CN108973693B - 一种带绝缘检测的接触网供电电源高压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，受电弓、高压断路器、高压隔离开关、高压变压器依次相连。受电弓与接触网接触，高压电压互感器一次侧的一端连接至受电弓与高压断路器之间，另一端连接至地。蓄电池依次通过逆变器、绝缘检测供电接触器连接至高压电压互感器的二次侧。高压变压器与整流器相连，在高压变压器与整流器之间设置有高压室门，高压系统包括用于反映高压室门开关状态的连锁触点。当同时满足受电弓处于降弓状态、高压隔离开关处于断开状态及高压室门处于关闭状态时，才能进行高压系统绝缘检测。本发明能够解决高压系统绝缘受损而引起系统不能正常工作，进而导致接触网跳闸，甚至烧断接触网，影响铁路运输的技术问题。

Description

一种带绝缘检测的接触网供电电源高压系统

技术领域

本发明涉及铁路电气领域，尤其是涉及一种应用于铁路工程作业车辆的带绝缘检测的接触网供电电源高压系统。

背景技术

目前，随着我国铁路总里程的不断增长，铁路维护工作量也日益增加，大型养路机械已成为我国铁路养护维修的主要力量，每天都有几十支机械化施工队活跃在万里铁道线上。这些施工队常年在野外作业，战严寒、斗酷暑，为我国铁路事业的发展，特别是为近几年铁路的提速做出了巨大的贡献。为了解决铁路维护车队在野外的生活问题，各路局都为车队配备了具备机械化施工作业功能的宿营列车。这些宿营列车基于旅客列车车型改造而来，设置有卧铺间、厨房和餐厅等设施。在现有技术中，CN205890886U、CN106080625A、CN202389375U、CN101386305B、CN201712613U、CN201283866Y、CN101386305A等专利均给出了这种宿营列车的结构。

机械化施工队的宿营列车一般都是从沿途的停靠站上取电，由水电段负责，而宿营列车在每一站停靠的时间都很短，水电段必须频繁到施工队接电。而且这些沿途的停靠站一般都是小站，小站上的变压器容量都比较小，无法向宿营列车提供比较大容量的电能，所以宿营列车都带有自备的柴油发电机组。在很多时候，特别是在夏季和冬季使用空调的时候一般都由柴油发电机组向宿营列车供电。由柴油发电机组发电消耗了大量柴油，同时对环境造成严重污染，发电机组发出的噪音也对施工队员和周围居民造成了干扰。另外，柴油发电机组的容量也不大，车上很多用电设备如电磁灶、电淋浴器、电冰箱等都无法使用。然而，目前我国铁路电气化的里程每年都以很高的速度在增加，各主要干线已基本电气化，今后电气化铁路将越来越多，如果经常在电气化区间作业的机械化施工宿营列车上配备一套能直接从接触网取电的系统，就能使宿营列车不论停在何处，都能从接触网上取得大容量的电能，从而避免水电段频繁接电的麻烦，从根本上解决柴油发电机组的种种弊端。

目前，为了解决宿营列车用电的技术问题，宿营车一般都配备了接触网供电电源，将接触网电压转换为民用三相四线制电压。接触网供电电源依靠受电弓从接触网受流，因此受电弓和主断路器的控制是系统安全可靠运行的关键。高压系统工作环境恶劣，需要经常承受日晒雨淋和霜雪风沙的侵袭。绝缘正常是高压系统正常工作的前提，高压系统最易发生故障是绝缘故障。如果高压系统绝缘受损，轻则系统不能正常工作，重则引起接触网跳闸，甚至会烧断接触网，影响铁路运输。因此需要经常对高压系统绝缘进行检查，以确保系统正常工作，不影响铁路接触网供电。

在现有技术中，目前电力机车已经广泛使用车顶高压绝缘检测装置，但该装置并不适用于接触网供电电源系统，其主要原因是：

(1)现有车顶高压绝缘检测装置与高压变压器从电路隔离信号没有互锁，如果高压变压器没有从电路隔离而进行绝缘检测，会导致高压绝缘装置过流保护；

(2)高压绝缘检测装置需与高压室门连锁，而现有车顶高压绝缘检测装置无此连锁信号接口。

因此，需要根据接触网供电电源特殊要求寻找一种采用新型结构的接触网供电电源高压系统及其绝缘检测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，以解决高压系统绝缘受损而引起系统不能正常工作，进而导致接触网跳闸，甚至烧断接触网，影响铁路运输的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种带绝缘检测的接触网供电电源高压系统的技术实现方案，一种带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，包括：蓄电池、逆变器、绝缘检测供电接触器、高压电压互感器、受电弓、高压断路器、高压熔断器、高压隔离开关和高压变压器。所述受电弓、高压断路器、高压熔断器、高压隔离开关、高压变压器依次相连。所述受电弓与接触网接触，所述高压电压互感器一次侧的一端连接至所述受电弓与高压断路器之间，另一端连接至地。所述蓄电池依次通过逆变器、绝缘检测供电接触器连接至所述高压电压互感器的二次侧。所述高压断路器与高压熔断器之间的电缆上套设有穿墙套管。所述高压变压器与整流器相连，在所述高压变压器与整流器之间设置有高压室门，所述高压系统还包括与高压室门相连，用于反映所述高压室门开关状态的高压室门连锁触点。当同时满足受电弓处于降弓状态、高压隔离开关处于断开状态及高压室门处于关闭状态时，才能进行高压系统绝缘检测。

优选的，通过读取所述高压电压互感器二次侧的电压值来进行高压系统绝缘检测。

优选的，当进行高压系统绝缘检测时，所述高压变压器从所述接触网供电电源高压系统中隔离。

优选的，所述高压系统包括升弓/降弓选择开关和高压绝缘检测开关，所述升弓/降弓选择开关与高压绝缘检测开关相连，所述高压绝缘检测开关与高压隔离开关的控制线圈相连。当所述升弓/降弓选择开关处于降弓位时，接通所述高压绝缘检测开关，通过所述高压绝缘检测开关控制所述高压隔离开关的分断和闭合。

优选的，所述绝缘检测供电接触器的主触点连接在所述逆变器与高压电压互感器之间，所述高压隔离开关的隔离开关第一辅助触点串联在绝缘检测供电接触器的线圈中，所述隔离开关第一辅助触点为常闭触点。当进行高压系统绝缘检测时，所述高压隔离开关处于断开位，所述隔离开关第一辅助触点处于闭合位，所述绝缘检测供电接触器的线圈闭合以进行高压系统绝缘检测。

优选的，所述高压室门连锁触点串联在所述绝缘检测供电接触器的线圈中，当所述高压室门)打开时，所述高压室门连锁触点断开，所述绝缘检测供电接触器的线圈失电，高压系统绝缘检测中断。

优选的，在进行高压系统绝缘测试时，如果所述受电弓进行升弓操作或所述高压室门打开，则操作无效或高压系统绝缘检测中断。

优选的，所述高压系统还包括与用于控制所述受电弓升降弓的升弓阀，所述升弓阀与所述绝缘检测供电接触器的第二辅助触点，及高压室门连锁触点串联，所述蓄电池通过第二辅助触点、高压室门连锁触点为所述升弓阀供电。当所述高压室门打开引起高压室门连锁触点断开，或当所述绝缘检测供电接触器的线圈得电引起所述第二辅助触点断开，所述升弓阀失电，所述升弓阀的升弓操作无效。

优选的，在所述受电弓进行升弓操作前，进行高压系统绝缘检测。如果检测到高压系统绝缘故障，则禁止所述受电弓进行升弓操作，在检查处理完高压系统绝缘故障后，所述受电弓才能进行升弓操作。

优选的，所述高压隔离开关的隔离开关第二辅助触点串联在所述高压断路器的合闸线圈中，当进行高压系统绝缘检测时，所述高压断路器能够闭合。当所述受电弓升弓并运行时，必须在所述高压隔离开关闭合到位后才能闭合所述高压断路器。

通过实施上述本发明提供的带绝缘检测的接触网供电电源高压系统的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明带绝缘检测的接触网供电电源高压系统能够解决高压系统绝缘受损而引起系统不能正常工作，进而导致接触网跳闸，甚至烧断接触网，影响铁路运输的技术问题；

(2)本发明带绝缘检测的接触网供电电源高压系统采用高压隔离开关将高压变压器进行隔离，使尽可能多的高压器件能够进行绝缘检查，特别使故障率较高的穿墙套管也能够进行高压绝缘检测；

(3)本发明带绝缘检测的接触网供电电源高压系统将高压室门关闭作为高压绝缘检查启动条件，能够避免人员误入高压室而导致高压触电事故；

(4)本发明带绝缘检测的接触网供电电源高压系统将高压变压器隔离信号作为高压绝缘检查条件，能够避免高压绝缘检查系统过负荷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是本发明带绝缘检测的接触网供电电源高压系统一种具体实施例的电路拓扑结构图；

图2是本发明带绝缘检测的接触网供电电源高压系统一种具体实施例的绝缘检测原理框图；

图3是本发明带绝缘检测的接触网供电电源高压系统一种具体实施例的升弓控制电路原理图；

图4是图1中的局部放大电路结构示意图；

图5是图1中另一部分的局部放大电路结构示意图；

图中：1-蓄电池，2-滤波器，3-逆变器，4-高压电压互感器，5-接触网，6-受电弓，7-避雷器，8-箱体，9-高压断路器，10-穿墙套管，11-高压熔断器，12-高压室门连锁触点，13-高压变压器，14-电流互感器，15-接地夹，16-钢轨，17-整流器，18-逆变器，19-输出开关，20-负载，21-高压室门，22-线圈，23-主触点，24-第一辅助触点，25-第二辅助触点，26-控制线圈，PV-电压表，YV-升弓阀，QA1-升弓/降弓选择开关，QA4-高压绝缘检测开关，QS1-高压隔离开关，KM6-绝缘检测供电接触器，S5-绝缘检测供电断路器，QS1-1-高压隔离开关第一辅助触点，QS1-2-高压隔离开关第二辅助触点。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

接触器：接触器的工作原理是，当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁芯产生电磁吸力吸引动铁芯，并带动接触器触点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。交流接触器利用主接点来控制电路，用辅助接点来导通控制回路。主接点一般是常开接点，而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图5所示，给出了本发明带绝缘检测的接触网供电电源高压系统的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

接触网供电电源高压系统分为车顶高压系统和车内高压系统。车顶高压系统一般包括受电弓6、绝缘子(图中未示出)、避雷器7、高压电压互感器4、高压断路器9、穿墙套管10(上半部分)；车内高压系统包括穿墙套管10(下半部分)、高压熔断器11、高压隔离开关QS1和高压变压器13。因为高压变压器13的激磁电流较大，且高压变压器13的高压侧一端直接接地，所以当进行高压系统绝缘检测时，必须将高压变压器13从接触网供电电源高压系统中隔离。然后确认高压设备绝缘是否正常，如高压设备绝缘受损则禁止升弓，检查处理绝缘故障后才能升弓，以确保高压系统正常工作，并保证接触网5的安全。如附图2所示，逆变器18将DC110V电压转换为AC120V单相交流电。高压电压互感器4二次侧反送AC120V电压(高压电压互感器4的变比为250：1)，则在高压电压互感器4的一次侧即可得到30kV的单相交流电。

如附图1、4和5所示，一种带绝缘检测的接触网供电电源高压系统的实施例，高压系统具体包括：蓄电池1、逆变器3、绝缘检测供电接触器KM6、高压电压互感器4、受电弓6、避雷器7、高压断路器9、高压熔断器11、高压隔离开关QS1和高压变压器13。受电弓6、高压断路器9、高压熔断器11、高压隔离开关QS1、高压变压器13依次相连。受电弓6与接触网5接触，高压电压互感器4一次侧的一端连接至受电弓6与高压断路器9之间，另一端连接至地。避雷器7的一端连接至受电弓6与高压断路器9之间，另一端通过箱体8连接至地。蓄电池1依次通过逆变器3、绝缘检测供电接触器KM6连接至高压电压互感器4的二次侧。高压断路器9与高压熔断器11之间的电缆上套设有穿墙套管10。高压变压器13与整流器17相连，在高压变压器13与整流器17之间设置有高压室门21，接触网供电电源高压系统还包括与高压室门21相连，用于反映高压室门21开关状态的高压室门连锁触点12。此外，高压变压器13输入侧的一端与高压隔离开关QS1相连，另一端依次通过电流互感器14、接地夹15连接至钢轨16。整流器17、逆变器18、输出开关19、负载20依次相连。蓄电池1通过滤波器2与逆变器3相连，蓄电池1与滤波器2之间连接有绝缘检测供电断路器S5。当同时满足受电弓6处于降弓状态、高压隔离开关QS1处于断开状态及高压室门21处于关闭状态时，才能进行高压系统绝缘检测。

如附图2和附图4所示，可以通过在高压电压互感器4的二次侧连接电压表PV并读取其电压值来进行高压系统绝缘检测。若高压系统对地绝缘良好，则高压系统对地等效电阻R为无穷大(相对于限流电阻R11)，则在电压指针表PV处的读数应该是120V左右。如果高压器件对地绝缘被破坏，则等效电阻R的值急剧减小，高压部分对地电流会增大，高压电压互感器4的一次侧电流增大，二次侧电流以250倍的倍率同步增大，则限流电阻R11上的分压也增大，这时电压表PV的读数会下降。可以根据电压表PV的读数来判断高压部件的绝缘是否被破坏，同时可以将高压电压互感器4的二次侧电压反送至控制系统进行记录与处理。

接触网供电电源高压系统进一步包括升弓/降弓选择开关QA1(二位自锁)和高压绝缘检测开关QA4(带灯三位不自锁)，升弓/降弓选择开关QA1与高压绝缘检测开关QA4相连，高压绝缘检测开关QA4与高压隔离开关QS1的控制线圈26相连。当升弓/降弓选择开关QA1处于降弓位时，接通高压绝缘检测开关QA4，通过高压绝缘检测开关QA4控制高压隔离开关QS1的分断和闭合。

绝缘检测供电接触器KM6的主触点23连接在逆变器3与高压电压互感器4之间，要进行高压系统绝缘检测时，必须将高压隔离开关QS1断开，其实现方法是将高压隔离开关QS1的隔离开关第一辅助触点QS1-1串联在绝缘检测供电接触器KM6的线圈22中，隔离开关第一辅助触点QS1-1为常闭触点。当进行高压系统绝缘检测时，高压隔离开关QS1处于断开位，隔离开关第一辅助触点QS1-1处于闭合位，绝缘检测供电接触器KM6的线圈22闭合以进行高压系统绝缘检测。

高压室门连锁触点12串联在绝缘检测供电接触器KM6的线圈22中，当高压室门21打开时，高压室门连锁触点12断开，如附图3和附图4中所示B点失电，绝缘检测供电接触器KM6的线圈22失电，高压系统绝缘检测中断。在进行高压系统绝缘测试时，如果受电弓6进行升弓操作或高压室门21打开，则操作无效或高压系统绝缘检测中断。

如附图3所示，高压系统还包括与用于控制受电弓6升降弓的升弓阀YV，升弓阀YV与绝缘检测供电接触器KM6的第二辅助触点25，及高压室门连锁触点12串联，蓄电池1通过第二辅助触点25、高压室门连锁触点12为升弓阀YV供电。当高压室门21打开引起高压室门连锁触点12断开，或当绝缘检测供电接触器KM6的线圈22得电引起第二辅助触点25断开，升弓阀YV失电，升弓阀YV的升弓操作无效。

高压隔离开关QS1的隔离开关第二辅助触点QS1-2串联在高压断路器9的合闸线圈HZ(图中FZ为分闸线圈)中，当进行高压系统绝缘检测时，高压断路器9能够闭合。当受电弓6升弓并运行时，必须在高压隔离开关QS1闭合到位后才能闭合高压断路器9。在附图5中，QA2为高压断路器控制开关，KA1为继电器。

在受电弓6进行升弓操作前，进行高压系统绝缘检测。如果检测到高压系统绝缘故障，则禁止受电弓6进行升弓操作，在检查处理完高压系统绝缘故障后，受电弓6才能进行升弓操作。

通过实施本发明具体实施例描述的带绝缘检测的接触网供电电源高压系统的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的带绝缘检测的接触网供电电源高压系统能够解决高压系统绝缘受损而引起系统不能正常工作，进而导致接触网跳闸，甚至烧断接触网，影响铁路运输的技术问题；

(2)本发明具体实施例描述的带绝缘检测的接触网供电电源高压系统采用高压隔离开关将高压变压器进行隔离，使尽可能多的高压器件能够进行绝缘检查，特别使故障率较高的穿墙套管也能够进行高压绝缘检测；

(3)本发明具体实施例描述的带绝缘检测的接触网供电电源高压系统将高压室门关闭作为高压绝缘检查启动条件，能够避免人员误入高压室而导致高压触电事故；

(4)本发明具体实施例描述的带绝缘检测的接触网供电电源高压系统将高压变压器隔离信号作为高压绝缘检查条件，能够避免高压绝缘检查系统过负荷。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (9)

1.一种带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，其特征在于，包括：蓄电池(1)、逆变器(3)、绝缘检测供电接触器(KM6)、高压电压互感器(4)、受电弓(6)、高压断路器(9)、高压熔断器(11)、高压隔离开关(QS1)和高压变压器(13)；所述受电弓(6)、高压断路器(9)、高压熔断器(11)、高压隔离开关(QS1)、高压变压器(13)依次相连；所述受电弓(6)与接触网(5)接触，所述高压电压互感器(4)一次侧的一端连接至所述受电弓(6)与高压断路器(9)之间，另一端连接至地；所述蓄电池(1)依次通过逆变器(3)、绝缘检测供电接触器(KM6)连接至所述高压电压互感器(4)的二次侧；所述高压断路器(9)与高压熔断器(11)之间的电缆上套设有穿墙套管(10)；所述高压变压器(13)与整流器(17)相连，在所述高压变压器(13)与整流器(17)之间设置有高压室门(21)，所述高压系统还包括与高压室门(21)相连，用于反映所述高压室门(21)开关状态的高压室门连锁触点(12)；当同时满足受电弓(6)处于降弓状态、高压隔离开关(QS1)处于断开状态及高压室门(21)处于关闭状态时，才能进行高压系统绝缘检测；所述绝缘检测供电接触器(KM6)的主触点(23)连接在所述逆变器(3)与高压电压互感器(4)之间，所述高压隔离开关(QS1)的隔离开关第一辅助触点(QS1-1)串联在绝缘检测供电接触器(KM6)的线圈(22)中，所述隔离开关第一辅助触点(QS1-1)为常闭触点；当进行高压系统绝缘检测时，所述高压隔离开关(QS1)处于断开位，所述隔离开关第一辅助触点(QS1-1)处于闭合位，所述绝缘检测供电接触器(KM6)的线圈(22)闭合以进行高压系统绝缘检测。

2.根据权利要求1所述带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，其特征在于：通过读取所述高压电压互感器(4)二次侧的电压值来进行高压系统绝缘检测。

3.根据权利要求2所述带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，其特征在于：当进行高压系统绝缘检测时，所述高压变压器(13)从所述接触网供电电源高压系统中隔离。

4.根据权利要求1至3任一项所述带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，其特征在于：所述高压系统包括升弓/降弓选择开关(QA1)和高压绝缘检测开关(QA4)，所述升弓/降弓选择开关(QA1)与高压绝缘检测开关(QA4)相连，所述高压绝缘检测开关(QA4)与高压隔离开关(QS1)的控制线圈(26)相连；当所述升弓/降弓选择开关(QA1)处于降弓位时，接通所述高压绝缘检测开关(QA4)，通过所述高压绝缘检测开关(QA4)控制所述高压隔离开关(QS1)的分断和闭合。

5.根据权利要求4所述带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，其特征在于：所述高压室门连锁触点(12)串联在所述绝缘检测供电接触器(KM6)的线圈(22)中，当所述高压室门(21)打开时，所述高压室门连锁触点(12)断开，所述绝缘检测供电接触器(KM6)的线圈(22)失电，高压系统绝缘检测中断。

6.根据权利要求1、2、3或5所述带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，其特征在于：在进行高压系统绝缘测试时，如果所述受电弓(6)进行升弓操作或所述高压室门(21)打开，则操作无效或高压系统绝缘检测中断。

7.根据权利要求6所述带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，其特征在于：所述高压系统还包括与用于控制所述受电弓(6)升降弓的升弓阀(YV)，所述升弓阀(YV)与所述绝缘检测供电接触器(KM6)的第二辅助触点(25)，及高压室门连锁触点(12)串联，所述蓄电池(1)通过第二辅助触点(25)、高压室门连锁触点(12)为所述升弓阀(YV)供电；当所述高压室门(21)打开引起高压室门连锁触点(12)断开，或当所述绝缘检测供电接触器(KM6)的线圈(22)得电引起所述第二辅助触点(25)断开，所述升弓阀(YV)失电，所述升弓阀(YV)的升弓操作无效。

8.根据权利要求1、2、3、5或7所述带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，其特征在于：在所述受电弓(6)进行升弓操作前，进行高压系统绝缘检测；如果检测到高压系统绝缘故障，则禁止所述受电弓(6)进行升弓操作，在检查处理完高压系统绝缘故障后，所述受电弓(6)才能进行升弓操作。

9.根据权利要求8所述带绝缘检测的接触网供电电源高压系统，其特征在于：所述高压隔离开关(QS1)的隔离开关第二辅助触点(QS1-2)串联在所述高压断路器(9)的合闸线圈(HZ)中，当进行高压系统绝缘检测时，所述高压断路器(9)能够闭合；当所述受电弓(6)升弓并运行时，必须在所述高压隔离开关(QS1)闭合到位后才能闭合所述高压断路器(9)。

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