CN105034854B - 融冰装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种融冰装置，用于牵引供电系统及轨道，包括多个直流融冰机构、多根接触轨连接线、多根行走轨连接线、多个切换开关；一个直流融冰机构、一根接触轨连接线、一根行走轨连接线、一个切换开关组成为一组融冰单元，对应设置于一个车辆段变电所处；每根接触轨连接线将其所在车辆段变电所处的上行接触轨和下行接触轨串联，上行接触轨和下行接触轨还通过切换开关与直流融冰机构串联，形成接触轨回路单元；同理形成行走轨回路单元；每个直流融冰机构通过切换开关在接触轨回路单元和行走轨回路单元之间切换连接以进行交替供电；本发明提出的用于牵引供电系统及轨道的融冰装置，不影响列车正常运行，适用于运行中的列车的覆冰处理。

Description

融冰装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别是指一种融冰装置。

背景技术

近年来，中国高铁、轻轨等轨道交通行业高速发展，已成为人们日常生活中必不可少的交通工具。牵引供电系统及轨道在恶劣的环境温度和湿度等条件下会出现覆冰现象，牵引系统覆冰将导致受电弓无法正常取流，严重时将导致受电弓的损害或断裂严重事故。如何防止或融化牵引供电系统及轨道的覆冰是电气化铁路必须面对和解决的问题。

当前，直流融冰是目前公认的成熟可行的技术。该技术通常采用晶闸管整流器作为核心的变流设备，辅以平波电抗器、交流滤波器等部件，但需要输电线路退出运营后，为覆冰线路提供直流融冰电流，利用输电线路的等效电阻形成的焦耳热融冰。该方案必须在覆冰现象形成后断开供电，并更改系统连接方案形成融冰电流通路，无法在不影响牵引供电系统正常供电的前提下实现防冰与融冰，因此，该方案如果应用到电气化铁路的供电系统，必将影响列车的正常运行；并且，采用独立的输电线路，因为其在极低温度的情况下容易发生断裂，也同样会影响到融冰效果，同时融冰线路通常是整条线路使用同一个融冰装置，在线路损坏时，会导致整条线路无法融冰，从而造成较大的损失；此外，通常的融冰装置仅对接触轨进行融冰，而对行走轨通常不进行融冰，这样会降低整个轨道的融冰效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种融冰装置，用于牵引供电系统及轨道，以避免牵引供电系统及轨道因覆冰导致无法正常取流，影响列车的安全和准点运行；该融冰装置将在不影响轨道正常运行的情况下，进行融冰操作，尤其是可以避免在持续下雪时，继续形成覆冰；该装置适用于运行状态中的轻轨、高速电气化铁路的覆冰处理。

基于上述目的本发明提供的融冰装置，用于牵引供电系统及轨道，包括多个直流融冰机构、多根接触轨连接线、多根行走轨连接线、多个切换开关；

一个直流融冰机构、一根接触轨连接线、一根行走轨连接线、一个切换开关组成为一组融冰单元，对应设置于一个车辆段变电所处；

每根接触轨连接线将其所在车辆段变电所处的上行接触轨和下行接触轨串联，同时，上行接触轨和下行接触轨还通过切换开关与直流融冰机构串联，从而形成接触轨回路单元；每根行走轨连接线将其所在车辆段变电所处的上行行走轨和下行行走轨串联，同时，上行行走轨和下行行走轨还通过切换开关与直流融冰机构串联，从而形成行走轨回路单元；

每个直流融冰机构通过切换开关在接触轨回路单元和行走轨回路单元之间切换连接以对接触轨回路单元和行走轨回路单元进行交替供电。

在一些实施方式中，所述上行接触轨和下行接触轨的等效电阻远小于列车的等效电阻，所述上行行走轨和下行行走轨的等效电阻也远小于列车的等效电阻；所述直流融冰机构提供的电压远小于行驶电源的电压。

在一些实施方式中，所述融冰装置还包括：设置在直流融冰机构侧的与切换开关串联的断路器，设置在接触轨连接线上的第一隔离开关，设置在行走轨连接线上的第二隔离开关。

在一些实施方式中，所述直流融冰机构包括依次连接的交流电源、整流变压器、整流器、直流融冰控制保护系统；

交流电源输入融冰的交流电到整流变压器进行电压变换并就整流器整流后输出融冰直流电，所述直流融冰控制保护系统在融冰过程中通过改变晶闸管阀的触发角来调节线路直流电流。

在一些实施方式中，所述整流器由晶闸管或IGBT器件等组成，采用6脉动或12脉动或三相电压型PWM整流器，将三相交流电转换为直流电。

在一些实施方式中，直流融冰机构电源取自交流电源，该交流电源取自直流融冰机构的安装所在的变电所的交流母线AC20kV电源侧。

在一些实施方式中，所述直流融冰机构通过切换开关在接触轨回路单元和行走轨回路单元之间切换连接的切换时间为29s。

在一些实施方式中，所述直流融冰机构为接触轨回路单元和行走轨回路单元供电的融冰直流电为低电压，该融冰直流电叠加列车的行驶电源的电压后作用在接触轨回路单元或行走轨回路单元的等效电阻上，但不影响行驶电源为运行的列车供电。

从上面所述可以看出，本发明提供的融冰装置，用于牵引供电系统及轨道，通过在每个车辆段变电站处设置一组融冰单元，将该处的上行接触轨和下行接触轨串联形成接触轨回路单元，从而能够利用接触轨替代原有的融冰线路进行直接供电融冰，无需另外增加融冰线路，不会出现融冰线路断裂造成的融冰故障，并且这样所形成直流融冰雪接触轨回路单元的直流电阻相同，输入恒定直流电流，使得全线轨道(导线)的接触轨回路单元的焦耳效应产生的热量对轨道(导线)表面的覆冰雪进行热融化效果相同；同时，还将上行行走轨和下行行走轨串联，形成行走轨回路，从而能够利用行走轨进行直接供电融冰，提高融冰效率；并且，直流融冰机构通过切换开关在接触轨回路单元和行走轨回路单元之间切换连接，从而对接触轨回路单元和行走轨回路单元进行交替通电融冰，使得接触轨回路和行走轨回路之间不会发生电路干扰；此外，通过在每个车辆段变电站处设计一组融冰单元，使得其中一个融冰单元损坏时，并不会影响到其他段的融冰，出现故障所造成的损失较小；通过上述电路设计，本发明提供的融冰装置将实现往返双轨道同时融冰，融冰速度快，且装置经济性好。

附图说明

图1为本发明提供的融冰装置实施例的原理等效电路示意图；

图2为本发明提供的融冰装置实施例中上下行接触轨的接触轨回路的电路连接示意图；

图3为本发明提供的融冰装置实施例中上下行行走轨的行走轨回路的原理等效电路示意图；

图4为本发明提供的融冰装置实施例中上下行接触轨的接触轨回路的原理等效电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

直流融冰的主要原理是将覆冰线路作为负载，施加直流电源，用较低电压提供直流短路电流来加热导线使线路覆冰融化。参照附图1，为本发明提供的融冰装置实施例的原理等效电路示意图。

所述融冰装置，用于牵引供电系统及轨道，包括多个直流融冰机构、多根接触轨连接线、多根行走轨连接线、多个切换开关；

一个直流融冰机构、一根接触轨连接线、一根行走轨连接线、一个并网开关组成为一组融冰单元，对应设置于一个车辆段变电所处；亦即每个车辆段变电所处均设置有一组融冰单元；

每根接触轨连接线将其所在车辆段变电所处的上行接触轨和下行接触轨串联，同时，上行接触轨和下行接触轨还通过切换开关(图1中第一开关K1和第二开关K2为切换开关的等效开关)与直流融冰机构串联，从而形成接触轨回路单元(同时参考图2和图4)；每根行走轨连接线将其所在车辆段变电所处的上行行走轨和下行行走轨串联，同时，上行行走轨和下行行走轨还通过切换开关与直流融冰机构串联，从而形成行走轨回路单元(同时参考图3)；

每个直流融冰机构通过切换开关在接触轨回路单元和行走轨回路单元之间切换连接以对接触轨回路单元和行走轨回路单元进行交替供电。

其中，参照图1，所述上行接触轨和下行接触轨的等效电阻r远小于列车的等效电阻，所述上行行走轨和下行行走轨的等效电阻R也远小于列车的等效电阻；所述直流融冰机构提供的电压远小于行驶电源的电压。通常情况下，行驶电源经接触轨输出到列车后，再经行走轨返回行驶电源，而列车的等效电阻因为远大于接触轨和行走轨的等效电阻，因此不会影响行驶电源的供电，这里将上下行接触轨、上下行行走轨短接后，同时外接直流融冰机构，而直流融冰机构的融冰直流电仅作用在上下行接触轨或上下行行走轨上，则仅需在上下行接触轨、上下行行走轨上加载较小的电压就可起到融冰的作用，而又因为上下行接触轨、上下行行走轨的等效电阻远小于列车的等效电阻，因此，加载在其上的融冰电压也不会影响到行驶电源对列车的供电。

从上述实施例可以看出，本发明提供的融冰装置，通过在每个车辆段变电站处设置一组融冰单元，将该处的上行接触轨和下行接触轨串联形成接触轨回路单元，从而能够利用接触轨替代原有的融冰线路进行直接供电融冰，无需另外增加融冰线路，不会出现融冰线路断裂造成的融冰故障，并且这样所形成直流融冰雪接触轨回路单元的直流电阻相同，输入恒定直流电流，使得全线轨道(导线)的接触轨回路单元的焦耳效应产生的热量对轨道(导线)表面的覆冰雪进行热融化效果相同；同时，还将上行行走轨和下行行走轨串联，形成行走轨回路，从而能够利用行走轨进行直接供电融冰，提高融冰效率；并且，直流融冰机构通过切换开关在接触轨回路单元和行走轨回路单元之间切换连接，从而对接触轨回路单元和行走轨回路单元进行交替通电融冰，使得接触轨回路和行走轨回路之间不会发生电路干扰；此外，通过在每个车辆段变电站处设计一组融冰单元，使得其中一个融冰单元损坏时，并不会影响到其他段的融冰，出现故障所造成的损失较小；通过上述电路设计，本发明提供的融冰装置将实现往返双轨道同时融冰，融冰速度快，且装置经济性好。

其中，所述的牵引供电系统主要是指上下行接触轨，列车运行所需的供电电压通常由上下行接触轨进行提供；上下行行走轨则为列车车轮的行走轨道。

可选的，所述融冰装置还包括：设置在直流融冰机构侧的与切换开关串联的断路器，设置在接触轨连接线上的第一隔离开关，设置在行走轨连接线上的第二隔离开关，从而实现对直流融冰机构交、直流侧电源、接线方式切换等功能。

所述直流融冰机构包括依次连接的交流电源、整流变压器、整流器、直流融冰控制保护系统；其中整流器作为融冰装置的主要变流设备，为覆冰线路提供直流融冰电流，所述整流器由晶闸管或IGBT器件等组成，采用6脉动或12脉动或三相电压型PWM整流器，将三相交流电转换为直流电；直流融冰机构电源取自交流电源，该交流电源取自直流融冰机构的安装所在的变电所的交流母线AC20kV电源侧；整流(降压)变压器，实现电源电压变换以及与交流电网的隔离；

交流电源输入融冰的交流电到整流变压器进行电压变换并就整流器整流后输出融冰直流电，所述直流融冰控制保护系统在融冰过程中通过改变晶闸管阀的触发角来调节线路直流电流。

较佳的，所述直流融冰机构通过并网开关在接触轨回路单元和行走轨回路单元之间切换连接的切换时间为29s；通过控制算法实现融冰装置每29秒切换供电回路，从而达到最好的融冰效果。

进一步的，所述直流融冰机构为接触轨回路单元和行走轨回路单元供电的融冰直流电为低电压(该电压可根据接触轨、行走轨的等效电阻进行设计)，该融冰直流电叠加列车的行驶电源后作用在接触轨回路单元或行走轨回路单元的等效电阻上，但不影响行驶电源为运行的列车供电；这样，可以在不停运的情况下，进行接触轨和行驶轨的交替融冰，避免在持续下雪时，继续形成覆冰。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种融冰装置，用于牵引供电系统及轨道，其特征在于，包括多个直流融冰机构、多根接触轨连接线、多根行走轨连接线、多个切换开关；

一个直流融冰机构、一根接触轨连接线、一根行走轨连接线、一个切换开关组成为一组融冰单元，对应设置于一个车辆段变电所处；

每根接触轨连接线将其所在车辆段变电所处的上行接触轨和下行接触轨串联，同时，上行接触轨和下行接触轨还通过切换开关与直流融冰机构串联，从而形成接触轨回路单元；每根行走轨连接线将其所在车辆段变电所处的上行行走轨和下行行走轨串联，同时，上行行走轨和下行行走轨还通过切换开关与直流融冰机构串联，从而形成行走轨回路单元；

每个直流融冰机构通过切换开关在接触轨回路单元和行走轨回路单元之间切换连接以对接触轨回路单元和行走轨回路单元进行交替供电；

所述的融冰装置，还包括：设置在直流融冰机构侧的与切换开关串联的断路器，设置在接触轨连接线上的第一隔离开关，设置在行走轨连接线上的第二隔离开关；

所述直流融冰机构包括依次连接的交流电源、整流变压器、整流器、直流融冰控制保护系统；

交流电源输入融冰的交流电到整流变压器进行电压变换并就整流器整流后输出融冰直流电，所述直流融冰控制保护系统在融冰过程中通过改变晶闸管阀的触发角来调节线路直流电流。

2.根据权利要求1所述的融冰装置，其特征在于，所述上行接触轨和下行接触轨的等效电阻小于列车的等效电阻，所述上行行走轨和下行行走轨的等效电阻也小于列车的等效电阻；所述直流融冰机构提供的电压小于行驶电源的电压。

3.根据权利要求1所述的融冰装置，其特征在于，所述整流器由晶闸管或IGBT器件组成，采用6脉动或12脉动或三相电压型PWM整流器，将三相交流电转换为直流电。

4.根据权利要求1所述的融冰装置，其特征在于，直流融冰机构电源取自交流电源，该交流电源取自直流融冰机构的安装所在的变电所的交流母线AC20kV电源侧。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的融冰装置，其特征在于，所述直流融冰机构通过切换开关在接触轨回路单元和行走轨回路单元之间切换连接的切换时间为29s。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的融冰装置，其特征在于，所述直流融冰机构为接触轨回路单元和行走轨回路单元供电的融冰直流电为低电压，该融冰直流电叠加列车的行驶电源的电压后作用在接触轨回路单元或行走轨回路单元的等效电阻上。