RU2669786C1 - Traction power supply device and method of operation of the device - Google Patents

Traction power supply device and method of operation of the device Download PDF

Info

Publication number
RU2669786C1
RU2669786C1 RU2017128317A RU2017128317A RU2669786C1 RU 2669786 C1 RU2669786 C1 RU 2669786C1 RU 2017128317 A RU2017128317 A RU 2017128317A RU 2017128317 A RU2017128317 A RU 2017128317A RU 2669786 C1 RU2669786 C1 RU 2669786C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
disconnector
supply section
power supply
voltage
Prior art date
Application number
RU2017128317A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Мартин АЛЬТМАНН
Роберто БЬЯНКИ
Альбрехт БРОДКОРБ
Клаус-Петер ДИЛЬМАНН
Райнер ГРУБЕР
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Application granted granted Critical
Publication of RU2669786C1 publication Critical patent/RU2669786C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/025—Disconnection after limiting, e.g. when limiting is not sufficient or for facilitating disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: field of application: electrical engineering. Traction power supply device (1) comprises current converter (27) designed to lower its output voltage to a predetermined voltage level in the event of damage, and at least one disconnector (13–19) is connected to current converter (27) on the output side to disconnect the current flow at a predetermined voltage level.EFFECT: increase of reliability and safety of traction power supply.13 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройству для тягового электроснабжения с преобразователем тока и способу эксплуатации устройства.The invention relates to a device for traction power supply with a current converter and a method for operating the device.

При тяговом электроснабжении переменным напряжением обычно предусматриваются распределительные устройства, которые подключают служащую для энергоснабжения сеть переменного тока посредством статического преобразователя частоты к сети переменного тока другой частоты. Если для энергоснабжения служит сеть постоянного напряжения, то вместо преобразователя используется выпрямитель. Подключение и отключение нагрузки или отключение в случае повреждения происходят посредством силовых выключателей, которые при соответствующем расчете могут отключать токи в течение примерно 15 мс. При этом короткие замыкания образуют частый вид повреждений. Кроме того, используются разъединители, которые, будучи обесточены, после размыкания силового выключателя создают разрыв для надежного отключения.When traction power supply with alternating voltage, switchgears are usually provided that connect the AC network used for power supply via a static frequency converter to an alternating current network of a different frequency. If a DC voltage network is used for power supply, then a rectifier is used instead of the converter. The connection and disconnection of the load or disconnection in case of damage occurs through circuit breakers, which, if properly calculated, can disconnect currents for approximately 15 ms. In this case, short circuits form a frequent type of damage. In addition, disconnectors are used, which, when de-energized, after opening the circuit breaker, create a gap for reliable shutdown.

Время коммутации традиционных разъединителей составляет зачастую порядка нескольких секунд, обычно 5 секунд. Известны также разъединители нагрузки, которые могут отключать рабочий ток, однако они не рассчитаны на отключение тока короткого замыкания. Следовательно, эти разъединители нагрузки могут отключать номинальный ток установки, однако они зачастую при этом точно так же быстры, как и силовые выключатели, и для отключения также требуют лишь нескольких дюжин миллисекунд.The switching time of traditional disconnectors is often on the order of several seconds, usually 5 seconds. Load disconnectors are also known that can turn off the operating current, but they are not designed to turn off the short circuit current. Consequently, these load disconnectors can turn off the rated current of the installation, however, they are often just as fast as the circuit breakers, and they also require only a few dozen milliseconds to turn off.

Из брошюры „Sitras SFC plus – Statischer FrequenzStromrichter für die AC-Bahnstromversorgung“, 2012, Produktinformation Version 1.0.2 Nr. A6Z00015351872, в качестве статического преобразователя частоты и тока известен модульный многоуровневый прямой преобразователь тока, который преобразует трехфазное питающее напряжение непосредственно в однофазное переменное напряжение для тягового электроснабжения. Для непосредственного питания контактной сети тягового трансформатора не требуется, т.к. преобразователь тока вырабатывает высокое выходное напряжение.From the brochure "Sitras SFC plus - Statischer FrequenzStromrichter für die AC-Bahnstromversorgung", 2012, Produktinformation Version 1.0.2 Nr. A6Z00015351872, as a static frequency and current converter, a modular multilevel direct current converter is known, which converts a three-phase supply voltage directly into a single-phase alternating voltage for traction power supply. For direct power supply of the contact network, a traction transformer is not required, because a current converter generates a high output voltage.

Из публикации „The Hybrid HVDV Breaker“, Magnus Callavik et al., ABB Grid Systems, Technical Paper Nov’ 2012, известен основанный на полупроводниковой технологии выключатель для передачи постоянного тока высокого напряжения, который может отключать высокие постоянные токи особенно быстро и надежно и при этом вызывает одновременно лишь небольшие энергопотери. Это достигается за счет использования двух параллельно включенных коммутационных ветвей: первая ветвь содержит переключатель нагрузки на полупроводниковой технологии и сверхбыстрый разъединитель, а вторая ветвь – несколько полупроводниковых коммутационных устройств соответственно с параллельно включенными барьерами. При возникновении короткого замыкания переключатель нагрузки в первой ветви прерывает протекание тока, а сверхбыстрый разъединитель размыкается; затем посредством расположенных во второй ветви полупроводниковых коммутационных устройств обеспечивается надежное прерывание тока.From the publication “The Hybrid HVDV Breaker”, Magnus Callavik et al., ABB Grid Systems, Technical Paper Nov '2012, a semiconductor-based circuit breaker for transmitting high-voltage direct current is known which can turn off high direct currents especially quickly and reliably at this causes only small energy losses at the same time. This is achieved through the use of two parallel connected switching branches: the first branch contains a load switch for semiconductor technology and an ultrafast disconnector, and the second branch contains several semiconductor switching devices, respectively, with barriers connected in parallel. When a short circuit occurs, the load switch in the first branch interrupts the flow of current, and the ultrafast disconnector opens; then, through the semiconductor switching devices located in the second branch, reliable current interruption is provided.

Задачей изобретения является создание устройства для тягового электроснабжения, которое было бы сравнительно недорогим в изготовлении и могло бы использоваться при эксплуатации тягового электроснабжения безопасно, надежно, без частого обслуживания и с высокой степенью готовности.The objective of the invention is to provide a device for traction power supply, which would be relatively inexpensive to manufacture and could be used in the operation of traction power supply safely, reliably, without frequent maintenance and with a high degree of availability.

Эта задача решена посредством устройства для тягового электроснабжения с преобразователем тока, которое характеризуется тем, что преобразователь тока предназначен для понижения своего выходного напряжения до заданного уровня напряжения в случае повреждения.This problem is solved by means of a device for traction power supply with a current transducer, which is characterized in that the current transducer is designed to lower its output voltage to a predetermined voltage level in case of damage.

При этом преобразователь тока, который подходит для понижения своего выходного напряжения до заданного уровня напряжения в случае повреждения, может осуществлять это понижение также при обусловленном эксплуатацией отключении, например в целях обслуживания. Соответственно предложенный преобразователь тока в ответ на соответствующий сигнал может так же быстро снова повысить свое выходное напряжение до предусмотренного уровня.At the same time, a current converter that is suitable for lowering its output voltage to a predetermined voltage level in case of damage can carry out this reduction also during a trip caused by operation, for example, for maintenance purposes. Accordingly, the proposed current transducer in response to the corresponding signal can also quickly again increase its output voltage to the intended level.

Преимущество предложенного устройства в том, что в противоположность традиционному устройству для тягового электроснабжения можно отказаться от известной технологии механических силовых выключателей. За счет использования преобразователя тока, который может понижать свое выходное напряжение до заданного уровня напряжения, преобразователь тока в случае повреждения или обусловленном эксплуатацией отключении, например в целях обслуживания, может самопроизвольно приспосабливать свое выходное напряжение. Это является преимуществом, т.к. можно сэкономить на сравнительно дорогом силовом выключателе.The advantage of the proposed device is that, in contrast to the traditional device for traction power supply, you can abandon the well-known technology of mechanical power switches. By using a current transducer that can lower its output voltage to a predetermined voltage level, the current transducer can spontaneously adapt its output voltage if it is damaged or caused by an operation trip, for example for maintenance purposes. This is an advantage because You can save on a relatively expensive circuit breaker.

Такой преобразователь тока может ограничить или даже почти полностью отключить ток в течение нескольких микросекунд с момента возникновения короткого замыкания. Это можно использовать для того, чтобы заменить прежде обычные силовые выключатели быстрыми разъединителями. При возникновении короткого замыкания ток понижается преобразователем тока до нуля. Такое короткое замыкание может быть традиционным образом обнаружено защитным устройством на участке дороги, например защитным реле, которое передает команду на отключение данной питающей секции на устройство управления преобразователя тока.Such a current transducer can limit or even almost completely turn off the current within a few microseconds from the moment a short circuit occurs. This can be used to replace previously conventional circuit breakers with quick disconnectors. When a short circuit occurs, the current is reduced by the current converter to zero. Such a short circuit can be traditionally detected by a protective device on a road section, for example a protective relay, which transmits a command to turn off this supply section to a current converter control device.

После понижения выходного напряжения разъединитель поврежденной секции обесточено размыкается. Затем ток снова повышается устройством управления до нормального рабочего состояния, чтобы снова питать функционально-способные провода.After lowering the output voltage, the disconnector of the damaged section opens without current. Then, the current rises again by the control device to its normal operating state in order to power functional-capable wires again.

Следовательно, для надежного отключения протекания тока достаточно быстро выключить разъединитель для обесточенного выключения. В этом случае все последующие питающие секции на короткое время отключаются, разъединитель размыкается для данной секции, а затем выходное напряжение преобразователя тока снова повышается до рабочего напряжения. Происходит лишь кратковременный сбой энергоснабжения на участке пути.Therefore, to reliably shut off the flow of current, it is enough to quickly turn off the disconnector to turn off the current without a current. In this case, all subsequent supply sections are switched off for a short time, the disconnector opens for this section, and then the output voltage of the current converter rises again to the operating voltage. There is only a short-term power failure on the track.

За счет этого, если уже имеется преобразователь или управляемый выпрямитель, экономятся средства, т.к. предложенный преобразователь тока лишь немного дороже преобразователя тока без предложенной возможности понижения или отключения напряжения. Благодаря этой функции можно отказаться от любых механических силовых выключателей распределительного устройства, т.к. их функция обеспечивается синергией между преобразователем тока и разъединителем.Due to this, if there is already a converter or controlled rectifier, money is saved, because the proposed current converter is only slightly more expensive than the current converter without the proposed possibility of lowering or turning off the voltage. Thanks to this function, any mechanical power switches of the switchgear can be dispensed with, as their function is provided by the synergy between the current transformer and the disconnector.

Кроме того, технология силовых выключателей ограничивает полезное напряжение при тяговом электроснабжении постоянным напряжением. В предложенном решении, которое дает возможность выйти за границы сегодняшних пределов напряжения, это не тот случай, т.к. отключение токов короткого замыкания больше не должно происходить за счет силовых выключателей.In addition, the technology of circuit breakers limits the useful voltage during traction power supply with constant voltage. In the proposed solution, which makes it possible to go beyond the limits of today's limits of tension, this is not the case, because short circuit current tripping should no longer occur due to circuit breakers.

В качестве альтернативы может использоваться также разъединитель нагрузки. В этом случае выходное напряжение преобразователя тока при повреждении устанавливается настолько быстро, что даже при возникновении короткого замыкания имеются только номинальное напряжение и номинальный ток тягового электроснабжения. Разъединитель нагрузки отделяет поврежденную питающую секцию, однако в это же время другие, неповрежденные питающие секции могут продолжать питаться.Alternatively, a load disconnector may also be used. In this case, the output voltage of the current converter in case of damage is set so quickly that even if a short circuit occurs, only the rated voltage and rated current of the traction power supply are available. The load disconnector separates the damaged supply section, however, at the same time, other, undamaged supply sections may continue to be powered.

В одном предпочтительном варианте преобразователь тока подключен со стороны входа к источнику трехфазного переменного напряжения, причем преобразователь тока имеет для каждой фазы параллельно включенную ветвь цепи тока. Это является преимуществом, поскольку при использовании всех трех фаз не возникает никакой несимметричной нагрузки питающей сети.In one preferred embodiment, the current transducer is connected on the input side to a three-phase AC voltage source, wherein the current transducer has a parallel current branch for each phase. This is an advantage because when using all three phases there is no asymmetrical load on the mains.

В одном предпочтительном варианте преобразователь тока подключен со стороны входа к источнику однофазного переменного напряжения. Это является преимуществом, поскольку подключение источника однофазного переменного напряжения реализовать технически особенно просто. В случае источника однофазного переменного напряжения преобразователь тока имеет, следовательно, только одну ветвь цепи тока.In one preferred embodiment, the current transducer is connected on the input side to a single-phase AC voltage source. This is an advantage, since it is especially technically simple to connect a single-phase AC voltage source. In the case of a single-phase AC voltage source, the current converter therefore has only one branch of the current circuit.

В другом предпочтительном варианте каждая ветвь цепи тока содержит несколько последовательно включенных полупроводниковых коммутационных устройств. Это является преимуществом, поскольку, как правило, одно полупроводниковое коммутационное устройство не является достаточно электрически прочным для отключения номинального напряжения. Однако несколько полупроводниковых коммутационных устройств не отвечают этому требованию. В преобразователях тока предусмотрены, как правило, многочисленные полупроводниковые коммутационные устройства, с помощью которых осуществляется преобразование частоты переменного напряжения с питающей частоты на частоту тягового электроснабжения. При тяговом электроснабжении постоянным напряжением регулирование происходит до частоты 0 Гц.In another preferred embodiment, each branch of the current circuit contains several series-connected semiconductor switching devices. This is an advantage because, as a rule, a single semiconductor switching device is not electrically strong enough to disconnect the rated voltage. However, several semiconductor switching devices do not meet this requirement. Numerous semiconductor switching devices are usually provided in current converters, with the help of which the frequency of the alternating voltage is converted from the supply frequency to the frequency of traction power supply. With traction power supply with constant voltage, regulation takes place up to a frequency of 0 Hz.

В другом предпочтительном варианте в каждой ветви цепи тока источник переменного напряжения подключен таким образом, что ветвь цепи тока, с одной стороны, по меньшей мере, одним полупроводниковым коммутационным устройством подключена к обратному проводу, а, с другой стороны, по меньшей мере, одним полупроводниковым коммутационным устройством – к выходному проводу. При этом обратный провод нередко присоединяется к потенциалу Земли.In another preferred embodiment, in each branch of the current circuit, the AC voltage source is connected in such a way that the branch of the current circuit, on the one hand, at least one semiconductor switching device is connected to the return wire, and, on the other hand, at least one semiconductor switching device - to the output wire. In this case, the return wire is often connected to the potential of the Earth.

Это является преимуществом, поскольку, с одной стороны, отключение тягового электроснабжения, а, с другой стороны, можно включить обратный провод. Другое преимущество в том, что для преобразования могут использоваться как положительные, так и отрицательные полуволны каждой фазы.This is an advantage, since, on the one hand, the traction power supply is turned off, and, on the other hand, you can turn on the return wire. Another advantage is that both positive and negative half-waves of each phase can be used for the conversion.

В другом предпочтительном варианте за преобразователем тока со стороны выхода включен, по меньшей мере, один разъединитель, который предназначен для отключения протекания тока на заданном уровне напряжения. Это является преимуществом, поскольку можно отказаться от силового выключателя.In another preferred embodiment, at least one disconnector is connected behind the current transducer on the output side, which is designed to shut off the flow of current at a given voltage level. This is an advantage since a circuit breaker can be omitted.

В другом предпочтительном варианте, по меньшей мере, одним разъединителем является разъединитель нагрузки, который предназначен для отключения протекания тока с номинальным напряжением тягового электроснабжения в качестве заданного уровня напряжения. Это имеет то преимущество, что одновременно можно отказаться от дорогого силового выключателя и, тем не менее, можно под нагрузкой – номинальном напряжении тягового электроснабжения – отключить при коротком замыкании данную питающую секцию. Следовательно, при возникновении короткого замыкания преобразователь тока ограничивает ток короткого замыкания до обычных рабочих значений, предотвращая этим полный выход из строя подключенного тягового электроснабжения. Ограниченный таким образом ток повреждения отключается разъединителем нагрузки. Это имеет то преимущество, что не приходится мириться с прерыванием энергоснабжения других имеющихся питающих секций.In another preferred embodiment, the at least one disconnector is a load disconnector, which is designed to shut off the flow of current with a rated voltage of the traction power supply as a predetermined voltage level. This has the advantage that at the same time it is possible to refuse an expensive power switch and, nevertheless, it is possible to disconnect this supply section under short circuit under load - rated voltage of traction power supply. Therefore, when a short circuit occurs, the current converter limits the short circuit current to normal operating values, thereby preventing the complete failure of the connected traction power supply. The fault current thus limited is switched off by the load disconnector. This has the advantage that one does not have to put up with the interruption of the power supply of other existing supply sections.

В другом предпочтительном варианте, по меньшей мере, одним разъединителем является разъединитель, который предназначен для включения в обесточенном состоянии при заданном уровне напряжения 0 вольт. Таким образом в случае повреждения кратковременно отключается все подключенное тяговое электроснабжение, что особенно безопасно. При использовании разъединителя для обесточенного отключения напряжение понижается преобразователем тока до нуля.In another preferred embodiment, the at least one disconnector is a disconnector, which is designed to be switched on in a de-energized state at a given voltage level of 0 volts. Thus, in case of damage, all connected traction power supply is switched off for a short time, which is especially safe. When using a disconnector for de-energized disconnection, the voltage is reduced by the current converter to zero.

В другом предпочтительном варианте разъединителем является быстрый разъединитель, содержащий ускорительный механизм для быстрого образования разрыва. Это является преимуществом, поскольку для максимально свободной от перебоев эксплуатации необходимо обеспечить тяговое электроснабжение, чтобы отключение короткого замыкания происходило надежно в течение долей секунды, предпочтительно в миллисекундном диапазоне менее 50 мс.In another preferred embodiment, the disconnector is a quick disconnector comprising an accelerator mechanism for rapidly forming a gap. This is an advantage, since it is necessary to provide traction power supply for maximum interruption-free operation, so that the short circuit is disconnected reliably within a fraction of a second, preferably in the millisecond range of less than 50 ms.

В другом предпочтительном варианте ускорительный механизм содержит пружину для создания натяжения. Это является преимуществом, поскольку посредством натяженной пружины, которая была натяжена, например, мотором, при возникновении короткого замыкания надежного отключения можно достичь за доли секунды за счет образования достаточного разрыва.In another preferred embodiment, the accelerator mechanism comprises a spring to create tension. This is advantageous because by means of a tensioned spring, which has been tensioned, for example by a motor, when a short circuit occurs, a reliable shutdown can be achieved in a split second due to the formation of a sufficient gap.

В другом предпочтительном варианте, по меньшей мере, за одним разъединителем включена питающая секция контактного провода.In another preferred embodiment, at least one disconnector includes a feed section of the contact wire.

В другом предпочтительном варианте дополнительно предусмотрены дополнительные разъединители, за каждым из которых включена дополнительная питающая секция. Это является преимуществом, поскольку таким образом одна питающая секция может включаться независимо от всех других секций.In another preferred embodiment, additional disconnectors are additionally provided, behind each of which an additional supply section is included. This is an advantage, since in this way one feed section can be switched on independently of all other sections.

В другом предпочтительном варианте предусмотрено устройство управления преобразователем тока. Устройство управления, как правило, уже предусмотрено в преобразователе тока, чтобы в современных модульных преобразователях тока установить частоту выходного напряжения. Это устройство управления может быть усилено за счет приспосабливания программного и, при необходимости, аппаратного обеспечения, чтобы обеспечить отключение выходного напряжения или его понижение в случае повреждения.In another preferred embodiment, a current converter control device is provided. The control device, as a rule, is already provided in the current converter in order to set the frequency of the output voltage in modern modular current converters. This control device can be enhanced by adapting software and, if necessary, hardware to ensure that the output voltage is cut off or reduced in case of damage.

Предпочтительно, преобразователем тока является статический преобразователь частоты и тока. Это является преимуществом, поскольку статические преобразователи частоты и тока широко распространены и зарекомендовали себя в тяговом электроснабжении.Preferably, the current converter is a static frequency and current converter. This is an advantage because static frequency and current converters are widespread and have proven themselves in traction power supply.

В другом предпочтительном варианте преобразователь тока предназначен для вырабатывания постоянного напряжения в качестве выходного напряжения.In another preferred embodiment, the current transducer is designed to generate a constant voltage as the output voltage.

Предпочтительно, преобразователь тока предназначен для вырабатывания однофазного переменного напряжения в качестве выходного напряжения.Preferably, the current converter is designed to generate a single-phase alternating voltage as an output voltage.

Далее задачей изобретения является создание способа эксплуатации предложенного устройства, который был бы безопасным, надежным и не требовал бы частого обслуживания.Further, the object of the invention is to provide a method of operating the proposed device, which would be safe, reliable and would not require frequent maintenance.

Эта задача решена посредством способа, охарактеризованного признаками п. 13 формулы изобретения. Предпочтительный вариант способа охарактеризован в зависимом п. 14 формулы изобретения. Для способа по п.п. 13 и 14 формулы изобретения возникают те же преимущества, что и для предложенного устройства.This problem is solved by means of the method characterized by the characteristics of paragraph 13 of the claims. A preferred embodiment of the method is described in dependent claim 14 of the claims. For the method according to p. 13 and 14 of the claims, the same advantages arise as for the proposed device.

Ниже со ссылкой на чертеж более подробно раскрыт предпочтительный пример осуществления устройства. При этом для специалиста является очевидным, что этот пример не является ограничением изобретения определенной комбинацией признаков, а, напротив, может быть скомбинирован со всеми поясненными в описании вариантами.Below, with reference to the drawing, a preferred embodiment of the device is described in more detail. Moreover, it is obvious for a specialist that this example is not a limitation of the invention to a certain combination of features, but, on the contrary, can be combined with all the options explained in the description.

В устройстве 1 предусмотрен источник 40 трехфазного переменного напряжения с тремя фазами L1, L2, L3. Каждая фаза L1, L2, L3 присоединена проводами 37, 38, 39 к входной стороне трансформатора 36. Последний на своей выходной стороне посредством проводов 33, 34, 35 каждой из трех фаз присоединен к преобразователю 27 тока.The device 1 is provided with a source 40 of three-phase alternating voltage with three phases L1, L2, L3. Each phase L1, L2, L3 is connected by wires 37, 38, 39 to the input side of the transformer 36. The latter on its output side by means of wires 33, 34, 35 of each of the three phases is connected to the current transducer 27.

Преобразователь 27 тока представляет собой статический преобразователь частоты и тока модульной конструкции, который на каждую фазу L1, L2, L3 имеет параллельно включенную ветвь 29, 30, 31 цепи тока. В каждой ветви 29, 30, 31 цепи тока источник переменного напряжения присоединен посредством проводов 33, 34, 35 таким образом, что ветвь 29, 30, 31 цепи тока, с одной стороны, через, по меньшей мере, одно полупроводниковое коммутационное устройство 32 присоединена к потенциалу 28 Земли, а, с другой стороны, через, по меньшей мере, одно полупроводниковое коммутационное устройство 32 – к выходному проводу 20. Для простоты только один из имеющихся в преобразователе тока модулей обозначен поз. 32, однако все восемнадцать модулей преобразователя 27 тока представляют собой конструктивно одинаковые полупроводниковые коммутационные устройства 32. Через коммуникационное соединение 26 с преобразователем тока соединено устройство управления 25, которое управляет модулями преобразователя тока так, что на выходном проводе 20 устанавливается заданная выходная частота. В зависимости от выполнения модулей можно использовать также их иное число, причем на каждую ветвь цепи тока типичным является число модулей от 12 до 28. В целом, при трехфазном выполнении преобразователя 27 тока могут использоваться до 72 модулей.The current converter 27 is a static frequency and current converter of a modular design, which for each phase L1, L2, L3 has a parallel connected branch 29, 30, 31 of the current circuit. In each branch 29, 30, 31 of the current circuit, the AC voltage source is connected via wires 33, 34, 35 so that the branch 29, 30, 31 of the current circuit, on the one hand, is connected through at least one semiconductor switching device 32 to the potential 28 of the Earth, and, on the other hand, through at least one semiconductor switching device 32 to the output wire 20. For simplicity, only one of the modules available in the current transducer is indicated by pos. 32, however, all eighteen modules of the current converter 27 are structurally identical semiconductor switching devices 32. A control device 25 is connected to the current converter through a communication connection 26, which controls the modules of the current converter so that a predetermined output frequency is set on the output wire 20. Depending on the implementation of the modules, you can also use a different number of them, and for each branch of the current circuit, the number of modules from 12 to 28 is typical. In general, up to 72 modules can be used for three-phase execution of the current converter 27.

Выходной провод 20 направляет однофазное переменное напряжение к распределительному устройству 21 с быстрыми разъединителями 13-19 для обесточенного включения, за которыми расположены питающие секции 6-12. Устройство 22 управления разъединителями 13-19 контролирует их и управляет ими. Устройство 22 посредством коммуникационных соединений 23, 24 соединено с распределительным устройством 21 и устройством управления 25.The output wire 20 directs a single-phase alternating voltage to the switchgear 21 with quick disconnectors 13-19 for disconnected switching off, behind which the supply sections 6-12 are located. The device 22 for controlling the disconnectors 13-19 controls and controls them. The device 22 through communication connections 23, 24 is connected to a switchgear 21 and a control device 25.

Питающая секция 6 изображена подробно и содержит контактный провод 5, который через токосъемник 4 питает транспортное средство 3 – поезд, движущийся по рельсам 42 с потенциалом 2 Земли.The supply section 6 is depicted in detail and contains a contact wire 5, which feeds a vehicle 3 through a current collector 4 - a train moving along rails 42 with potential 2 of the Earth.

Ниже кратко описан принцип действия устройства 1.The principle of operation of device 1 is briefly described below.

При возникновении короткого замыкания в питающей секции 6 оно регистрируется защитным устройством (не показано). Защитное устройство подает сигнал устройству управления 25, выходное напряжение преобразователя тока уменьшается до нуля. Это приводит к тому, что все питающие секции 6-12 обесточены, а разъединители 13-19 еще замкнуты.If a short circuit occurs in the supply section 6, it is registered by a protective device (not shown). The protective device sends a signal to the control device 25, the output voltage of the current Converter is reduced to zero. This leads to the fact that all the supply sections 6-12 are de-energized, and the disconnectors 13-19 are still closed.

Затем защитное устройство подает сигнал устройству 22 управления разъединителями на размыкание разъединителя 19. Тот размыкается и за счет образования разрыва вызывает надежное отключение короткого замыкания в питающей секции 6. После размыкания разъединителя 19 можно посредством устройства управления 25 повысить выходное напряжение преобразователя тока снова до номинального напряжения и снова снабжать питающие секции 7-12.Then, the protective device sends a signal to the disconnector control device 22 to open the disconnector 19. It opens and due to the formation of a gap causes a reliable disconnection of the short circuit in the supply section 6. After opening the disconnector 19, it is possible by means of the control device 25 to increase the output voltage of the current converter again to the rated voltage and supply feeding sections 7-12 again.

Claims (13)

1. Устройство (1) для тягового электроснабжения с преобразователем тока (27), отличающееся тем, что преобразователь тока (27) предназначен для понижения своего выходного напряжения до заданного уровня напряжения в случае повреждения, причем за преобразователем тока (27) со стороны выхода включен, по меньшей мере, один разъединитель (13-19), который предназначен для отключения протекания тока на заданном уровне напряжения.1. Device (1) for traction power supply with a current transducer (27), characterized in that the current transducer (27) is designed to lower its output voltage to a predetermined voltage level in the event of damage, with the current transducer (27) turned on from the output side at least one disconnector (13-19), which is designed to disable the flow of current at a given voltage level. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что преобразователь тока (27) подключен со стороны входа к источнику (40) трехфазного переменного напряжения, причем преобразователь тока (27) имеет для каждой фазы (L1, L2, L3) параллельно включенную ветвь (29, 30, 31) цепи тока.2. The device according to claim 1, characterized in that the current transducer (27) is connected on the input side to a three-phase AC voltage source (40), and the current transducer (27) has a parallel branch for each phase (L1, L2, L3) (29, 30, 31) current circuits. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что каждая ветвь (29, 30, 31) цепи тока содержит последовательно включенные полупроводниковые коммутационные устройства (32).3. The device according to claim 2, characterized in that each branch (29, 30, 31) of the current circuit contains series-connected semiconductor switching devices (32). 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в каждой ветви (29, 30, 31) цепи тока источник переменного напряжения подключен таким образом (33, 34, 35), что ветвь (29, 30, 31) цепи тока, с одной стороны, по меньшей мере, одним полупроводниковым коммутационным устройством (32) подключена к обратному проводу, а, с другой стороны, по меньшей мере, одним полупроводниковым коммутационным устройством (32) – к выходному проводу (20).4. The device according to p. 3, characterized in that in each branch (29, 30, 31) of the current circuit, the AC voltage source is connected in such a way (33, 34, 35) that the branch (29, 30, 31) of the current circuit, on the one hand, at least one semiconductor switching device (32) is connected to the return wire, and, on the other hand, at least one semiconductor switching device (32) is connected to the output wire (20). 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одним разъединителем (13-19) является разъединитель, который предназначен для отключения протекания тока с номинальным напряжением тягового электроснабжения в качестве уровня напряжения.5. The device according to claim 1, characterized in that the at least one disconnector (13-19) is a disconnector that is designed to shut off the flow of current with a rated voltage of traction power supply as a voltage level. 6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одним разъединителем (13-19) является разъединитель, который предназначен для обесточенного включения при заданном уровне напряжения 0 вольт.6. The device according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that at least one disconnector (13-19) is a disconnector, which is designed to disconnect at a given voltage level of 0 volts. 7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что разъединителем (13-19) является быстрый разъединитель, содержащий ускорительный механизм для быстрого формирования разрыва.7. The device according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the disconnector (13-19) is a quick disconnector containing an accelerator mechanism for the rapid formation of a gap. 8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что, по меньшей мере, за одним разъединителем (13-19) включена питающая секция (5) контактного провода.8. The device according to any one of paragraphs. 1-7, characterized in that at least one disconnector (13-19) includes a feed section (5) of the contact wire. 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что оно содержит дополнительные разъединители (13-18), за каждым из которых включена дополнительная питающая секция контактного провода.9. The device according to p. 8, characterized in that it contains additional disconnectors (13-18), each of which includes an additional supply section of the contact wire. 10. Устройство по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что оно содержит устройство (25) управления преобразователем тока.10. The device according to any one of paragraphs. 1-9, characterized in that it contains a device (25) for controlling a current transducer. 11. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что оно содержит устройство (22) управления разъединителями, которое предназначено для отключения в случае повреждения поврежденной питающей секции (5) за счет размыкания предусмотренного для этой питающей секции разъединителя (19).11. The device according to any one of paragraphs. 1-10, characterized in that it contains a device (22) for controlling the disconnectors, which is designed to disconnect in case of damage to the damaged supply section (5) by opening the disconnector (19) provided for this supply section. 12. Способ тягового электроснабжения посредством устройства (1) по любому из пп. 1-11, при котором в случае короткого замыкания питающей секции (5) контактного провода и/или при обусловленном эксплуатацией отключении питающей секции (5) контактного провода посредством устройства управления (25) выходное напряжение преобразователя тока (27) понижают до заданного уровня напряжения, а затем посредством устройства (22) управления разъединителями за счет размыкания разъединителя (19), включенного перед короткозамкнутой или отключенной питающей секцией (5), обесточено включают питающую секцию (5).12. The traction power supply method by means of the device (1) according to any one of paragraphs. 1-11, in which in the event of a short circuit in the supply section (5) of the contact wire and / or during operation-related disconnection of the supply section (5) of the contact wire by means of the control device (25), the output voltage of the current converter (27) is reduced to a predetermined voltage level and then, by means of the device (22) for controlling the disconnectors, by opening the disconnector (19) connected in front of the short-circuited or disconnected supply section (5), the supply section (5) is de-energized. 13. Способ по п. 12, при котором посредством устройства управления (25) после отключения короткозамкнутой или отключенной питающей секции (5) выходное напряжение преобразователя тока (27) снова повышают до рабочего уровня.13. The method according to p. 12, in which through the control device (25) after turning off the short-circuited or disconnected supply section (5), the output voltage of the current converter (27) is again increased to the operating level.
RU2017128317A 2015-02-09 2016-01-13 Traction power supply device and method of operation of the device RU2669786C1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015202243.9A DE102015202243A1 (en) 2015-02-09 2015-02-09 Arrangement for a traction power supply and method for operating the arrangement
DE102015202243.9 2015-02-09
PCT/EP2016/050534 WO2016128162A1 (en) 2015-02-09 2016-01-13 Arrangement for a railway power supply and method for operating the arrangement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2669786C1 true RU2669786C1 (en) 2018-10-16

Family

ID=55129864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017128317A RU2669786C1 (en) 2015-02-09 2016-01-13 Traction power supply device and method of operation of the device

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3231075A1 (en)
BR (1) BR112017016397A2 (en)
DE (1) DE102015202243A1 (en)
RU (1) RU2669786C1 (en)
WO (1) WO2016128162A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016123955A1 (en) * 2016-12-09 2018-06-14 Eaton Industries (Austria) Gmbh Low-voltage protection device
CN107696873B (en) * 2017-10-23 2023-12-22 西南交通大学 Motor train unit traction transmission power supply system
GB2579365B (en) * 2018-11-29 2022-03-02 Siemens Mobility Ltd Protection system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2269196C1 (en) * 2004-07-20 2006-01-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" Voltage converter built around combined circuit arrangement
RU2430461C2 (en) * 2007-03-13 2011-09-27 Сименс Акциенгезелльшафт Method of limiting failure of current rectifier with power semiconductor devices at short-circuit in constant voltage intermediate circuit
EP2602927A2 (en) * 2011-12-07 2013-06-12 Hitachi Ltd. Modular multilevel converter with DC fault protection
WO2013174726A1 (en) * 2012-05-24 2013-11-28 Alstom Technology Ltd Method of fault clearance

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4330944C2 (en) * 1993-09-08 1995-07-13 Aeg Westinghouse Transport Predictive current limitation method for a static traction current converter
DE10139318C2 (en) * 2001-08-09 2003-06-18 Siemens Ag Method for error detection in an electrical radiation network, an application of the method and an arrangement for error detection in an electrical radiation network
WO2011012174A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Areva T&D Uk Limited Converter with active fault current limitation
EP2408081A1 (en) * 2010-07-16 2012-01-18 ABB Technology AG Modular multi-level converter
US20130308235A1 (en) * 2011-02-01 2013-11-21 Siemens Aktiengesellschaft Method for eliminating a fault on a high-voltage dc line, system for transmitting an electric current via a high-voltage dc line, and converter
WO2012143245A1 (en) * 2011-04-19 2012-10-26 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement comprising a power converter
WO2013037400A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-21 Alstom Technology Ltd M2lc system with dual mode operation for energy transfer and reactive power compensation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2269196C1 (en) * 2004-07-20 2006-01-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" Voltage converter built around combined circuit arrangement
RU2430461C2 (en) * 2007-03-13 2011-09-27 Сименс Акциенгезелльшафт Method of limiting failure of current rectifier with power semiconductor devices at short-circuit in constant voltage intermediate circuit
EP2602927A2 (en) * 2011-12-07 2013-06-12 Hitachi Ltd. Modular multilevel converter with DC fault protection
WO2013174726A1 (en) * 2012-05-24 2013-11-28 Alstom Technology Ltd Method of fault clearance

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016128162A1 (en) 2016-08-18
DE102015202243A1 (en) 2016-08-11
BR112017016397A2 (en) 2018-03-27
EP3231075A1 (en) 2017-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10541646B2 (en) Disconnection apparatus for a photovoltaic string, solar installation and operating method for a solar installation with a photovoltaic string
US12021444B2 (en) System and method for compact motor control with redundant power structures
CN100468937C (en) Electric motor drive
CN110463040B (en) Method for controlling a DC switch, DC switch and DC voltage system
USRE44901E1 (en) Method for converting direct voltage into three phase alternating voltage
EP3278435B1 (en) Voltage source converters provided with dc fault control
US20150303676A1 (en) Switchgear for controlling the energy supply of an electric motor connected thereto
GB2540008A (en) DC circuit breaker and method of use
US20130271888A1 (en) Photovoltaic System and Apparatus for Operating a Photovoltaic System
CN110116634B (en) Train control method and device for ground automatic passing through neutral section
US11695269B2 (en) Electrical AC/DC conversion arrangement
EP3878070B1 (en) Ac/dc converter arrangement
RU2669786C1 (en) Traction power supply device and method of operation of the device
CN203352192U (en) Direct current switch device
CN111712982A (en) Fault handling
CA2830763C (en) Switch for a transmission path for high-voltage direct current
US11368084B2 (en) Current converter unit, transmission installation having a current converter unit, and method for fault management in a current converter unit
US10333313B2 (en) Electrical assembly
RU2352478C1 (en) Post of ac contact circuit sectionalisation incorporating transverse capacitive compensation
US10253742B2 (en) Motor starter
CN109835213B (en) Ground automatic neutral section passing device for subareas and control method thereof
KR102236955B1 (en) Vcs soft starter for current switch type
RU2674399C1 (en) Ac electric traction network power supply automation
GB2487918A (en) DC power network protection system
JP2016103427A (en) DC current cutoff device