CN104512277B - 一种车载式自动过分相装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载式电力机车自动过分相装置，属于电力电子技术领域。该装置可用于电力机车通过电分相时的自动控制和保护，应用开关变压器技术消除常规过分相时产生的过电压及涌流，减小对机车电气设备及接触网的伤害，延长使用寿命，尤其是在高速动车组情况下更显示出该装置对安全稳定运行的重要作用。

Description

一种车载式自动过分相装置

技术领域

本发明涉及一种车载式自动过分相装置，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控制与保护，以消除常规过分相时产生的过电压及涌流，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显示出该装置对安全稳定运行的重要作用。

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，频度非常高。

电力机车行驶中要频繁地通过无电区，当采用车载式自动过分相装置时，在通过分相区前后机车内要切、合闸，每次都会使机车的主变压器产生操作过电压和发生涌流。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；而涌流达额定电流的数倍，易引发保护跳闸，且涌流谐波含量很大，对电网造成严重干扰。

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。

发明内容及有益效果

本发明要解决的技术问题是提供一种利用开关变压器技术的车载式自动过分相装置以解决上述问题。开关变压器技术实质上就是把变压器和电力电子器件相结合，构成了一个耐高压、大电流的电力电子开关模块，在电路中使之与机车主断路器并联。

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：

一种车载式自动过分相装置，包括起控隔离开关G2、开关变压器TK、晶闸管SCR、可编程控制器PLC、起控开关K2；还包括主断路器K1、主隔离开关G1；所述主断路器K1的一端连接主变压器T，另一端经主隔离开关G1接电源；开关变压器TK原边绕组的上端接一只起控隔离开关G2，G2的另一端接电源；开关变压器原边绕组的下端接起控开关K2，K2的另一端接于主断路器K1与机车主变压器T之间；开关变压器付边每单绕组的两端之间接有两只正反并联的晶闸管SCR，晶闸管SCR由可编程控制器PLC控制。

所述车载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。

当需要主变压器合闸时，我们首先以很低的电压（接近于零）加到原绕组上，再逐渐加大电压，则可以最大限度地限制涌流的产生；当需要空载变压器分闸时，我们首先把i_L降低到很小（接近于0）时再分闸断路器，则可以最大限度地减少磁场能量，降低截流过电压。同时，该装置能控制开关变压器和主断路器的动作顺序，使主断路器的合闸电压（或电流）和分闸电压（或电流）都很小［额定电压的百分之五左右（或开关变压器的空载电流）］，可减小电弧，大大延长主断路器的寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述：

图1是一种车载式自动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替换晶闸管SCR、计算机控制系统COM替换可编程控制器PLC构成的一种车载式自动过电分相装置。

具体实施方式

采用开关变压器TK技术的一种车载式自动过电分相装置主电路图如图1所示：一种车载式自动过分相装置，包括起控隔离开关G2、开关变压器TK、晶闸管SCR、可编程控制器PLC、起控开关K2；还包括主断路器K1、主隔离开关G1；所述主断路器K1的一端连接主变压器T，另一端经主隔离开关G1接电源；开关变压器TK原边绕组的上端接一只起控隔离开关G2，G2的另一端接电源；开关变压器原边绕组的下端接起控开关K2，K2的另一端接于主断路器K1与机车主变压器T之间；开关变压器付边每单绕组的两端之间接有两只正反并联的晶闸管SCR，晶闸管SCR由可编程控制器PLC控制。

所述车载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。如果列车总控系统有余地，则该部份的控制也可由列车总控系统来执行。

列车正常运行时，车载主牵引变压器T经主隔离开关G1和主断路器K1供电。当列车接近电分相区时收到地面信号，总控系统首先给主变压器卸载（切负荷），使主变负荷为零，然后给车载式自动过分相装置的控制系统PLC发出停主变命令。

当PLC接到分闸命令时，首先发出G2、K2的合闸命令（此时因K1闭合故TK原边电压为零），再送晶闸管SCR全导通触发信号，然后PLC再发出主断路器K1分闸命令，这时开关变压器TK处于次级短路工作状态，其原边短路电压只能达到电源电压的5﹪左右，即主断路器K1两端电压也只能达到电源电压的5﹪左右，因主断路器K1两端电压很小所以弧光很小，不会损伤触头，车载主变电压变化很小不会激发暂态过程；PLC再停发触发脉冲，晶闸管SCR电流过零时关断，开关变压器TK处于次级开路工作状态，其中流过很小的空载电流，车载主变中流过的也是这个电流（远小于自身的空载电流），这时再令K2、G2分闸，因电流很小不会产生截流过电压，开关触头也不会产生弧光。

至此时，车载设备全部由主断路器与接触网断开（只有受电弓、电压互感器等车顶设备与接触网相接），列车无电通过分相区。

当列车通过分相区且受电弓与另一端接触网相接时，总控系统由电压互感器感知来电，便向PLC发出上电命令。

PLC接到合闸命令时，首先发出K2、G2的合闸命令，由于此时SCR未导通，开关变压器TK处于空载状态，空载电流很小，此时即使TK产生合闸涌流，因TK远小于主变，该涌流也远小于主变额定电流，且起控隔离开关G2和K2中的电弧很小，不会激发过电压；PLC再使晶闸管SCR逐渐开通，主变T原边电压逐渐加大直至全导通，因无电压瞬变过程，因此无涌流与过电压等暂态现象发生，这时开关变压器TK处于短路工作状态，其原边短路电压只占电源电压的5﹪左右，即主断路器K1两端电压也为电源电压的5﹪左右；然后PLC再发出主断路器K1合闸命令，因主断路器K1两端电压很小所以不会激发暂态过程且弧光很小，不会损伤触头；主断路器K1合闸后两端电压几乎为零，这时断开起控开关K2、起控隔离开关G2，也不会有弧光产生，开关变压器TK退出工作，列车正常前行。

图2为合分闸控制采用工控计算机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形，都不背离发明的实质和范围。

Claims (3)

1.一种车载式自动过分相装置，包括开关变压器（TK）、起控隔离开关（G2）、起控开关（K2）、晶闸管（SCR）、可编程序控制器（PLC），其特征在于，还包括主断路器（K1）、主隔离开关（G1）；所述主断路器（K1）的上端接主隔离开关（G1），主隔离开关（G1）的上端接电源，主断路器（K1）的下端接车载主变压器（T）；开关变压器（TK）原边绕组的上端接起控隔离开关（G2），起控隔离开关（G2）的另一端接电源，开关变压器（TK）原边绕组的下端接起控开关（K2），起控开关（K2）的另一端接于主断路器（K1）与车载主变压器（T）之间，开关变压器（TK）付边每单绕组的两端之间接有两只正反并联的晶闸管（SCR）。

2.根据权利要求1所述的一种车载式自动过分相装置，其特征在于，其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。

3.根据权利要求1所述的一种车载式自动过分相装置，其特征在于其半控性电力电子器件晶闸管（SCR）也可以由全控性电力电子器件绝缘栅极晶闸管（IGCT）来替换。