电接触网14;下行供电接触网15。
图2是双边贯通供电方式下,上行供电线路电分段或电分相信息接口方案示意图,图中部件及编号如下:
一号直流电源16;电分段或电分相信息逻辑单元17;隔离单元18;列控系统信号接入单元19;二号直流电源20;电分段或电分相信息逻辑单元21;小里程方向上行27.5kV馈线断路器2常开节点①;上行中性段27.5kV馈线断路器6常开节点②;大里程方向上行27.5kV馈线断路器4常开节点③;一号安全继电器④;一号安全继电器常开节点⑤;二号安全继电器⑥;二号安全继电器常开节点⑦。
图3是双边贯通供电方式下,下行供电线路电分段或电分相信息接口方案示意图,图中部件及编号如下:
一号直流电源22;电分段或电分相信息逻辑单元23;隔离单元24;列控系统信号接入单元25;二号直流电源26;电分段或电分相信息逻辑单元27;小里程方向下行27.5kV馈线断路器3常开节点⑧;下行中性段27.5kV馈线断路器7常开节点⑨;大里程方向下行27.5kV馈线断路器5常开节点⑩;一号安全继电器一号安全继电器常开节点/>二号安全继电器二号安全继电器常开节点/>
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1,双边贯通供电方式绝缘分割处供电系统典型示意图,它包括所内27.5kV母线1、小里程方向上行27.5kV馈线断路器2、小里程方向下行27.5kV馈线断路器3、上行中性段27.5kV馈线断路器6、下行中性段27.5kV馈线断路器7、大里程方向上行27.5kV馈线断路器4、大里程方向下行27.5kV馈线断路器5、上行小里程27.5kV隔离开关8、上行大里程27.5kV隔离开关9、下行小里程27.5kV隔离开关10、下行大里程27.5kV隔离开关11、上行绝缘分割12、下行绝缘分割13、上行供电接触网14和下行供电接触网15。正常双边贯通供电情况下,小里程方向上行27.5kV馈线断路器2、小里程方向下行27.5kV馈线断路器3、上行中性段27.5kV馈线断路器6、下行中性段27.5kV馈线断路器7、大里程方向上行27.5kV馈线断路器4、大里程方向下行27.5kV馈线断路器5均处于闭合状态;上行小里程27.5kV隔离开关8、上行大里程27.5kV隔离开关9、下行小里程27.5kV隔离开关10、下行大里程27.5kV隔离开关11均处于打开状态;此时上行绝缘分割12、下行绝缘分割13结构应为电分段结构,列车可以带电过上行绝缘分割12、下行绝缘分割13。故障或需要解环运行时,中性段上行27.5kV馈线断路器6以及下行27.5kV馈线断路器7分开,此时,绝缘分割为电分相结构,列车需断电通过。
本发明的电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电方式电分段或电分相信息接口,包括:上行供电线路电分段或电分相信息接口、下行供电线路电分段或电分相信息接口,该上行供电线路电分段或电分相信息接口、下行供电线路电分段或电分相信息接口均包括电源部分、电分段或电分相信息逻辑单元、隔离单元和铁路信号系统接收端;所述电源部分提供稳定可靠的直流电源,将直流电源电压通过电分段或电分相信息逻辑单元输出指示电分段信息的电压信号,然后经过隔离单元内的安全继电器将相应的电压信号转换成接触器的开合信号传递至列控系统,实现向铁路信号系统传递电分段信息的功能,如铁路信号系统未收到电分段信息,则默认牵引供电系统处于电分相状态。
所述电分段或电分相信息逻辑单元主要是以双边贯通供电方式下该绝缘分割处馈线断路器的无源常开、常闭节点组合逻辑作为电分段、电分相信息逻辑判断单元的主要输入信息,可根据双边贯通供电系统的系统需求对电分相、电分段信息逻辑判断输入信息进行局部调整与优化;所述隔离单元采用铁路安全性继电器,保证其能够安全可靠的运行;所述铁路信号系统接收端为安全继电器的常开节点,只有在两套安全继电器同时处于带电状态时,铁路信号系统接收端才会接收到电分段状态信息,其余任何状态铁路信号系统接收端均是接收到电分相状态信息。
图2为双边贯通供电方式下上行供电线路电分段或电分相信息接口示意图,为确保信息收集的准确性,按照两套系统冗余串联连接方式进行设置。它包括一号直流电源16、电分段或电分相信息逻辑单元17、隔离单元18、列控系统信号接入单元19、二号直流电源20、电分段或电分相信息逻辑单元21、小里程方向上行27.5kV馈线断路器2常开节点①、上行中性段27.5kV馈线断路器6常开节点②、大里程方向上行27.5kV馈线断路器4常开节点③、一号安全继电器④、一号安全继电器常开节点⑤、二号安全继电器⑥、二号安全继电器常开节点⑦。为保证系统的稳定可靠,一号直流电源16与二号直流电源20应分别引至不同的直流电源系统或者同一直流电源系统不同直流母线。在图1所示正常双边贯通供电情况下,小里程方向上行27.5kV馈线断路器2常开节点①、上行中性段27.5kV馈线断路器6常开节点②、大里程方向上行27.5kV馈线断路器4常开节点③均处于闭合状态;即电分段逻辑信息回路接通,使得一号安全继电器④、二号安全继电器⑥带电,促使安全继电器常开节点⑤、⑦处于闭合状态;从而将上行线路对应的电分段信号传递进入列控系统,指导列控系统控制列车按照带电过电分段通过。反之如果系统因为故障等原因造成小里程方向上行27.5kV馈线断路器2跳闸或者打开,上行中性段27.5kV馈线断路器6跳闸或者打开,大里程方向上行27.5kV馈线断路器4跳闸或者打开;则小里程方向上行27.5kV馈线断路器2常开节点①、上行中性段27.5kV馈线断路器6常开节点②和大里程方向上行27.5kV馈线断路器4常开节点③,其中至少有一个节点处于打开状态;即电分段状态信息逻辑回路断开,使得一号安全继电器④、二号安全继电器⑥失电,促使安全继电器常开节点⑤、⑦处于打开状态;此时,列控系统无法收到电分段信息而默认系统处于电分相状态,指导列控系统控制列车按照断电过电分相通过。
图3为双边贯通供电型式下下行供电线路电分段或电分相信息接口示意图,为确保信息收集的准确性,按照两套系统冗余串联连接方式进行设置。它包括一号直流电源22、电分段或电分相信息逻辑单元23、隔离单元24、列控系统信号接入单元25、二号直流电源26、电分段或电分相信息逻辑单元27、小里程方向下行27.5kV馈线断路器3常开节点⑧、下行中性段27.5kV馈线断路器7常开节点⑨、大里程方向下行27.5kV馈线断路器5常开节点⑩、一号安全继电器一号安全继电器常开节点/>二号安全继电器/>和二号安全继电器常开节点/>为保证系统的稳定可靠,一号直流电源22与二号直流电源26应分别引至不同的直流电源系统或者同一直流电源系统不同直流母线。在图1所示正常双边贯通供电情况下,小里程方向下行27.5kV馈线断路器3常开节点⑧、下行中性段27.5kV馈线断路器7常开节点⑨、大里程方向下行27.5kV馈线断路器5常开节点⑩均处于闭合状态,即电分段或电分相逻辑信息回路接通,使得一号安全继电器/>二号安全继电器/>带电,促使对应的一号安全继电器常开节点/>二号安全继电器常开节点/>处于闭合状态,从而将下行线路对应的电分段信号传递进入列控系统,指导列控系统控制列车按照带电过电分段通过。反之如果系统因为故障等原因造成小里程方向下行27.5kV馈线断路器3跳闸或者打开,或者下行中性段27.5kV馈线断路器7跳闸或者打开,或者大里程方向下行27.5kV馈线断路器5跳闸或者打开,则小里程方向下行27.5kV馈线断路器3常开节点⑧、下行中性段27.5kV馈线断路器7常开节点⑨和大里程方向下行27.5kV馈线断路器5常开节点⑩,其中至少有一个节点处于打开状态,即电分段状态逻辑回路断开,使得一号安全继电器/>二号安全继电器/>断电,促使一号安全继电器常开节点/>二号安全继电器/>处于打开状态,此时列控系统无法收到电分段信息而默认系统处于电分相状态,指导列控系统控制列车按照断电过电分相通过。
以上所述只是用图解说明本发明电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电方式电分段或电分相信息接口的一些原理,并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内,故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物,均属于本发明所申请的专利范围。物,均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (2)

1.电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电方式电分段或电分相信息接口,其特征是:包括上行供电线路电分段或电分相信息接口、下行供电线路电分段或电分相信息接口,该上行供电线路电分段或电分相信息接口、下行供电线路电分段或电分相信息接口均包括电源部分、电分段或电分相信息逻辑单元、隔离单元和铁路信号系统接收端;所述电源部分提供稳定可靠的直流电源,将直流电源电压通过电分段或电分相信息逻辑单元输出指示电分段信息的电压信号,然后经过隔离单元内的安全继电器将相应的电压信号转换成接触器的开合信号传递至列控系统,实现向铁路信号系统传递电分段信息的功能,如铁路信号系统未收到电分段信息,则默认牵引供电系统处于电分相状态。
2.如权利要求1所述电气化铁路牵引供电系统双边贯通供电方式电分段或电分相信息接口,其特征是:所述电分段或电分相信息逻辑单元主要是以双边贯通供电方式下该绝缘分割处馈线断路器的无源常开、常闭节点组合逻辑作为电分段、电分相信息逻辑判断单元的主要输入信息,可根据双边贯通供电系统的系统需求对电分相、电分段信息逻辑判断输入信息进行局部调整与优化;所述隔离单元采用铁路安全性继电器,保证其能够安全可靠的运行;所述铁路信号系统接收端为安全继电器的常开节点,只有在两套安全继电器同时处于带电状态时,铁路信号系统接收端才会接收到电分段状态信息,其余任何状态铁路信号系统接收端均是接收到电分相状态信息。
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