CN117341546B - 一种城市轨道交通基于专用回流轨的冗余牵引供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城市轨道交通基于专用回流轨的冗余牵引供电系统，基于牵引变电所SS1、牵引变电所SS2、专用回流轨、钢轨、接触网，在牵引变电所SS1内装设第一转换开关K1、第二转换开关K2、第三转换开关K3、第四转换开关K4，在牵引变电所SS2内装设第五转换开关K5、第六转换开关K6、第七转换开关K7、第八转换开关K8；正常工况和接触网故障工况时切换八个转换开关的状态，实现牵引供电系统正常工况供电、回流方式与故障工况供电、回流方式的转换。本发明实现接触网系统从无备用到有备用的突破；充分利用专用回流轨功能实现故障救援灵活供电模式；降低车载蓄电池重量、列车运行能耗和制造成本，提高运营社会和经济效益。

Description

一种城市轨道交通基于专用回流轨的冗余牵引供电系统

技术领域

本发明属于城市轨道交通牵引供电系统技术领域，尤其是涉及一种城市轨道交通基于专用回流轨的冗余牵引供电系统。

背景技术

城市轨道交通对服务水平要求高，而作为动力的牵引供电系统接触网为无备用系统，当接触网故障无法供电或者火灾等工况下，地铁列车目前主要依靠车载蓄电池进行救援。

直流牵引供电系统的杂散电流问题是一直以来设计、施工、运营中存在的顽疾，专用回流轨技术在直流牵引供电系统的应用，能够有效抑制杂散电流的泄漏，减少对轨道交通自身及周边金属管线的影响。

专用回流轨系统安装的绝缘水平与接触网相同，可以利用专用回流轨在某些故障工况下临时转换为供电轨，有效提高列车救援、乘客疏散等方面应急服务水平。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种城市轨道交通基于专用回流轨的冗余牵引供电系统，通过在牵引变电所内装设转换开关，当正常工况和接触网故障工况下，采用适当的转换方式，切换转换开关的状态，实现牵引供电系统正常工况供电、回流方式与故障工况供电、回流方式的转换。

一种城市轨道交通基于专用回流轨的冗余牵引供电系统，基于牵引变电所SS1、牵引变电所SS2、专用回流轨、钢轨以及接触网，在所述牵引变电所SS1内装设第一转换开关K1、第二转换开关K2、第三转换开关K3、第四转换开关K4，在所述牵引变电所SS2内装设第五转换开关K5、第六转换开关K6、第七转换开关K7、第八转换开关K8；

所述牵引变电所SS1的正极母线通过所述第二转换开关K2与所述专用回流轨连接，通过所述第四转换开关K4与所述接触网连接；

所述牵引变电所SS1的负极母线通过所述第一转换开关K1与所述专用回流轨连接，通过所述第三转换开关K3与所述钢轨连接；

所述牵引变电所SS2的正极母线通过所述第六转换开关K6与所述专用回流轨连接，通过所述第八转换开关K8与所述接触网连接；

所述牵引变电所SS2的负极母线通过所述第五转换开关K5与所述专用回流轨连接，通过所述第七转换开关K7与所述钢轨连接；

其中，列车在正常工况下，所述第一转换开关K1、第四转换开关K4、第五转换开关K5、第八转换开关K8为常闭开关，所述第二转换开关K2、第三转换开关K3、第六转换开关K6、第七转换开关K7为常开开关，此时列车采用接触网供电、专用回流轨回流；

列车在接触网故障情况下，打开所述第一转换开关K1、第四转换开关K4、第五转换开关K5以及第八转换开关K8，闭合所述第二转换开关K2、第三转换开关K3、第六转换开关K6以及第七转换开关K7，此时列车采用专用回流轨轨供电、钢轨回流。

优选地，正常工况下牵引变电所SS1、牵引变电所SS2、接触网、专用回流轨与列车形成回路的电流路径为自牵引变电所SS1正极母线，流经接触网、列车、专用回流轨，最终至牵引变电所SS1负极母线；自牵引变电所SS2正极母线，流经接触网、列车、专用回流轨，最终至牵引变电所SS2负极母线。

优选地，接触网故障情况下，所述牵引变电所SS1、牵引变电所SS2、接触网、专用回流轨与列车形成回路的电流路径为自牵引变电所SS1正极母线，流经专用回流轨、列车、钢轨，最终至牵引变电所SS1负极母线；自牵引变电所SS2正极母线，流经专用回流轨、列车、钢轨，最终至牵引变电所SS2负极母线。

优选地，包括牵引变电所SS1方向的负荷电流I₁、牵引变电所SS2方向的负荷电流I₂、列车负荷电流I_L，其中：I₁+I₂=I_L。

优选地，还包括在列车的正极母线、负极母线上装设转换开关S1和转换开关S2，所述转换开关S1和转换开关S2均设有第一接触点和第二接触点；

列车在正常工况下，所述转换开关S1位于转换开关S1的第二接触点，所述转换开关S2位于转换开关S2的第一接触点，此时列车采用受电弓受电、回流靴回流；

列车在接触网故障情况下，所述转换开关S1切换至转换开关S1的第一接触点，所述转换开关S2位于转换开关S2的第二接触点，此时列车采用回流靴受电、轮对回流。

本发明实施例带来了以下有益效果：

在继承传统供电系统优势的基础上，还有以下技术优势：

一、实现接触网系统从无备用到有备用的突破。线路上的接触网故障后，可以在列车、故障区段变电所内进行临时转换，利用专用轨牵引供电，短时间内不影响全线列车运营，极大提高了运营服务水平。

二、充分利用专用回流轨功能，实现故障救援灵活供电模式。正常供电时，列车自接触网取电，专用轨回流；接触网故障时，列车自专用轨取电，钢轨回流。本发明提出的切换控制方法切换简单方便，有利于应急状态下轨道交通运营安全。

三、降低车载蓄电池重量，降低列车运行能耗，降低列车制造成本，提高运营社会和经济效益。目前部分列车采取车辆搭载牵引用蓄电池进行故障工况下乘客疏散。蓄电池容量需满足列车自最不利区间中部牵引至就近车站疏散乘客的要求，此方案需配置大量牵引蓄电池导致车辆自重大幅增加，列车制造、运维成本大幅提高，正常运行时提高了列车运行能耗。本发明能够最大限度减少列车配置牵引蓄电池，降低正常运行时列车能耗，同时可将列车自区间牵引至车站疏散乘客，避免乘客接触区间设备及管线，有效提高了运营服务水平。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分特征从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例提供的专用轨冗余供电系统在正常供电工况下的主要结构示意图；

图2为本发明实施例提供的专用轨冗余供电系统在故障时运行模式转换后的主要结构示意图；

图3为本发明实施例提供的车辆经回流靴回流示意图；

图4为本发明实施例提供的车辆经轮对回流示意图；

图5为本发明实施例提供的基于专用回流轨的冗余牵引供电系统牵引回流方式转换图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种城市轨道交通基于专用回流轨的冗余牵引供电系统进行详细介绍，

实施例一、基于某牵引区间两端车站设置的牵引变电所SS1和牵引变电所SS2、专用回流轨、钢轨以及接触网，在所述牵引变电所SS1内装设第一转换开关K1、第二转换开关K2、第三转换开关K3、第四转换开关K4，在所述牵引变电所SS2内装设第五转换开关K5、第六转换开关K6、第七转换开关K7、第八转换开关K8；

所述牵引变电所SS1的正极母线通过所述第二转换开关K2与所述专用回流轨连接，通过所述第四转换开关K4与所述接触网连接；

所述牵引变电所SS1的负极母线通过所述第一转换开关K1与所述专用回流轨连接，通过所述第三转换开关K3与所述钢轨连接；

所述牵引变电所SS2的正极母线通过所述第六转换开关K6与所述专用回流轨连接，通过所述第八转换开关K8与所述接触网连接；

所述牵引变电所SS2的负极母线通过所述第五转换开关K5与所述专用回流轨连接，通过所述第七转换开关K7与所述钢轨连接；

如图1所示，列车在正常工况下，所述第一转换开关K1、第四转换开关K4、第五转换开关K5、第八转换开关K8为常闭开关，所述第二转换开关K2、第三转换开关K3、第六转换开关K6、第七转换开关K7为常开开关，此时接触网供电、专用回流轨回流；钢轨R仅作为走行轨，不与变电所直流牵引供电系统形成电气通路。

其中，牵引变电所SS1、牵引变电所SS2、接触网、专用回流轨与列车形成回路的电流路径为自牵引变电所SS1正极母线，流经接触网、列车、专用回流轨，最终至牵引变电所SS1负极母线；自牵引变电所SS2正极母线，流经接触网、列车、专用回流轨，最终至牵引变电所SS2负极母线。

如图2所示，由于接触网故障会造成列车停车，在确认接触网故障不侵限界不影响后续行车的条件下，利用这段时间进行故障识别及转换的相关操作，控制变电所进行供电、回流方式转换。具体转换步骤为：

步骤1、列车降受电弓、收回流靴；

步骤2、打开所述第一转换开关K1、第四转换开关K4、第五转换开关K5以及第八转换开关K8，使牵引区间内故障接触网停电，专用回流轨不再与牵引变电所SS1、牵引变电所SS2的负极母线连接；

步骤3、闭合所述第二转换开关K2、第三转换开关K3、第六转换开关K6以及第七转换开关K7，使牵引区间内专用回流轨转换为供电轨、钢轨回流；

步骤4、在车内进行接触网受电模式至专用轨受电模式的开关转换；

步骤5、确认列车、变电所均完成转换且安全后，列车回流靴连接至专用回流轨，列车启动，恢复运行。

其中，所述牵引变电所SS1、牵引变电所SS2、接触网、专用回流轨与列车形成回路的电流路径为自牵引变电所SS1正极母线，流经专用回流轨、列车、钢轨，最终至牵引变电所SS1负极母线；自牵引变电所SS2正极母线，流经专用回流轨、列车、钢轨，最终至牵引变电所SS2负极母线。

在本实施例中，全列车仅需2个回流靴正常工作，即可满足6节编组车辆正常运行；仅需1个回流靴正常工作，即可满足4节编组车辆正常运行，一般每节车厢设置2对回流靴，全列车回流靴大量故障造成不满足上述回流要求的几率很小，故工程上不考虑回流靴故障工况。

在本实施例中，列车取自牵引变电所SS1方向的负荷电流I₁、列车取自牵引变电所SS2方向的负荷电流I₂、列车负荷电流I_L，其中：I₁+I₂=I_L。

进一步地，还包括在列车的正极母线、负极母线上装设转换开关S1和转换开关S2，所述转换开关S1和转换开关S2均设有第一接触点和第二接触点。

如图3所示，列车在正常工况下，所述转换开关S1位于转换开关S1的第二接触点，所述转换开关S2位于转换开关S2的第一接触点，此时列车采用受电弓受电、回流靴回流。

如图4所示，当车辆行驶中遇到接触网故障，列车根据地面信号设备指示，进行供电方式转换。转换步骤为：所述转换开关S1切换至转换开关S1的第一接触点，所述转换开关S2位于转换开关S2的第二接触点，此时列车为回流靴受电、轮对回流。

实施例二、以从左至右行车为例，阐述其他正常供电区间列车至此故障区间内运行，列车供电方式转换的方法为：

当列车在牵引变电所SS1所处车站的左侧区间内行驶，列车所处区段为正常供电区间，车站进站端设置接触网电分段，牵引变电所SS1所处车站内接触网为故障供电区间范围，处于故障工况下专用轨供电、钢轨回流的方式。具体转换步骤如下：

1）列车提前制动，在区间靠近车站的位置停车，降受电弓、收回流靴；

2）利用车载牵引蓄电池牵引车辆至车站，在进站停车后，利用停站时间完成车内受电制式转换；

3）回流靴重新与专用轨相连。

待列车再次启动时，即可利用专用轨供电、轮对回流。

实施例三、以从左至右行车为例，阐述列车自故障供电区间内运行至正常供电区间，列车供电方式转换的方法为:

当列车在牵引变电所SS2左侧区间内行驶，列车所处区段为故障供电区间，车站进站端设置了接触网电分段，因此牵引变电所SS2所处的车站内接触网为正常工况下接触网供电、专用轨回流方式。

具体转换步骤如下：

1）列车提前制动，在区间靠近车站的位置停车，收回流靴；

2）利用车载牵引蓄电池牵引车辆至车站，在进站停车后，利用停站时间完成车内受电制式转换；

3）受电弓升弓，回流靴重新与专用轨相连。

待列车再次启动时，即可利用接触网供电、专用轨回流。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经展示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种城市轨道交通基于专用回流轨的冗余牵引供电系统，基于牵引变电所SS1、牵引变电所SS2、专用回流轨、钢轨以及接触网，其特征在于，在所述牵引变电所SS1内装设第一转换开关K1、第二转换开关K2、第三转换开关K3、第四转换开关K4，在所述牵引变电所SS2内装设第五转换开关K5、第六转换开关K6、第七转换开关K7、第八转换开关K8；

所述牵引变电所SS1的正极母线通过所述第二转换开关K2与所述专用回流轨连接，通过所述第四转换开关K4与所述接触网连接；

所述牵引变电所SS1的负极母线通过所述第一转换开关K1与所述专用回流轨连接，通过所述第三转换开关K3与所述钢轨连接；

所述牵引变电所SS2的正极母线通过所述第六转换开关K6与所述专用回流轨连接，通过所述第八转换开关K8与所述接触网连接；

所述牵引变电所SS2的负极母线通过所述第五转换开关K5与所述专用回流轨连接，通过所述第七转换开关K7与所述钢轨连接；

列车在正常工况下，所述第一转换开关K1、第四转换开关K4、第五转换开关K5、第 八转换开关K8为常闭开关，所述第二转换开关K2、第三转换开关K3、第六转换开关K6、第七转换开关K7为常开开关，此时接触网供电、专用回流轨回流；

电流路径为自牵引变电所SS1正极母线，流经接触网、列车、专用回流轨，最终至牵引变电所SS1负极母线；自牵引变电所SS2正极母线，流经接触网、列车、专用回流轨，最终至牵引变电所SS2负 极母线；

列车在接触网故障情况下，打开所述第一转换开关K1、第四转换开关K4、第五转换开关K5以及第八转换开关K8，闭合所述第二转换开关K2、第三转换开关K3、第六转换开关K6以及第七转换开关K7，此时专用轨供电、钢轨回流；

电流路径为自牵引变电所SS1正极母线，流经专用回流轨、列车、钢轨，最终至牵引变电所SS1负极母线；自牵引变电所SS2正极母线，流经专用回流轨、列车、钢轨，最终至牵引变电所SS2负极母线；

其中，还包括在列车的正极母线、负极母线上装设转换开关S1和转换开关S2，所述转换开关S1和转换开关S2均设有第一接触点和第二接触点；

列车在正常工况下，所述转换开关S1位于转换开关S1的第二接触点，所述转换开关S2位于转换开关S2的第一接触点，此时列车采用受电弓受电、回流靴回流；

列车在接触网故障情况下，所述转换开关S1切换至转换开关S1的第一接触点，所述转换开关S2位于转换开关S2的第二接触点，此时列车采用回流靴受电、轮对回流。