CN104057843A - 地面储能式自动过电分相装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新的地面储能式自动过电分相装置，属于电力机车和电力电子技术领域，可用于电力机车通过电分相时的保护，以消除电力机车通过电分相产生的过电压，延长机车电气设备及接触网的使用寿命，尤其是在高速动车组情况下更体现出该装置对电气化铁道安全稳定运行的重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种新的地面储能式自动过电分相装置，属于电力机车和电力电子技术领域。
背景技术
电力机车采用单相供电，为了使电力系统三相平衡，牵引供电系统采用了分段换相的方法，称为电分相或简称分相，每隔20～30公里，在变电所出口处或两变电所之间的分区所设有电分相装置。当列车速度为200公里/h时，每6～10分钟要过一次电分相无电区，频率非常高。电力机车行驶中要频繁地通过分相无电区，在采用地面式自动过分相装置时，在通过分相区时机车内主断路器不分闸，而由地面站内设备完成电源切换，每次都会使机车的主变压器和接触网产生操作过电压。操作过电压影响变压器寿命，且会发生电弧烧损接触网甚至承力索。针对电力机车过电分相存在的问题，人们想了许多办法来解决。国外主要从电分段的硬件结构上来解决，如增加灭弧结构、列车进入中性段前减小电流、断开电流等等，效果并不明显。
随着我国电气化铁路运营速度的提高,电力机车在通过电分相时多次出现过电压、过电流, 给机车和接触网带来严重的损害，严重影响到铁路的稳定运行,成为影响电气化铁路提速的关键问题之一。因此,研究安全、可靠、稳定的自动过电分相方案,是高速铁路发展的迫切要求。研究机车过电分相过电压的机理及其抑制的技术措施具有较高的理论意义和实际价值。
在国家科委“九五”国家科技攻关计划中，曾下达适用于高速电气化铁道的“自动过分相方案的研究”任务，说明国家对自动过分相技术是非常重视的。国内许多大学和研究单位对该问题做了大量的研究和试验工作，取得了许多可喜的成果，但是由于机械开关合闸时间的不稳定性和电力电子开关的高成本问题，这个问题一直没有得到很好的解决。
发明内容
我们知道，造成绝缘破坏引发短路的过电压是由下述原因造成的：①受电弓与接触网之间的电弧激发高频振荡，该高频振荡电压叠加在工频电压上形成过电压；②开关切換过程中产生的过电压使接在线路中的感性器件铁芯饱和激发高频振荡，该高频振荡电压叠加在工频电压上形成过电压；③变压器上电涌流在线路上产生过电压。电力机车在过电分相时，上述三种情况均会发生而引发过电压，常常造成供电设备损坏。可见，如果我们能够在中性线上安装储能式过电压抑制装置，使中性线电压稳定，则可以避免供电设备损坏。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的一种电容储能式自动过电分相装置，包括开关K1、变压器TK、整流桥DK、储能电容C；还包括开关K2、充电电阻R1、驱动模块CF、快速放电绝缘栅晶体管IGBT、快放电阻R3、放电电阻R2、可编程控制器PLC；所述开关K1的一端连接分相区中性线，另一端接变压器TK，变压器TK副边接全波整流桥DK；充电电阻R1和开关K2并联后一端接整流桥正端，另一端接储能电容C；放电电阻R2并联在储能电容C的两端；快速放电绝缘栅晶体管IGBT和快放电阻R3串联后并联在储能电容C的两端，驱动模块CF接在绝缘栅晶体管IGBT的控制极。所述地面储能式自动过电分相装置的控制系统采用可编程控制器PLC或工控计算机COM控制系统。
上电时，开关K2处开断状态，电容C经电阻R1充电，充满后开关K2闭合。当中性线上有过电压产生时，变压器TK副边电压同时上升、整流桥输出电压上升、储能电容C被充电，因电容量很大，因此电压的上升受到限制。当过电压能量较大使电容器C的电压达到一定高度时，快速放电绝缘栅晶体管IGBT被触发导通，快放电阻R3加入放电，阻止过电压的过度升高。放电电阻R2的作用是停电后使储能电容C的电压回零。
附图说明
图1是一种地面储能式过电分相装置的主电路图。
图2是采用了由电力电子器件IGCT替换绝缘栅晶体管IGBT、计算机控制系统COM替换可编程控制器PLC构成的一种储能式过电压分相装置。
具体实施方式
采用电容储能技术的一种新的自动过电分相装置主电路图如图1所示：一种储能式自动过电分相装置，包括开关K1、变压器TK、整流桥DK、储能电容C；还包括开关K2、充电电阻R1、驱动模块CF、快速放电绝缘栅晶体管IGBT、快放电阻R3、放电电阻R2、可编程控制器PLC；所述开关K1的一端连接分相区中性线，另一端接变压器TK，变压器(TK)副边接全波整流桥DK；充电电阻R1和开关K2并联后一端接整流桥正端，另一端接储能电容C；放电电阻R2并联在储能电容C的两端；快速放电绝缘栅晶体管IGBT和快放电阻R3串联后并联在储能电容C的两端，驱动模块CF接在绝缘栅晶体管IGBT的控制极。所述电容储能式自动过分相装置的控制系统采用可编程序控制器PLC或工控计算机COM控制系统。如果地面站总控系统有余地，则该部份的控制也可由地面站总控系统来执行。
机车在分相区前正常运行时，车载主牵引变压器经隔离开关和主断路器由接触网A供电，中性线上因A、B接触网的感应而存在一定电压，储能电容亦被充有一定的电压；当列车接近电分相区时总控系统收到地面传感器信号，总控系统首先经一个开关给中性线送A相电，这时会产生暂态过程，而变压器TK立即经整流电路给电容C充电，由于储能电容C的存在，故不会产生什么扰动，；当受电弓逐渐靠近中性线时，因中性线与A接触网共电源故不会有弧光产生，即不会产生过电压；当列车进入中性线区时，要断开A相电源后接入B相电源，此时由于中性线上有残压存在故会在中性线上产生瞬间过电压，变压器次级电压亦立即跟随上升且储能电容C立即被充电，使中性线电压不会上升太高，过电压得到抑制。
图2为采用工控计算机COM控制系统，其控制方法与上述相同；电力电子器件采用全控器件IGCT实施PWM控制。
上述描述的只是该发明的二种具体实施方式，举例说明不对发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后对前述的具体实施方式所做的修改或变型，都不背离发明的实质和范围
Claims (5)
1.一种新型地面储能式自动过电分相装置，包括开关（K1）、变压器（TK）、整流桥（DK）、储能电容（C）；还包括开关（K2）、充电电阻（R1）、驱动模块（CF）、快速放电绝缘栅晶体管（IGBT）、快放电阻（R3）、放电电阻（R2）、可编程控制器（PLC）；所述开关（K1）的一端连接分相区中性线，另一端接变压器（TK），变压器(TK)副边接全波整流桥（DK）；充电电阻（R1）和开关（K2）并联后一端接整流桥正端，另一端接储能电容（C）；放电电阻（R2）并联在储能电容（C）的两端；快速放电绝缘栅晶体管（IGBT）和快放电阻（R3）串联后并联在储能电容（C）的两端，驱动模块（CF）接在整流桥正端和绝缘栅晶体管（IGBT）的控制极之间。
2.根据权利要求1所述的地面储能式自动过电分相装置，其特征在于控制系统采用可编程控制器（PLC）或工控计算机（COM）控制系统，如果地面站总控系统有余地，则控制部份也可由地面站总控系统来执行。
3.根据权利要求1所述的地面储能式自动过电分相装置，其特征在于当电力电子器件采用全控器件（IGCT）时，可以得到大电流全控调节。
4.根据权利要求1所述的地面储能式自动过电分相装置，其特征在于当电网出现过电压时，储能电容（C）限制了过电压和谐波，快速放电绝缘栅晶体管（IGBT）和快放电阻（R3）阻止了电压过度升高。
5.根据权利要求1所述的地面储能式自动过电分相装置，其特征在于结合电力机车的具体电路本装置也可用于车载式过电分相。
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