WO2013045242A2 - Fahrleitungsanlage zur traktionsversorgung eines elektrischen triebfahrzeuges - Google Patents

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WO2013045242A2
WO2013045242A2 PCT/EP2012/067295 EP2012067295W WO2013045242A2 WO 2013045242 A2 WO2013045242 A2 WO 2013045242A2 EP 2012067295 W EP2012067295 W EP 2012067295W WO 2013045242 A2 WO2013045242 A2 WO 2013045242A2
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catenary
current
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parameter
contact line
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Michael Lehmann
Stephan Rister
Axel Schmieder
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M3/00—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
    • B60M3/04—Arrangements for cutting in and out of individual track sections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/53—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for trackside elements or systems, e.g. trackside supervision of trackside control system conditions
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    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/57—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for vehicles or trains, e.g. trackside supervision of train conditions

Definitions

  • At least one of the decentrally arranged measuring units is configured to detect a parameter describing a condition of the catenary.
  • measurement parameters which describe the catenary state are also detected by measuring units. This significantly determines the availability or unavailability of the catenary system. Since catenary lines are not redundant executable, such characteristics can avoid possible incidents, in case of unavoidable disturbances the information time for troubleshooting or derive status information with targeted maintenance tasks to the maintenance companies. For In ⁇ play thermal secondary reactions of the contact line, such as greater length extensions and their consequences can be taken into account.
  • a distance between the contact wires can for example via laser sensors locally at critical points of the catenary monitored ⁇ to as a parameter.
  • a determination of this parameter can also be carried out via measuring units on the current collector of a traction vehicle.
  • a distance detection in the catenary chain works can prevent errors due to an approach of the conductors, for example, short circuits.
  • boundary layers By detecting the contact line lateral position, which can be determined indirectly via measurement of climatic data such as, for example, the wind speed, boundary layers can be monitored to avoid pantograph tripping.
  • a survey of the contact wire height position at several points of the overhead contact line system can filter traction units which have an over- average high damage potential or disproportionately cause damage to the catenary. Such traction vehicles can be prevented in the event of excessive damage to the onward journey.
  • Through a position detection can also be checked whether the catenary disturbed or even individual conductors are torn.
  • a fault can be detected in the substation.
  • Traction vehicles are transmitted.
  • a transmission of characteristic measured values can advantageously take place with the involvement of the communication devices of the traction vehicles, which can be used for evaluation if the interfaces in the evaluation device are appropriately designed.
  • At least one of the decentrally arranged measuring units has pre-processing means for the decentralized digitization and filtering of the recorded characteristic measured values. Because of the many variables to be detected in a spatially extended contact line system Müs ⁇ sen within the measuring units already held measured value filtering. Otherwise, the transmission of measured values to a central office would require too much data. Thus, the preprocessing means must be given unique thresholds for evaluation of the condition. As a result, the data volume to be transmitted to parameter measured values can be limited by aggregation and digitization.
  • an electric traction unit 11 such as a rail or road vehicle
  • a substation 3 a catenary 4 and a protection device.
  • supply voltage which is provided via a supply line 2 of a power supply network
  • catenary 4 converted into catenary voltage, which is fed via a route exit 5 in the catenary 4.
  • the catenary 4 is formed in the illustrated embodiment by a worn by a support cable 6 of a catenary chain overhead contact wire.
  • the overhead catenary is located at intersections by masts or
  • some of the decentrally arranged measuring units 9 are designed to detect a parameter I, which describe a flowing through the overhead line 4 catenary current.
  • a parameter I of the catenary current for example, a component current flowing through a current-carrying catenary system component, for example through the carrying cable 6, can be detected, from which the catenary current can be determined via current distribution factors.
  • the indicator I of the catenary current 11 flowing vehicle current can be detected also in a traversed the Lucasab ⁇ cut train.
  • a current-sensitive conductor routed through a voltage conductor parallel to the contact line 4, such as an optical waveguide integrated in the support cable 6, can be detected as parameter I of the driving line current.
  • a parameter F which describes a condition of the contact line 4.
  • a parameter F of the catenary condition for example, a distance between the contact wires of a multi-pole catenary 4 can be detected.
  • a lateral and / or vertical position of the at least one contact wire can be detected as parameter F of the catenary condition.
  • a tensile force in at least one contact wire and / or in another longitudinal conductor of the overhead line catenary can be detected as a parameter F of the catenary condition.
  • a change in length of the at least one contact wire can be detected as parameter F of the catenary condition.
  • a temperature of the at least one contact wire can be detected as a characteristic variable F of the driving line state.
  • a characteristic variable F of the driving line state can be detected.
  • threatening incidents of the catenary 4 such as Fahr ⁇ wire tears, defective Nachspann Rheinen or short circuits are detected.
  • These characteristic measured values together with the associated acquisition time and location data can be utilized in the evaluation device 8 of the protective device for specific operating and maintenance instructions.
  • traction vehicles 11 can be prevented from entering the troubled area of the feed section in order to avoid threading with more fatal consequences or derailing of their current collector 12.
  • a specific instruction on location and type of damage accelerates the maintenance process and increases the availability of the catenary system 1 according to the invention.
  • measuring units 9 are designed to detect a parameter S which describes a state of the current collector 12.
  • parameter S of the current collector merCloudes can be detected, for example, a profile curve and / or a temperature distribution of a contact strip 13 of the downstream ⁇ taker 12th
  • the corresponding measuring units 9 can be formed by video cameras and / or thermal imaging cameras and can be arranged on the traction vehicles 11 themselves or, to save on measuring units 9, preferably on the infrastructure side. In a stationary arrangement of these measuring units 9 can be adjusted by the distance of the measuring units 9, the distance of the state diagnosis. Outbreaks or excessive wear of a sanding strip 13 can be recognized from the profile profile.
  • the thermal image provides information about the surface heating of a sanding strip 13 and can thus detect so-called hot runners.
  • the wireless data transmission system 10 utilizes in its data transmission paths the means, if present, of communication between traction vehicles 11 in order to transmit the characteristic measured values from the measuring units 9 to the evaluation device 8.
  • the means, if present, of communication between traction vehicles 11 in order to transmit the characteristic measured values from the measuring units 9 to the evaluation device 8.
  • decentralized angeord ⁇ designated measurement units 9 preprocessing which digitize the ER preconceived parameters readings locally and filter on the relevance of the transmitted data.
  • threshold values can be specified in the preprocessing means, which characterize a trouble-free course of a parameter. A data transmission is then triggered only when a threshold is exceeded.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrleitungsanlage (1) zur Traktionsversorgung eines elektrischen Triebfahrzeuges (11). Sie umfasst eine durch einen Stromabnehmer (12) des Triebfahrzeugs (11) zur Energieübertragung kontaktierbare Fahrleitung (4). Ferner umfasst sie ein zentrales Unterwerk (3) zur Umwandlung einer Versorgungsspannung in eine Fahrleitungsspannung, das über einen Streckenabgang (5) mit der Fahrleitung (11) zur Energiezufuhr elektrisch verbunden ist. Ausserdem umfasst sie eine Schutzeinrichtung zur Unterbrechung der Energiezufuhr bei Erkennung eines Störfalles, die eine zentrale Messeinrichtung (7) zur Messung einer Kenngrösse im Streckenabgang (5) und eine Auswertungseinrichtung (8) zur Erkennung eines Störfalles durch Bewertung eines Kenngrössen-Messwertes aufweist. Erfindungsgemäss weist die Schutzeinrichtung dezentral angeordnete Messeinheiten (9) zur Erfassung von Kenngrössen (I, F, S) aussrhalb des Unterwerks (3) und ein Datenübertragungssystem (10) zur Übertragung von Kenngrössen-Messwerten von dezentralen Messeinheiten (9) zur Auswertungseinrichtung (8) auf. Die Auswertungseinrichtung (8) ist dabei dazu ausgebildet, auch die dezentral erfassten Kenngrössen-Messwerte zur Störfallerkennung zu bewerten. Hierdurch wird die Verfügbarkeit der erfindungsgemässen Fahrleitungsanlage (1) auch bei gleichzeitiger Befahrung der Fahrleitung (4) eines Speiseabschnittes durch mehrere, insbesondere rückspeisefähige Triebfahrzeuge (11) erhöht.

Description

Beschreibung
Fahrleitungsanlage zur Traktionsversorgung eines elektrischen Triebtahrzeuges
Die Erfindung betrifft eine Fahrleitungsanlage zur Traktions¬ versorgung eines elektrischen Triebfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Energieversorgung elektrischer Triebfahrzeuge, insbesondere von Schienen- und Straßenfahrzeugen, erfolgt über Fahrleitungsanlagen. Dabei wandeln Unterwerke eine Versorgungsspannung eines Energieversorgungsnetzes in eine Fahrleitungsspannung um und speisen diese in die Fahrleitung, beispiels- weise in den Fahrdraht einer Oberleitungsanlage oder in eine seitlich der Fahrstrecke angeordnete Stromschiene, ein. Aus betrieblichen oder technischen Gründen ist eine Fahrleitung durch Trennstellen in Fahrleitungsabschnitte unterteilt, die elektrisch voneinander getrennt versorgte Speiseabschnitte bilden.
Es ist bekannt, Fahrleitungsanlagen über eine Bewertung von gemessenen Strom- und Spannungswerten in den Streckenabgängen der Unterwerke gegen elektrische Überbeanspruchung zu schüt- zen. Bei Über- oder Unterschreiten von Grenzwerten wird die Energiezufuhr über Leistungsschalter unterbrochen. Die Überwachung erfolgt in Fahrleitungsschutzrelais, die mit unter¬ schiedlichen Schutzstufen ausgestattet sind. Bei Versorgung sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom werden verschie- dene Schutzstufen eingesetzt, über deren Nutzung in der Regel der Betreiber der Fahrleitungsanlage entscheidet. Im Einzel¬ nen unterscheidet man
- den Überstromschutz, auch Hochstromschutz genannt,
- den mehrstufigen Überstrom-Zeit-Schutz, zum Teil mit Ein- schaltrusherkennung,
- den mehrstufigen Distanzschutz, auch Impedanzschutz genannt, - die Schutzstufe zur Überwachung der Strom-, Spannungs¬ oder Impedanzänderung pro Zeiteinheit für die Unterschei¬ dung von Betriebs- und Kurzschlussströmen, auch Anfahrstufe genannt,
- den Stromsprungschutz, den thermischen Überlastschutz und
- den Überstrom-Zeit-Schutz, auch NOT-UMZ-Schutzstufe ge¬ nannt, als Reserveschutz bei Ausfall der Distanzschutzstufen . Von einem Schutzsystem für Fahrleitungsanlagen wird zunehmend auch eine Selektivität seiner Schutzmaßnahmen verlangt, um eine möglichst hohe Verfügbarkeit der Fahrleitungsanlage zu erreichen. Demnach sollen die Schutzmaßnahmen neben ihrer primären Schutzwirkung, zum Beispiel gegenüber stromstarken Kurzschlüssen, sekundär eine gezielte Abschaltung nur des unmittelbar betroffenen Fahrleitungsabschnittes bewirken.
Mit zunehmender Verbreitung von rückspeisefähigen Triebfahrzeugen und bei kurzen Taktzeiten beziehungsweise Fahrzeugfol- gen können sich innerhalb der Speiseabschnitte mehrere Triebfahrzeuge befinden. Abhängig vom Fahrzustand der Triebfahrzeuge - also Bremsung, Beharrung, Beschleunigung, Auslauf - stellen diese Energieverbraucher oder -erzeuger dar. Je mehr Triebfahrzeuge Energie durch Nutzbremsung erzeugen, desto we- niger Energie wird über das Unterwerk zugeführt. Im Ergebnis wird dadurch die Energie innerhalb des Speiseabschnittes zwischen den Triebfahrzeugen ausgetauscht. Der Schutz im Unter¬ werk kann diese Vorgänge nicht mehr erfassen und bleibt wirkungslos. Besonders ausgeprägt ist dieses Verhalten heute zum Beispiel bei Hochleistungsnahverkehrsbahnen mit niedrigen Speisespannungen und eng vermaschten Netzen.
Im Hochgeschwindigkeitsverkehr bei Fahrgeschwindigkeiten von mehr als 250 km/h ist die Verweildauer von Triebfahrzeugen innerhalb der Speiseabschnitte derart kurz, dass sich dort nur selten zwei Triebfahrzeuge gleichzeitig befinden. Somit tritt der Energieaustausch zwischen Triebfahrzeugen innerhalb eines Speiseabschnittes praktisch nicht auf. Dennoch ist zu verzeichnen, dass aufgrund der größeren elektrischen Strombelastung, der größeren Zugkräfte und der größeren Geschwindig¬ keit der Triebfahrzeuge auch die fahrzeug- und infrastruktur- seitigen mechanischen Belastungen gestiegen sind. Das führt zu größeren Wanderbewegungen, mechanischen Belastungen von Komponenten, Anhüben und Seitenverschiebungen von Leitersei¬ len usw. Diese Auswirkungen können über das bestehende
Schutzsystem nicht erfasst werden. Abgesehen von der elektrischen Antriebstechnik bei Schienenfahrzeugen, ist zum Beispiel auf elektrifizierten Autobahnen mit einer starken Zunahme der Anzahl von Triebfahrzeugen innerhalb eines Speiseabschnittes zu rechnen. Das ist in diesem Fall auch deshalb zulässig, da die Einzelleistung pro Trieb- fahrzeug gegenüber spurgeführten Eisenbahnfahrzeugen geringer ist, zum Beispiel nur 500 kW für einen Lastkraftwagen. In diesen Fällen muss man gerade in Gefällestrecken verstärkt mit Energieaustausch zwischen den Fahrzeugen und damit abweichenden Stromstärken in der Fahrleitung gegenüber der Refe- renzmessung in den Unterwerken rechnen.
Je mehr Fahrzeuge über eine Fahrleitung elektrische Energie zur Traktion beziehen, desto wichtiger ist aber auch deren Verfügbarkeit. Durch Materialauswahl und Auslegung einer Fahrleitungsanlage wird deren Grundbeständigkeit gegenüber Belastungen festgelegt. Einflüsse aus dem Betrieb, zum Beispiel klimatische Einflussfaktoren, verschlissene oder defek¬ te Stromabnehmer, Alterung der Anlage, usw. lassen sich damit während der Nutzung mit dem bisherigen Schutzkonzept nicht erfassen. Damit ist ohne ein erweitertes Schutzkonzept durch die erhöhte Fahrzeuganzahl und damit Belastung mit einer Verringerung der Verfügbarkeit zu rechnen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fahrlei- tungsanlage der eingangs genannten Art mit hoher Verfügbar¬ keit bei Nutzung durch eine große Anzahl an Triebfahrzeugen, insbesondere an rückspeisefähigen Triebfahrzeugen, die einen Speiseabschnitt auch gleichzeitig befahren, bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungs¬ gemäße Fahrleitungsanlage mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Die Erfindung geht von einer Fahrleitungsanlage zur Traktionsversorgung eines elektrischen Triebfahrzeuges aus, welche eine durch einen Stromabnehmer des Triebfahrzeugs zur Energieübertragung kon- taktierbare Fahrleitung umfasst. Ein zentrales Unterwerk zur Umwandlung einer Versorgungsspannung in eine Fahrleitungs- Spannung ist über einen Streckenabgang mit der Fahrleitung zur Energiezufuhr elektrisch verbunden. Eine Schutzeinrichtung zur Unterbrechung der Energiezufuhr bei Erkennung eines Störfalles weist eine zentrale Messeinrichtung zur Messung einer Kenngröße im Streckenabgang und eine Auswertungsein- richtung zur Erkennung eines Störfalles durch Bewertung eines Kenngrößen-Messwertes auf. Erfindungsgemäß weist die Schutzeinrichtung ferner dezentral angeordnete Messeinheiten zur Erfassung von Kenngrößen außerhalb des Unterwerks und ein Da¬ tenübertragungssystem zur Übertragung von Kenngrößen-Mess- werten von dezentralen Messeinheiten zur Auswertungseinrichtung auf. Dabei ist die Auswertungseinrichtung dazu ausgebildet, auch die dezentral erfassten Kenngrößen-Messwerte zur Störfallerkennung zu bewerten. Kern der Erfindung ist die Er¬ weiterung des Schutzkonzeptes um dezentral erfasste Kenngrö- ßen mittels räumlich verteilt angeordneter Messeinheiten zur Verbesserung der Wirkung der Schutzeinrichtung. Das Grundprinzip der Schutzwirkung, nämlich das Abschalten der Ener¬ giezufuhr in den Streckenabgängen bei jeglichen Überlasten oder Gefahrenzuständen, bleibt erhalten. Erstmals werden de- zentral, das heißt auch außerhalb des Unterwerks, unterschiedliche Kenngrößen an Infrastruktur und Triebfahrzeugen erfasst und in das Schutzkonzept einbezogen. Die Datenübertragung und Kommunikation wird dabei an die größere Anzahl an Messstellen und das größere zu übertragende Datenvolumen an- gepasst. Die Verfügbarkeit der Fahrleitungsanlage und damit des elektrischen Gesamtsystems wird erhöht, was den wirtschaftlichen Betrieb und die Akzeptanz bei Betreibern verbessert. Durch die dezentrale Erfassung von Oberleitungsströmen kann auf die sonst zur selektiven Schutzauslösung erforderlichen Längstrennungen der Fahrleitung verzichtet werden. Damit verringern sich zum Beispiel die elektrischen Verluste und es erhöht sich die Versorgungsspannung im Speiseabschnitt zum Beispiel durch zweiseitige Speisung im Nahverkehr. Schließlich verringert sich auch der elektrische Verschleiß an Stre¬ ckentrennern .
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrleitungsanlage ist wenigstens eine der dezentral angeord¬ neten Messeinheiten dazu ausgebildet, eine einen durch die Fahrleitung fließenden Fahrleitungsstrom beschreibende Kenngröße zu erfassen. Durch die dezentrale Erfassung von Strömen innerhalb der Fahrleitung wird ein genaues Abbild der Strom¬ verteilung geschaffen. Dadurch kann der thermische Schutz der Fahrleitung verbessert werden. Dieser reagiert auch dann noch flexibel und sicher, wenn die Anzahl der Triebfahrzeuge steigt und zwischen mehreren Triebfahrzeugen pro Speiseabschnitt Energie ausgetauscht wird.
Vorzugsweise ist in einer erfindungsgemäßen Fahrleitungsanlage als Kenngröße ein durch eine stromführende Fahrleitungsan¬ lagen-Komponente fließender Komponentenstrom und/oder ein in einem Triebfahrzeug fließender Fahrzeugstrom und/oder ein durch einen parallel zur Fahrleitung geführten stromsensiblen Leiter fließender Leiterstrom und/oder ein stromabhängiger Lageparameter der Fahrleitung erfassbar.
Eine Messeinheit zur Erfassung eines Komponentenstromes kann zum Beispiel an Querkupplungen oder an Leiterseilen, etwa an einem Tragseil, angeordnet sein, woraus die Strombelastung der Fahrleitung über Stromverteilungsfaktoren indirekt berechnet werden kann. Die Messeinheiten können beispielsweise als Stromwandler oder als Magnetfeldsensor ausgebildet sein.
Eine Strommessung kann auch auf Triebfahrzeugen durchgeführt und die Kenngrößen-Messwerte zu einem Soll-Ist-Vergleich dieses Fahrzeugstromes an die Auswertungszentrale übertragen werden. Dort kann ein Summenstrom pro Fahrleitungsabschnitt, beispielsweise je Längsspannweite oder halbe oder ganze Nach¬ spannlänge, gebildet und mit der maximal zulässigen Strombelastung der Fahrleitung verglichen werden. Investitionen in zusätzliche Messeinheiten können dadurch vermieden werden, dass Fahrzeugströme über die vorhandene Infrastruktur er- fasst, nun aber direkt ins Unterwerk übertragen und der Schutzeinrichtung zugeführt werden. Führt man einen Soll-Ist- Vergleich der Fahrzeugströme durch, kann man zum Beispiel ge- zielt einen Störfallverursacher ermitteln und ihn bis zur Fehlerbehebung aus dem Verkehr nehmen.
Als den Fahrleitungsstrom beschreibende Kenngröße kann auch ein Leiterstrom erfasst werden, der durch einen stromsensib- len Leiter fließt, etwa durch einen Lichtwellenleiter, welcher parallel zum Tragseil oder einen anderen Längsleiter der Fahrleitung geführt ist. Damit lässt sich ohne zusätzliche Wandler kontinuierlich der Fahrleitungsstrom ermitteln. Es kann auch eine indirekte Berechnung des Fahrleitungsstromes über eine Erfassung von stromabhängigen Lageparametern der Fahrleitung als Kenngröße erfolgen. Beispielsweise steht eine Längenausdehnung der Längsleiter der Fahrleitung oder eine durch diese bedingte Seitenbewegung der Stützpunkte mit dem Fahrleitungsstrom in Beziehung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrleitungsanlage ist wenigstens eine der dezentral angeordneten Messeinheiten dazu ausgebildet, eine einen Zustand der Fahrleitung beschreibende Kenngröße zu erfassen. Neben der tatsächlichen Verteilung des durch eine Fahrleitung fließenden Stromes werden nach dem erfindungsgemäßen Schutzkonzept durch Messeinheiten auch Kenngrößen erfasst, die den Fahrleitungszustand beschreiben. Dieser bestimmt maßgeblich die Ver- fügbarkeit bzw. Nichtverfügbarkeit der Fahrleitungsanlage. Da Fahrleitungen nicht redundant ausführbar sind, können derartige Kenngrößen mögliche Störfälle vermeiden, bei unvermeidbaren Störungen die Informationszeit zur Störungsbehebung re- duzieren oder Zustandsinformationen mit gezielten Wartungsaufgaben an die Instandhaltungsbetriebe ableiten. Zum Bei¬ spiel können thermische Folgereaktionen der Fahrleitung, wie zum Beispiel größere Längenausdehnungen und deren Folgen be- rücksichtigt werden. Damit können Entgleisungen von Stromabnehmern, Aufsetzen der Gewichtssäule auf dem Erdboden oder Verschlechterungen der Befahrgualität aufgrund von großen Leitungsdurchhängen vermieden werden. Vorzugsweise ist in einer erfindungsgemäßen Fahrleitungsanla¬ ge, bei der die Fahrleitung durch wenigstens einen von einem Oberleitungskettenwerk getragenen Fahrdraht gebildet ist, als Kenngröße ein Abstand zwischen den Fahrdrähten einer mehrpoligen Fahrleitung und/oder eine Seiten- und/oder Höhen- läge des wenigstens einen Fahrdrahtes und/oder eine Zugkraft im wenigstens einen Fahrdraht und/oder in einem anderen Längsleiter des Oberleitungskettenwerks und/oder eine Längenänderung des wenigstens einen Fahrdrahtes und/oder eine Tem¬ peratur des wenigstens einen Fahrdrahtes erfassbar.
Bei mehrpoligen Fahrleitungen kann als Kenngröße ein Abstand zwischen den Fahrdrähten zum Beispiel über Lasersensoren dezentral an kritischen Stellen der Fahrleitung überwacht wer¬ den. Eine Erfassung dieser Kenngröße ist aber auch über Mess- einheiten am Stromabnehmer eines Triebfahrzeuges durchführbar. So kann eine Abstandserfassung in den Fahrleitungskettenwerken Fehler infolge einer Annäherung der Leiterseile, zum Beispiel Kurzschlüsse, verhindern. Damit kann an diesen Stellen auf Isolatoren zur Trennung der Phasen verzichtet werden und durch so eingesparte Zusatzlasten im Tragwerk die Befahrgüte der Fahrleitung verbessert werden.
Durch eine Erfassung der Fahrdrahtseitenlage, die indirekt über eine Messung von Klimadaten wie zum Beispiel der Windge- schwindigkeit bestimmbar ist, können Grenzlagen zur Vermeidung von Stromabnehmerentgleisungen überwacht werden. Eine Erfassung der Fahrdrahthöhenlage an mehreren Stellen der Fahrleitungsanlage kann Triebfahrzeuge filtern, die ein über- durchschnittlich hohes Schädigungspotential aufweisen oder gar überproportional Schaden an der Fahrleitung anrichten. Solche Triebfahrzeuge können bei übermäßiger Schädigung an der Weiterfahrt gehindert werden. Durch eine Lageerfassung kann auch geprüft werden, ob die Fahrleitung gestört oder gar einzelne Leiterseile gerissen sind. Bei Erfassung einer kri¬ tischen Abstands- oder Lageveränderung kann zum Beispiel im Unterwerk ein Störfall erkannt werden. So wird bei einem Riss der Fahrdraht durch asphaltierten Untergrund oder Beton hoch- ohmig geerdet, wobei sich nur geringe Ströme aufgrund der hochohmigen Fehlerimpedanz der Kurzschlussschleife einstellen, die durch eine reine Stromüberwachung nicht eindeutig als Fehler erkannt werden. Somit wird die Sicherheit der elektrischen Fahrleitungsanlage im Fehlerfall deutlich ver- bessert. Die Berücksichtigung der Lageerfassung der Fahrleitung macht aber auch gerade bei elektrisch angetriebenen Straßenfahrzeugen über Fahrleitungen Sinn, weil dort die Bremswege gegenüber Schienenfahrzeugen geringer und damit Reaktionsmanöver möglich sind. Selbst wenn Schäden der Infra- struktur erst spät erkannt werden, können weitere Folgeschäden, die durch ein Befahren des Schadensbereiches verursacht würden, durch eine Schnellbremsung oder ein Absenken des Stromabnehmers vermieden werden. Durch ein Erfassen von Zugkräften in den Leiterseilen der
Fahrleitung kann zum Beispiel einen Fahrleitungsriss detek- tiert oder kontinuierlich die Funktionsbereitschaft der Nachspanneinrichtungen für die Fahrleitung überwachen werden. Eine Erfassung der Längenausdehnung des wenigstens einen
Fahrdrahtes als Kenngröße oder der Seitenbewegung der Stützpunkte kann ein Ausfädeln des Stromabnehmers bei hohen thermischen oder klimatischen Belastungen des Fahrdrahtes verhindern .
Eine Erfassung der Temperatur des wenigstens einen Fahrdrahtes kann zum Beispiel über einen eingebetteten Lichtwellen- leiter und eine indirekte Berechnung der Lage des Fahrdrahtes erfolgen .
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrleitungsanlage ist wenigstens eine der dezentral angeordneten Messeinheiten dazu ausgebildet, eine einen Zustand des Stromabnehmers beschreibende Kenngröße zu erfassen. Die Erfassung des Zustandes des Stromabnehmers, insbesondere seiner Schleifleisten, erweitert das erfindungsgemäße Schutzkonzept für die Fahrleitungsanlage und sichert eine hohe Verfügbar¬ keit. Messeinheiten müssen nicht auf jedem Triebfahrzeug angeordnet sein, sondern können - dann in geringerer Anzahl - Teil der ortsfesten Infrastruktur sein. Über die Anordnung der Messeinheiten kann festgelegt werden, in welchem Abstand die Kenngrößenerfassung und damit die Zustandsdiagnose erfolgen soll. Gegenüber der Erfassung vom Triebfahrzeug aus ergeben sich Einsparungen in Investition und Wartung. Eine kontinuierliche Erfassung auf jedem Triebfahrzeug ist nicht not¬ wendig ist.
Vorzugsweise ist in einer erfindungsgemäßen Fahrleitungsanlage als Kenngröße ein Profilverlauf und/oder eine Temperatur¬ verteilung einer Schleifleiste des Stromabnehmers erfassbar. Durch eine Erfassung eines Schleifleistenprofils mittels Vi- deoanalysen an mehreren Positionen der Fahrleitungsanlage können Triebfahrzeuge erkannt werden, die aufgrund von Ausbrüchen oder übermäßigem Verschleiß ein überdurchschnittlich hohes Schädigungspotential aufweisen oder gar überproportional Schaden anrichten. Durch eine Erfassung einer Temperatur- Verteilung der Schleifleisten anhand von Wärmebildern können heißgelaufene Schleifleisten ermittelt werden. Wird über die Messeinheiten innerhalb der Fahrleitungsanlage eine diesbezügliche Grenzwertüberschreitung festgestellt, kann das betroffene Triebfahrzeug informiert oder gar automatisch am elektrischen Weiterbetrieb gehindert werden. Damit können starke Abnutzungen am Stromabnehmer, die eine reduzierte Lebensdauer bedingen, oder gar Schäden an der Fahrleitung, zum Beispiel ein Fahrdrahtriss, durch den Betrieb defekter oder schlecht gewarteter Stromabnehmer und Schleifleisten vermieden werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrleitungsanlage ist das Datenübertragungssystem zur drahtlosen Übertragung von Kenngrößen-Messwerten ausgebildet. Alle anfallenden Kenngrößen-Messdaten der dezentralen Messeinheiten innerhalb der Fahrleitungsanlage oder auf Triebfahrzeugen werden vorrangig über kabellose Kommunikation, etwa nach ei- nem der Standards UMTS oder GSM-R an die zentrale Auswer¬ tungseinrichtung der Schutzeinrichtung übermittelt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrleitungsanlage ist das Datenübertragungssys- tem derart ausgebildet, dass Kenngrößen-Messwerte zwischen
Triebfahrzeugen übertragen werden. Eine Übertragung von Kenngrößen-Messwerten kann mit Vorteil unter Einbeziehung der Kommunikationseinrichtungen der Triebfahrzeuge erfolgen, die bei entsprechender Ausgestaltung der Schnittstellen in der Auswertungseinrichtung zur Bewertung nutzbar werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrleitungsanlage weist wenigstens eine der dezentral angeordneten Messeinheiten Vorverarbeitungsmittel zur dezen- tralen Digitalisierung und Filterung der erfassten Kenngrößen-Messwerte auf. Aufgrund der vielen zu erfassenden Kenngrößen in einer räumlich ausgedehnten Fahrleitungsanlage müs¬ sen innerhalb der Messeinheiten bereits Messwertfilterungen stattfinden. Anderenfalls würde die Übertragung der Messwerte in eine Zentrale ein zu großes Datenaufkommen erfordern. Demnach müssen den Vorverarbeitungsmittel eindeutige Grenzwerte für eine Bewertung des Zustandes vorgegeben werden. Hierdurch kann das zu übertragende Datenvolumen an Kenngrößen-Messwerten durch Aggregierung und Digitalisierung begrenzt werden.
Weitere Eigenschaften und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in deren einziger Figur eine erfindungsgemäße Fahrleitungsanlage schematisch veranschaulicht ist.
Gemäß der einzigen Figur weist eine Fahrleitungsanlage 1 zur Traktionsversorgung eines elektrischen Triebfahrzeuges 11, beispielsweise eines Schienen- oder Straßenfahrzeuges, ein Unterwerk 3, eine Fahrleitung 4 und eine Schutzeinrichtung auf. Im zentralen Unterwerk 3 wird Versorgungsspannung, die über eine Versorgungsleitung 2 eines Energieversorgungsnetzes bereitgestellt wird, in Fahrleitungsspannung umgewandelt, welche über einen Streckenabgang 5 in die Fahrleitung 4 eingespeist wird. Die Fahrleitung 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen von einem Tragseil 6 eines Oberleitungskettenwerkes getragenen Fahrdraht gebildet. Das Oberlei- tungskettenwerk ist an Stützpunkten, die durch Masten oder
Bauwerke gebildet sein können, aufgehängt. Nicht dargestellt sind Fahrleitungsanlagen-Komponenten, wie Querkupplungen, Nachspanneinrichtungen, Seile, Streckentrenner, Erdungs- und Trennschalter, und dergleichen. Das Unterwerk 3 versorgt ei- nen Speiseabschnitt der Fahrleitung 4, der mittels Streckentrennern von benachbarten Speiseabschnitten elektrisch entkoppelt ist. Zur Energieübertragung auf das Triebfahrzeug 11 umfasst dieses einen Stromabnehmer 12, der mit der Fahrlei¬ tung 4 in Schleifkontakt bringbar ist. Hierzu umfasst der Stromabnehmer 12 eine Wippe mit zwei in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Schleifleisten 13. Um bei Störfällen die Energiezufuhr zur Fahrleitung 4 zu unterbrechen, umfasst die Schutzeinrichtung eine zentrale Messeinrichtung 7, um elektrische Kenngrößen, wie Ströme oder Spannungen, im oder am Streckenabgang 5 zu messen. Die Kenngrößen-Messwerte werden einer Auswertungseinrichtung 8 der Schutzeinrichtung zugeführt, um diese hinsichtlich der Erkennung eines Störfalles zu bewerten. Je nach Schutzstufe werden die Kenngrößen-Messwerte mit vorgebbaren Schwellwerten verglichen, deren Über- oder Unterschreiten als Störfall im Speiseabschnitt ausgelegt wird . Erfindungsgemäß umfasst die Schutzeinrichtung jedoch eine Vielzahl an weiteren dezentral angeordneten Messeinheiten 9, die weitere Kenngrößen I, F, S außerhalb der Unterzentrale 3 erfassen. Die Schutzeinrichtung umfasst ferner ein Datenüber- tragungssystem 10, um die dezentral erfassten Kenngrößen- Messwerte von den Messeinheiten 9 an die Auswertungseinrich¬ tung 8 zu übermitteln. Das Datenübertragungssystem 10 umfasst dazu nicht dargestellte Sende- und Empfangsmittel für eine drahtlose Datenübertragung. In der Auswertungseinrichtung 8 werden neben den zentral erfassten auch die dezentral erfass¬ ten Kenngrößen-Messwerte zur Erkennung von Störfällen bewertet .
Hierzu sind einige der dezentral angeordneten Messeinheiten 9 dazu ausgebildet, eine Kenngröße I zu erfassen, die einen durch die Fahrleitung 4 fließenden Fahrleitungsstrom beschreiben. Als Kenngröße I des Fahrleitungsstromes kann beispielsweise ein durch eine stromführende Fahrleitungsanlagen- Komponente, etwa durch das Tragseil 6, fließender Komponen- tenstrom erfasst werden, aus dem über Stromverteilungsfaktoren der Fahrleitungsstrom bestimmbar ist. Als Kenngröße I des Fahrleitungsstromes kann auch ein in einem den Speiseab¬ schnitt befahrenden Triebfahrzeug 11 fließender Fahrzeugstrom erfasst werden. Des Weiteren kann als Kenngröße I des Fahr- leitungsstromes ein durch einen parallel zur Fahrleitung 4 geführten stromsensiblen Leiter, etwa ein im Tragseil 6 integrierter Lichtwellenleiter, fließender Leiterstrom erfasst werden. Auch ein stromabhängiger Lageparameter der Fahrleitung 4 kann als Kenngröße I des Fahrleitungsstromes erfasst werden, aus dem sich durch die stromabhängige Längenänderung der Fahrleitung 4 der fließende Fahrleitungsstrom zurückberechnen lässt. Insgesamt liegt durch die dezentral erfassten Kenngrößen-Messwerte eine tatsächliche Verteilung des Fahrleitungsstromes längs des Speiseabschnittes zur Bewertung in der Auswertungseinrichtung 9 der Schutzeinrichtung vor. Damit können Störfälle, die sich aufgrund einer Mehrzahl an den Speiseabschnitt gleichzeitig befahrenden, insbesondere rückspeisefähigen Triebfahrzeugen 11 ergeben können und die bei Bewertung lediglich zentral im Streckenabgang 5 erfasster Ströme nicht detektiert werden, erkannt und hierdurch die Verfügbarkeit der erfindungsgemäßen Fahrleitungsanlage 1 erhöht werden.
Andere der dezentral angeordneten Messeinheiten 9 sind dazu ausgebildet, eine Kenngröße F zu erfassen, die einen Zustand der Fahrleitung 4 beschreibt. Als Kenngröße F des Fahrleitungszustandes kann beispielsweise ein Abstand zwischen den Fahrdrähten einer mehrpoligen Fahrleitung 4 erfasst werden. Ebenso kann eine Seiten- und/oder Höhenlage des wenigstens einen Fahrdrahtes als Kenngröße F des Fahrleitungszustandes erfasst werden. Auch eine Zugkraft im wenigstens einen Fahrdraht und/oder in einem anderen Längsleiter des Oberleitungs- kettenwerks kann als Kenngröße F des Fahrleitungs zustandes erfasst werden. Des Weiteren kann als Kenngröße F des Fahrleitungszustandes eine Längenänderung des wenigstens einen Fahrdrahtes erfasst werden. Ferner kann eine Temperatur des wenigstens einen Fahrdrahtes als Kenngröße F des Fahrlei- tungszustandes erfasst werden. Über diese Lageparameter sowie die weiteren Zustandsparameter können eingetretene oder drohende Störfälle der Fahrleitung 4, wie zum Beispiel Fahr¬ drahtrisse, defekte Nachspanneinrichtungen oder Kurzschlüsse, erkannt werden. Diese Kenngrößen-Messwerte zusammen mit den zugehörenden Erfassungszeit- und -ortdaten können in der Auswertungseinrichtung 8 der Schutzeinrichtung zu gezielten Betriebs- und Instandhaltungsanweisungen verwertet werden. So können Triebfahrzeuge 11 vor einer Einfahrt in den gestörten Bereich des Speiseabschnittes abgehalten werden, um ein Ein- fädeln mit fataleren Folgen oder ein Entgleisen ihres Stromabnehmers 12 zu vermeiden. Eine gezielte Anweisung zu Ort und Art des Schadens beschleunigt den Instandhaltungsvorgang und erhöht die Verfügbarkeit der erfindungsgemäßen Fahrleitungsanlage 1.
Weitere dezentral angeordnete Messeinheiten 9 sind dazu ausgebildet, eine Kenngröße S zu erfassen, die einen Zustand des Stromabnehmers 12 beschreibt. Als Kenngröße S des Stromabneh- merzustandes können beispielsweise ein Profilverlauf und/oder eine Temperaturverteilung einer Schleifleiste 13 des Stromab¬ nehmers 12 erfassbar werden. Die entsprechenden Messeinheiten 9 können durch Videokameras und/oder Wärmebildkameras gebil- det werden und auf den Triebfahrzeugen 11 selbst oder aber zur Einsparung von Messeinheiten 9 bevorzugt infrastruktur- seitig angeordnet werden. Bei ortsfester Anordnung dieser Messeinheiten 9 kann über die Entfernung der Messeinheiten 9 der Abstand der Zustandsdiagnose eingestellt werden. Aus dem Profilverlauf lassen sich Ausbrüche oder übermäßiger Verschleiß einer Schleifleiste 13 erkennen. Das Wärmebild gibt Aufschluss über die Oberflächenerwärmung einer Schleifleiste 13 und lässt damit sogenannte Heißläufer erkennen. In der Auswertungseinrichtung 8 der Schutzeinrichtung können auf Ba- sis dieser Kenngrößen-Messwerte Betriebsanweisungen für
Triebfahrzeuge 11 ausgegeben werden, deren Stromabnehmer 12 in schlechtem Zustand sind, um Schädigungen an der Fahrleitung 4 und damit einhergehende Störfälle zu vermeiden. Dies wiederum erhöht die Verfügbarkeit der erfindungsgemäßen Fahr- leitungsanlage 1.
Mit Vorteil nutzt das drahtlose Datenübertragungssystem 10 in seinen Datenübertragungsstrecken die gegebenenfalls vorhande¬ ne Mittel einer Kommunikation zwischen Triebfahrzeugen 11, um die Kenngrößen-Messwerte von den Messeinheiten 9 an die Auswertungseinrichtung 8 zu übertragen. Um das Datenvolumen der Datenübertragung gering zu halten, weisen dezentral angeord¬ nete Messeinheiten 9 Vorverarbeitungsmittel auf, die die er- fassten Kenngrößen-Messwerte dezentral digitalisieren und hinsichtlich der Relevanz der zu übertragenden Messdaten filtern. So können Schwellwerte in den Vorverarbeitungsmitteln vorgegeben werden, die einen störungsfreien Verlauf einer Kenngröße kennzeichnen. Eine Datenübertragung wird dann erst auslöst, wenn ein Schwellwert überschritten wird.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrleitungsanlage (1) zur Traktionsversorgung eines elektrischen Triebfahrzeuges (11), umfassend eine durch einen Stromabnehmer (12) des Triebfahrzeugs (11) zur Energieübertragung kontaktierbare Fahrleitung (4), ein zentrales Unter¬ werk (3) zur Umwandlung einer Versorgungsspannung in eine Fahrleitungsspannung, das über einen Streckenabgang (5) mit der Fahrleitung (11) zur Energiezufuhr elektrisch verbunden ist, und eine Schutzeinrichtung zur Unterbrechung der Energiezufuhr bei Erkennung eines Störfalles, die eine zentrale Messeinrichtung (7) zur Messung einer Kenngröße im Streckenabgang (5) und eine Auswertungseinrichtung (8) zur Erkennung eines Störfalles durch Bewertung eines Kenngrößen-Messwertes aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schutzeinrichtung dezentral angeordnete Messeinheiten (9) zur Erfassung von Kenngrößen (I, F, S) außerhalb des Unterwerks (3) und ein Datenübertragungssystem (10) zur Übertragung von Kenngrößen-Messwerten von dezentralen Messeinheiten (9) zur Auswertungseinrichtung (8) aufweist, wobei die Auswertungseinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, auch die dezentral er- fassten Kenngrößen-Messwerte zur Störfallerkennung zu bewer¬ ten .
2. Fahrleitungsanlage (1) nach Anspruch 1,
wobei wenigstens eine der dezentral angeordneten Messeinhei¬ ten (9) dazu ausgebildet ist, eine einen durch die Fahrleitung (4) fließenden Fahrleitungsstrom beschreibende Kenngröße (I) zu erfassen.
3. Fahrleitungsanlage (1) nach Anspruch 2,
wobei als Kenngröße (I)
- ein durch eine stromführende Fahrleitungsanlagen- Komponente (6) fließender Komponentenstrom und/oder
- ein in einem Triebfahrzeug (11) fließender Fahrzeugstrom und/oder - ein durch einen parallel zur Fahrleitung (4) geführten stromsensiblen Leiter fließender Leiterstrom und/oder
- ein stromabhängiger Lageparameter der Fahrleitung (4) erfassbar ist.
4. Fahrleitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenigstens eine der dezentral angeordneten Messeinheiten (9) dazu ausgebildet ist, eine einen Zustand der Fahrleitung (4) beschreibende Kenngröße (F) zu erfassen.
5. Fahrleitungsanlage (1) nach Anspruch 4,
wobei die Fahrleitung (4) durch wenigstens einen von einem Oberleitungskettenwerk getragenen Fahrdraht gebildet ist, und wobei als Kenngröße (F)
- ein Abstand zwischen den Fahrdrähten einer mehrpoligen
Fahrleitung (4) und/oder
- eine Seiten- und/oder Höhenlage des wenigstens einen Fahrdrahtes und/oder
- eine Zugkraft im wenigstens einen Fahrdraht und/oder in einem anderen Längsleiter des Oberleitungskettenwerks und/oder
- eine Längenänderung des wenigstens einen Fahrdrahtes
und/oder
- eine Temperatur des wenigstens einen Fahrdrahtes
erfassbar ist.
6. Fahrleitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenigstens eine der dezentral angeordneten Messeinheiten (9) dazu ausgebildet ist, eine einen Zustand des Stromab- nehmers (12) beschreibende Kenngröße (S) zu erfassen.
7. Fahrleitungsanlage (1) nach Anspruch 6,
wobei als Kenngröße (S)
- ein Profilverlauf und/oder
- eine Temperaturverteilung
einer Schleifleiste (13) des Stromabnehmers (12) erfassbar ist .
8. Fahrleitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Datenübertragungssystem (10) zur drahtlosen Über¬ tragung von Kenngrößen-Messwerten ausgebildet ist.
9. Fahrleitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Datenübertragungssystem (10) derart ausgebildet ist, dass Kenngrößen-Messwerte zwischen Triebfahrzeugen (11) übertragen werden.
10. Fahrleitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei wenigstens eine der dezentral angeordneten Messeinheiten (9) Vorverarbeitungsmittel zur dezentralen Digitalisierung und Filterung der erfassten Kenngrößen-Messwerte aufweist.
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