CN1181993C - 列车接触网供电电源系统 - Google Patents

Abstract

列车接触网供电电源系统，其液压升弓装置在控制电路的控制下升降受电弓及车顶高压装置的受电弓，接触网上的高压通过受电弓及车顶高压装置引入至主变压器的原边，该主变压器的次边对应输出五路分别为278V、248V、224V、204V、192V电压，以上五路电压分别送到调压机组5的五个输入端，控制电路控制调压机组的五组晶闸管开关的一组导通，选择一组最接近220V的输出电压送至滤波器，滤波器与电源输出电路相连；主变压器的一个次边输出还连接至蓄电池充电电路，控制电路根据充电电流和充电电压信号控制该蓄电池充电电路对蓄电池充电；该系统在网压存在大的变化时，输出电压仍然可以稳定在额定值的±10%的范围内，具有寿命长、维修少、可靠的优点。

Description

列车接触网供电电源系统

技术领域

本发明属于列车供电电源系统，特别是一种电气铁路上的通过接触网取电的列车供电电源系统。

背景技术

目前大型养路机械已成为我国铁路养护维修的主要力量，每天都有机械化施工队活跃在万里铁道线上，这些施工队常年在野外作业，战严寒，斗酷暑，为我国铁路的发展，特别是为近几年铁路的提速做出了巨大贡献。但这些在野外作业的施工队生活条件却十分艰苦，不方便，其中很重要的一项就是宿营车用电很不方便。机械化施工队的宿营列车一般都是从沿途的停靠站上取电，由水电段负责，而宿营列车在每一站停靠的时间都很短，水电段必须频繁到施工队接电。而且这些沿途停靠站一般都是小站，小站上变压器容量都比较小，无法向宿营列车提供比较大容量的电，所以宿营列车都带有自备的柴油发电机组，在很多时候，特别是在夏季和冬季使用空调时候一般都由柴油发电机组向宿营列车供电。由柴油发电机组发电消耗了大量柴油，发电机组发出的噪音也对施工队员和周围居民造成了干扰，另外柴油发电组的容量也不大，车上很多用电设备如电磁灶、电淋浴器、电冰箱等无法使用。

发明内容

考虑到目前我国铁路电气化的里程每年都以很高的速度在增加，各主要干线已基本电气化，今后电气化铁路将越来越多，本发明的目的旨在为经常在电气化区间作业的机械化施工队的宿营列车上配备一套能直接从接触网取电的系统，使宿营列车不能停在何处，都能从接触网上取得大容量的电能，从而避免水电段频繁接电的麻烦，从根本上解决柴油发电机组的种种弊端。从我们走访和了解的几个电气化区间较多的铁路局如成都局、郑州局、北京局、兰州局、广州局来看，这种需求是非常迫切的。

本发明适用于单相交流25KV，50HZ的铁道电气化接触网供电电源，变化范围为19KV至30KV(标准为29KV，设计考虑裕量)；输出AC220V±10％，80KW的单相负载，用于停放在站线上的工务宿营车辆的家用电器(空调等)的电源。

它包括控制电路1、受电弓及车顶高压装置2、液压升弓装置3、主变压器4、调压机组5、蓄电池充电电路6、蓄电池7、滤波器8和电源输出电路9，其中液压升弓装置3在控制电路1的控制下升降受电弓及车顶高压装置2的受电弓，接触网上的高压通过受电弓及车顶高压装置2引入至主变压器4的原边，该主变压器4的次边对应输出五路分别为278V、248V、224V、204V、192V电压，以上五路电压分别送到调压机组5的五个输入端，同时还引出同步信号送至控制电路1；

所述的调压机组5包括五组晶闸管开关，该调压机组5的输入电压值由输入高压互感器10检测并送至控制电路1，控制电路1根据所测数据控制调压机组5中的一组晶闸管开关导通选择一组最接近220V的输出电压，该输出电压送至滤波器8；所述滤波器8和电源输出电路9相接；

所述电源输出电路9包括输出电流互感器13、输出电压互感器14和漏电保护开关15，其中输出电流互感器13、输出电压互感器14分别将输出电流和输出电压信号送至控制电路1，漏电保护开关15连接于列车配电柜之间；当输入、输出电压过高或过低，输入、输出电流过大时控制电路1将采取相应的保护动作，保护系统和用电设备的安全；

所述主变压器4的一个次边输出还连接至蓄电池充电电路6，所述控制电路1根据充电电流和充电电压信号控制该蓄电池充电电路6对蓄电池7的恒压、恒流充电；

所述蓄电池7为控制电路1和液压升弓装置3提供工作电源。

本电源系统采用了电力机车的受电弓从接触网受电、经过降压变压器、晶闸管交流开关组成的调压电源、取代燃油发电供应工务车辆用电的新方式。在网压存在大的变化时，输出电压仍然可以稳定在额定值的±10％的范围内。其优点如下：寿命长、维修少、可靠、输出电压变化小，波形也好；采用电能取代燃油发电方式，清洁、节能降耗、无噪声，无烟气；受电弓的液(油)压升降控制装置保压长，无噪声，操纵方便；采用高压热缩材料复合套管等优点。

附图说明

图1为本发明系统原理框图；

图2为本发明原理图。

具体实施方式

如图1，2所示，它包括控制电路1、受电弓及车顶高压装置2、液压升弓装置3、主变压器4、调压机组5、蓄电池充电电路6、蓄电池7、滤波器8和电源输出电路9，其中液压升弓装置3在控制电路1的控制下升降受电弓及车顶高压装置2的受电弓，接触网上的高压通过受电弓及车顶高压装置2引入至主变压器4的原边，该主变压器4的次边对应输出五路分别为278V、248V、224V、204V、192V电压，以上五路电压分别送到调压机组5的五个输入端，同时还引出同步信号送至控制电路1；

所述的调压机组5包括五组晶闸管开关，该调压机组5的输入电压值由输入高压互感器10检测并送至控制电路1，控制电路1根据所测数据控制调压机组5中的一组晶闸管开关导通选择一组最接近220V的输出电压，该输出电压送至滤波器8；所述滤波器8和电源输出电路9相接；

所述电源输出电路9包括输出电流互感器13、输出电压互感器14和漏电保护开关15，其中输出电流互感器13、输出电压互感器14分别将输出电流和输出电压信号送至控制电路1，漏电保护开关15连接于列车配电柜之间；当输入、输出电压过高或过低，输入、输出电流过大时控制电路1将采取相应的保护动作，保护系统和用电设备的安全；

所述主变压器4的一个次边输出还连接至蓄电池充电电路6，所述控制电路1根据充电电流和充电电压信号控制该蓄电池充电电路6对蓄电池7的恒压、恒流充电；

所述蓄电池7为控制电路1和液压升弓装置3提供工作电源。

本系统安放在6000mm×2440mm×2590mm的集装箱箱体内，为了安装高压电器，车顶顶部加焊了工字梁和顶板形成200mm的隔层，加上放置的平板车的高度1200mm，电源装置总高度约为4560mm(受电弓位置)，符合我国电力机车、动车组标准。箱体内用隔断分成安装主变压器的高压室和安装低压电器低压室两部分，其中高压室封闭，并设置了门安全联锁。

当高压室门打开状态，门联锁电触点切断油泵电源和打开液压阀门，制止升弓；如果升弓状态，自行降弓；当受电弓已在升弓状态，升弓高压危险指示灯点亮，禁止开门。

25KV高压电源通过车顶高压穿墙套管，由高压导线连接到高压熔断器，再连接到主变压器和输入电压互感器，通过主变压器原边AX绕组的X端子，串入一个输入电流互感器(15A/5A)，再连接车体车辆转向架车轮、钢轨接地。输入电压互感器(25KV/100V，40VA)与主变压器共油箱，其二次绕组为100V信号，输出到测量仪表和控制电路。其中高压熔断器(DIN规格20/36KV，6.3A，S209362)；输入电压互感器(25KV/100V，40VA)。

车内低压电器部分如晶闸管调压开关机组(80KW、363A，220V，5级交流开关)、受电弓油泵液压控制、控制电源柜、蓄电池组和逻辑控制柜等安装在一个柜体内。尺寸为1200mm×600mm×1800mm。车内还设置有8个排气扇和照明灯及其控制开关。

晶闸管调压开关机组，变压器在输入25KV时，变压器二次绕组a1-a5x的额定空载电压分别为278V，248V，224V，204V，192V；变压器的短路抗值8.5％(中间值)；开关机组共分5个开关K1-K5，每个开关由正、反并联的晶闸管组成(选取KP1200-14-5C 1200A/1400V，自冷散热，对于负载输出电流363A有足够裕量的)。晶闸管调压开关的基本原理由电压19KV-30KV之间的不同数值时，通过逻辑控制单元，接通不同的交流开关K1-K5，保持输出端在AC220V±10％范围。

当晶闸管元件击穿时，由串联快速熔断器F1、F2、F3、F4和F5(AC380V/500A)构成的短路保护电路进行短路故障保护：当控制电路从输出电流互感器检测到电流大于规定值(约500A)时，封锁全部晶闸管开关K1-K5进行过载保护。用硅橡胶氧化锌避雷器作为大气过电压保护；主变压器4的次边二次绕组a5x-a1a3接2个由电阻(R)、电容(C)串联构成的RC过电压保护网络；其中C＝0.5MF/AC500V；R＝12Ω。

在晶闸管开关正常工作时，只允许一个开关投入(接通)，其余开关均处于封锁状态，避免变压器二次绕组短路故障；当检测到电网电压超过30KV和低于19KV时，发出超压或欠压信号，提示用户注意网压已经达到临界状态；当高于30.5KV时，保护装置动作，1秒钟内实行紧急降下升电弓而切断电源；当输出负载电流过载达到额定值(363A)的1.4倍时(通过交流互感器500A/5A)，快速封锁全部晶闸管开关(K1-K5)。当发生重大故障时，封锁全部晶闸管开关，并迅速紧急降弓。

装置正常投入的顺序是：合控制电源开关，使控制装置正常工作起来；装置就能根据电网电压的变化正常运行。

本电源系统是安置在平板车上的标准集装箱内，可在标准轨道上移动电源(甲地迁移到乙地)；但通常只考虑是在固定停放地时投入使用的，移动中不得使用。

Claims (10)

1、一种列车接触网供电电源系统，其特征在于，它包括控制电路(1)、受电弓及车顶高压装置(2)、液压升弓装置(3)、主变压器(4)、调压机组(5)、蓄电池充电电路(6)、蓄电池(7)、滤波器(8)和电源输出电路(9)，其中液压升弓装置(3)在控制电路(1)的控制下升降受电弓及车顶高压装置(2)的受电弓，接触网上的高压通过受电弓及车顶高压装置(2)引入至主变压器(4)的原边，该主变压器(4)的次边对应输出五路分别为278V、248V、224V、204V、192V电压，以上五路电压分别送到调压机组(5)的五个输入端，同时还引出同步信号送至控制电路(1)；

所述的调压机组(5)包括五组晶闸管开关，该调压机组(5)的输入电压值由输入高压互感器(10)检测并送至控制电路(1)，控制电路(1)根据所测数据控制调压机组(5)中的一组晶闸管开关导通选择一组最接近220V的输出电压，该输出电压送至滤波器(8)；所述滤波器(8)和电源输出电路(9)相接；

所述电源输出电路(9)包括输出电流互感器(13)、输出电压互感器(14)和漏电保护开关(15)，其中输出电流互感器(13)、输出电压互感器(14)分别将输出电流和输出电压信号送至控制电路(1)，漏电保护开关(15)连接于列车配电柜之间；当输入、输出电压过高或过低，输入、输出电流过大时控制电路(1)将采取相应的保护动作，保护系统和用电设备的安全；

所述主变压器(4)的一个次边输出还连接至蓄电池充电电路(6)，所述控制电路(1)根据充电电流和充电电压信号控制该蓄电池充电电路(6)对蓄电池(7)的恒压、恒流充电；

所述蓄电池(7)为控制电路(1)和液压升弓装置(3)提供工作电源。

2、如权利要求1的一种列车接触网供电电源系统，其特征在于所述受电弓及车顶高压装置(2)与主变压器(4)之间串联有高压熔断器(12)。

3、如权利要求1的一种列车接触网供电电源系统，其特征在于所述主变压器(4)额定功率100KVA，额定输入电压25KV，50HZ，该主变压器(4)次边对应输出5路分别为278V、248V、204V、192V电压。

4、如权利要求1的一种列车接触供电电源系统，其特征在于所述调压机组(5)的五组晶闸管开关，每组晶闸开关由2个晶闸管反向并联组成。

5、如权利要求1的一种列车接触网供电电源系统，其特征在于所述滤波器(8)包括谐波电抗器以及分别由电抗器和电容组成的3次和5次谐波吸收电路，该滤波器(8)用于滤除接触网中的3次、5次谐波。

6、如权利要求1的一种列车接触网供电电源系统，其特征在于所述蓄电池充电电路(6)包括由两个整流二极管和两个晶闸管组成的单相半控桥、充电电压传感器、充电电流传感器、蓄电池充电电路(6)的功能是将变化的交流输入电压转变成可调的、稳定的直流电压给蓄电池(7)充电。

7、如权利要求1的一种列车接触网供电电源系统，其特征在于所述控制电路(1)、液压升弓装置(3)、主变压器(4)、调压机组(5)、蓄电池充电电路(6)、蓄电池(7)、滤波器(8)和电源输出电路(9)一起安放在6000mm×2440mm×2590mm的箱体内，该箱体放置于平板车上，且其顶部加焊工字梁和顶板形成220mm的隔层。

8、如权利要求1或7的一种列车接触网供电电源系统，其特征在于所述箱体内用隔断分成安装主变压器的高压室和安装低压电器低压室两部分，其中高压室封闭，并设置了门安全联锁。

9、如权利要求1的一种列车接触网供电电源系统，其特征在于所述主变压器(4)的次边二次绕组分别接有电阻R、电容C串联的过电压保护网络；其中电容C＝0.5MF/AC500V；电阻R＝12Ω。

10、如权利要求1的一种列车接触网供电电源系统，其特征在于所述受电弓及车顶高压装置(2)将25KV高压电源通过车顶高压穿墙套管，由高压导线连接到高压熔断器(12)，再连接到主变压器(4)和输入电压互感器(10)，通过主变器(4)的原边绕组端子串入一个输入电流互感器(11)，再连接车体及车辆转向架车轮、钢轨接地；所述输入电压互感器(10)与主变压器(4)共油箱，其二次绕组为100V信号，输出到测量仪表和控制电路(1)。

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