一種電氣化鐵路分區(qū)所自動過分相系統(tǒng)及其控制方法與流程

本發(fā)明涉及電氣化鐵路牽引供電領(lǐng)域，特別涉及電氣化鐵路分區(qū)所自動過分相技術(shù)。

背景技術(shù)：

我國電氣化鐵道普遍采用單相工頻交流制，為使電力系統(tǒng)三相負荷盡可能平衡，電氣化鐵道往往采用輪換相序、分相分區(qū)供電的方案。分相分區(qū)處的相鄰供電區(qū)間用空氣或絕緣子分割，簡稱電分相或分相。

為防止電力機車帶電通過分相因燃弧而燒壞接觸網(wǎng)懸掛部件，甚至導(dǎo)致相間短路等事故，列車過分相時，司機需手動進行退級、關(guān)輔助機組、斷主開關(guān)，靠列車慣性駛過分相區(qū)，再合主開關(guān)、合輔助機組、進級恢復(fù)功率，完成過分相過程，俗稱降弓過分相。隨著列車速度的提升和過分相頻繁，司機勞動強度大或者手動反應(yīng)不及而無法完成過分相，必須采用措施。主要措施可分為自動過分相技術(shù)和取消分相的同相供電技術(shù)。同相供電可以從根本上取消牽引變電所出口處的分相，使列車不斷電通過，但在電網(wǎng)不允許雙邊供電時，分區(qū)所的過分相問題依舊需要解決?，F(xiàn)階段常用自動過分相方式可分為車載自動過分相和地面開關(guān)自動過分相兩種。

車載自動過分相是通過列車與地面信號的配合，在列車上通過列車控制系統(tǒng)模擬司機手動過分相。車載自動過分相過程中，列車斷電時間較長，速度損失較大，同時存在供電死區(qū)和停車風(fēng)險，特別在長大坡道路段停車風(fēng)險更大。

現(xiàn)行地面開關(guān)自動過分相的方法是配合列車地面位置信號，通過地面開關(guān)把分相兩端的供電臂電壓依次切換到中性段上，列車不需要做切換動作，其斷電時間僅為兩組地面開關(guān)切換時間，用時較短，一般為200ms到400ms，對列車速度損失影響較小，不存在供電死區(qū)。但是，盡管這種方案的開關(guān)切換用時較短，仍有一些高鐵列車的牽引傳動系統(tǒng)不能接受，過分相后需要重新啟動，影響列車性能的良好發(fā)揮。

另外,不論是車載自動過分相,還是地面開關(guān)自動過分相,其中的開關(guān)投切會產(chǎn)生暫態(tài)過程，易引起操作過電壓或過電流，甚至損壞元器件、引發(fā)故障。

本申請可將列車自動過分相技術(shù)提高到不間斷供電的新的高級水平上，適用于各種列車，并且能有效抑制暫態(tài)電氣過程及過電壓、過電流，也不會對電網(wǎng)造成不良影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電氣化鐵路分區(qū)所自動過分相系統(tǒng)，它能有效地解決電氣化鐵道分區(qū)所在不間斷供電情況下的自動過分相問題。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種電氣化鐵路自動過分相系統(tǒng)的控制方法，它能有效地解決電氣化鐵路分區(qū)所不間斷供電自動過分相系統(tǒng)的控制問題。

本發(fā)明實現(xiàn)其目的所采用的技術(shù)方案為，一種電氣化鐵路分區(qū)所自動過分相系統(tǒng)，包括通常關(guān)斷的晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2),通常閉合的負荷開關(guān)一(K1)和負荷開關(guān)二(K2)，通常分斷的備用開關(guān)一(K11)和備用開關(guān)二(K22)，電阻一(R1)和電阻二(R2)，電流互感器一(H1)和電流互感器二(H2)以及電壓互感器(V)；供電臂一(A1)通過分段器一(S1)與中性段(A0)的一端相連，供電臂二(A2)通過分段器二(S2)與中性段(A0)的另一端相連；在供電臂一(A1)末段靠近分段器一(S1)處的支柱上配備受電弓識別儀一(P1)，在設(shè)有分段器一(S1)的支柱上配備受電弓識別儀二(P2)，在設(shè)有分段器二(S2)的支柱上配備受電弓識別儀三(P3)；負荷開關(guān)一(K1)和晶閘管開關(guān)一(T1)及電流互感器一(H1)順序串聯(lián)后并聯(lián)在分段器一(S1)兩端，電阻一(R1)以及備用開關(guān)一(K11)也分別并聯(lián)在分段器一(S1)兩端；負荷開關(guān)二(K2)和晶閘管開關(guān)二(T2)及電流互感器二(H2)順序串聯(lián)后并聯(lián)在分段器二(S2)兩端，電阻二(R2)以及備用開關(guān)二(K22)也分別并聯(lián)在分段器二(S2)兩端；在供電臂一(A1)與分段器一(S1)的連接處與軌地之間并接電壓互感器(V)；受電弓識別儀一(P1)、受電弓識別儀二(P2)、受電弓識別儀三(P3)的信號端，電流互感器一(H1)和電流互感器二(H2)的輸出端以及電壓互感器(V)的輸出端均與控制單元(CU)相連接；晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2)的觸發(fā)端，負荷開關(guān)一(K1)和負荷開關(guān)二(K2)的操動端，備用開關(guān)一(K11)和備用開關(guān)二(K22)的操動端均與控制單元(CU)相連接。

遠動裝置(YD)也可與控制單元(CU)相連接。

本發(fā)明的第二個目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種電氣化鐵路分區(qū)所自動過分相系統(tǒng)控制方法是：列車經(jīng)分段器一(S1)進入中性段(A0)時，晶閘管開關(guān)一(T1)關(guān)斷,在晶閘管開關(guān)一(T1)電流過零關(guān)斷后立即令晶閘管開關(guān)二(T2)導(dǎo)通，完成供電臂一(A1)到供電臂二(A2)電流過零點瞬間切換，即將中性段(A0)與供電臂一(A1)斷開而與供電臂二(A2)直接連通，實現(xiàn)不間斷供電。其中電阻一(R1)、電阻二(R2)或單獨工作，或共同工作，均可抑制均衡電流，把對電網(wǎng)的干擾減少到最小的、允許的程度，同時抑制牽引供電系統(tǒng)可能產(chǎn)生的暫態(tài)過程。其具體控制順序是：

A.系統(tǒng)初始狀態(tài)：中性段(A0)無列車；受電弓識別儀一(P1)、受電弓識別儀二(P2)、受電弓識別儀三(P3)的信號端輸出信號為0；

B.若受電弓識別儀一(P1)信號端輸出信號為1，即受電弓識別儀一(P1)感知列車(L)從供電臂一(A1)駛向分段器一(S1)時，控制單元(CU)選擇電壓互感器(V)輸出波形電壓過零，立即令晶閘管開關(guān)一(T1)導(dǎo)通,使中性段(A0)與供電臂一(A1)直接連通；此時，電阻一(R1)被短接，電阻二(R2)工作；

C.若受電弓識別儀二(P2)信號端輸出信號為1，即列車(L)從供電臂一(A1)經(jīng)分段器一(S1)進入中性段(A0)時，控制單元(CU)令晶閘管開關(guān)一(T1)關(guān)斷,在晶閘管開關(guān)一(T1)電流過零關(guān)斷后，立即令晶閘管開關(guān)二(T2)導(dǎo)通，即中性段(A0)與供電臂一(A1)阻斷而與供電臂二(A2)直接連通；此時，電阻一(R1)恢復(fù)工作，電阻二(R2)被短接；

D.若受電弓識別儀三(P3)信號端輸出信號為1，即列車從中性段(A0)經(jīng)分段器二(S2)進入供電臂二(A2)時，控制單元(CU)令晶閘管開關(guān)二(T2)關(guān)斷,即中性段(A0)與供電臂二(A2)阻斷；此時，電阻二(R2)恢復(fù)工作；即受電弓識別儀一(P1)、受電弓識別儀二(P2)、受電弓識別儀三(P3)的信號端信號復(fù)位回0，系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)A；完成供電臂一(A1)到供電臂二(A2)的不間斷供電切換。

所述晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2)均為雙向晶閘管交流開關(guān)。

所述電阻一(R1)和電阻二(R2)為高壓高阻電阻，對地額定電壓滿足27.5kV，兩端電壓大于等于10kV，電阻值大于等于500Ω；電阻一(R1)和電阻二(R2)單獨工作或共同工作均可抑制均衡電流和抑制暫態(tài)過程。

當(dāng)電流互感器一(H1)、電流互感器二(H2)的輸出端測得的電流同時大于0時，即晶閘管開關(guān)一(T1)、晶閘管開關(guān)二(T2)同時導(dǎo)通，則視為故障(經(jīng)遠動裝置(YD)進行故障報警)，控制單元(CU)令負荷開關(guān)一(K1)和負荷開關(guān)二(K2)分斷，切除晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2)，然后令備用開關(guān)一(K11)和備用開關(guān)二(K22)分別替代晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2)執(zhí)行自動過分相操作，其控制方法與傳統(tǒng)地面自動過分相相同。

顯然，控制單元(CU)也可以收集負荷開關(guān)一(K1)和負荷開關(guān)二(K2)、晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2)、備用開關(guān)一(K11)和備用開關(guān)二(K22)的開斷信息，并進一步分析它們的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障。

為了檢修方便，按常識，所述電阻一(R1)和電阻二(R2)支路均應(yīng)串接隔離開關(guān)；電阻一(R1)或電阻二(R2)退出時，系統(tǒng)仍可運行，但當(dāng)晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2)配合不當(dāng)時，會引起較大的暫態(tài)過程或均衡電流。

為了配合晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通和增強對暫態(tài)過程的阻尼性能，可以在中性段(A0)與軌地之間并聯(lián)一套高壓高阻電阻。

本發(fā)明的工作原理是：相對50Hz工頻電路而言，晶閘管等電力電子開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時間很短，可以忽略，即認為晶閘管開關(guān)是瞬間導(dǎo)通和關(guān)斷的。在電壓過零時觸發(fā)晶閘管開關(guān)使其導(dǎo)通來短接電阻，可以有效降低電壓沖擊。在晶閘管開關(guān)一電流過零關(guān)斷后立即令晶閘管開關(guān)二導(dǎo)通可以完成供電臂一到供電臂二電流過零點瞬間切換，即將列車的供電從供電臂一瞬間切換到供電臂二，實現(xiàn)不間斷供電。串接于系統(tǒng)的高壓高阻電阻一、電阻二或單獨工作，或共同工作，均可抑制均衡電流，把對電網(wǎng)的干擾減少到最小的、允許的程度，同時發(fā)揮阻尼作用，抑制牽引供電系統(tǒng)可能產(chǎn)生的暫態(tài)過程和過電壓、過電流。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、本發(fā)明在晶閘管開關(guān)一電流過零關(guān)斷后立即令晶閘管開關(guān)二導(dǎo)通，完成供電臂一到供電臂二電流過零點瞬間切換，且對列車實現(xiàn)不間斷供電，即切換時間為0，適用于各種各型列車，而現(xiàn)行地面開關(guān)自動過分相切換時間大多為200ms到400ms，一些型號的高鐵列車的牽引傳動系統(tǒng)不能接受，過分相后需要重新啟動，影響列車性能的正常發(fā)揮。

二、本發(fā)明在切換過程中，電阻一、電阻二或單獨工作，或共同工作，均可抑制均衡電流，把對電網(wǎng)的干擾減少到最小的、允許的程度，同時發(fā)揮阻尼作用，抑制牽引供電系統(tǒng)可能產(chǎn)生的暫態(tài)過程和過電壓、過電流。

三、本發(fā)明具有系統(tǒng)故障識別與切換功能，可以避免事故擴大化。

四、本發(fā)明技術(shù)先進，性能優(yōu)越，易于實施。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例的控制單元示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的描述。

圖1示出，本發(fā)明的一種具體實施方式，一種電氣化鐵路分區(qū)所自動過分相系統(tǒng)，包括供電臂一(A1)、中性段(A0)、供電臂二(A2)，供電臂一(A1)通過分段器一(S1)與中性段(A0)的一端相連，供電臂二(A2)通過分段器二(S2)與中性段(A0)的另一端相連，在供電臂一(A1)末段靠近分段器一(S1)處的支柱上配備受電弓識別儀一(P1)，在設(shè)有分段器一(S1)的支柱上配備受電弓識別儀二(P2)，在設(shè)有分段器二(S2)的支柱上配備受電弓識別儀三(P3)；負荷開關(guān)一(K1)和晶閘管開關(guān)一(T1)及電流互感器一(H1)順序串聯(lián)后并聯(lián)在分段器一(S1)兩端，電阻一(R1)以及備用開關(guān)一(K11)也分別并聯(lián)在分段器一(S1)兩端；負荷開關(guān)二(K2)和晶閘管開關(guān)二(T2)及電流互感器二(H2)順序串聯(lián)后并聯(lián)在分段器二(S2)兩端，電阻二(R2)以及備用開關(guān)二(K22)也分別并聯(lián)在分段器二(S2)兩端；在供電臂一(A1)與分段器一(S1)連接處與軌地之間并接電壓互感器(V)，測量對地電壓；受電弓識別儀一(P1)、受電弓識別儀二(P2)、受電弓識別儀三(P3)的信號端，電流互感器一(H1)和電流互感器二(H2)的輸出端以及電壓互感器(V)的輸出端均與控制單元(CU)相連接；晶閘管開關(guān)一(T1)、晶閘管開關(guān)二(T2)的觸發(fā)端，負荷開關(guān)一(K1)和負荷開關(guān)二(K2)的操動端，備用開關(guān)一(K11)和備用開關(guān)二(K22)的操動端均與控制單元(CU)相連接；遠動裝置(YD)也可與控制單元(CU)相連接。

所述晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2)均為雙向晶閘管交流開關(guān)；晶閘管開關(guān)一(T1)、晶閘管開關(guān)二(T2)通常關(guān)斷；負荷開關(guān)一(K1)和負荷開關(guān)二(K2)通常閉合；備用開關(guān)一(K11)和備用開關(guān)二(K22)通常分斷。

所述電阻一(R1)和電阻二(R2)為高壓高阻電阻，對地額定電壓滿足27.5kV，兩端電壓大于等于10kV，電阻值一般大于等于500Ω；電阻一(R1)、電阻二(R2)單獨工作或共同工作均可抑制均衡電流，抑制暫態(tài)過程；為了檢修方便，按常識，電阻一(R1)和電阻二(R2)支路均應(yīng)串接隔離開關(guān)；電阻一(R1)或電阻二(R2)退出時，系統(tǒng)仍可運行，但當(dāng)晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2)配合不當(dāng)時，會引起較大的暫態(tài)過程或均衡電流。

所述電阻一(R1)和電阻二(R2)工作時，由于供電臂一(A1)與中性段(A0)、供電臂二(A2)同相位，電壓互感器(V)也可以設(shè)置在中性段(A0)或供電臂二(A2)的合適位置。

為了配合晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通和增強對暫態(tài)過程的阻尼性能，可以在中性段(A0)與軌地之間并聯(lián)一套高壓高阻電阻。

使上述電氣化鐵路分區(qū)所自動過分相系統(tǒng)完成進行自動過分相的控制順序是：

A.系統(tǒng)初始狀態(tài)：中性段(A0)無列車；受電弓識別儀一(P1)、受電弓識別儀二(P2)、受電弓識別儀三(P3)的信號端輸出信號為0；

B.若受電弓識別儀一(P1)信號端輸出信號為1，即受電弓識別儀一(P1)感知列車(L)從供電臂一(A1)駛向分段器一(S1)時，控制單元(CU)選擇電壓互感器(V)輸出波形電壓過零時令晶閘管開關(guān)一(T1)導(dǎo)通,使中性段(A0)與供電臂一(A1)直接連通，此時，電阻一(R1)被短接，電阻二(R2)工作；

C.若受電弓識別儀二(P2)信號端輸出信號為1，即列車(L)從供電臂一(A1)經(jīng)分段器一(S1)進入中性段(A0)時，控制單元(CU)令晶閘管開關(guān)一(T1)關(guān)斷,在晶閘管開關(guān)一(T1)電流過零關(guān)斷后立即令晶閘管開關(guān)二(T2)導(dǎo)通，即中性段(A0)與供電臂一(A1)阻斷而與供電臂二(A2)直接連通，此時，電阻一(R1)恢復(fù)工作，電阻二(R2)被短接；

D.若受電弓識別儀三(P3)信號端輸出信號為1，即列車從中性段(A0)經(jīng)分段器二(S2)進入供電臂二(A2)時，控制單元(CU)令晶閘管開關(guān)二(T2)關(guān)斷,即中性段(A0)與供電臂二(A2)阻斷，此時，電阻二(R2)恢復(fù)工作；令受電弓識別儀一(P1)、受電弓識別儀二(P2)、受電弓識別儀三(P3)的信號端信號復(fù)位回0，系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)A；完成供電臂一(A1)到供電臂二(A2)的不間斷供電切換。

圖中所示之例是假定列車自左至右行駛，同理可完成自右至左的自動過分相步驟，不再贅述。

如圖2示出，本發(fā)明實施例的控制單元示意圖。受電弓識別儀一(P1)、受電弓識別儀二(P2)、受電弓識別儀三(P3)的信號端，電流互感器一(H1)、電流互感器二(H2)的輸出端，電壓互感器(V)的輸出端，晶閘管開關(guān)一(T1)、晶閘管開關(guān)二(T2)的觸發(fā)端，負荷開關(guān)一(K1)和負荷開關(guān)二(K2)的操動端，備用開關(guān)一(K11)和備用開關(guān)二(K22)的操動端均與控制單元(CU)相連接；遠動裝置(YD)也可與控制單元(CU)相連接。

受電弓識別儀一(P1)、受電弓識別儀二(P2)、受電弓識別儀三(P3)將探測信號經(jīng)信號端輸出至控制單元(CU)，控制單元(CU)據(jù)此判斷列車所處于供電臂一(A1)、中性段(A0)、供電臂二(A2)的具體位置，發(fā)出晶閘管開關(guān)一(T1)、晶閘管開關(guān)二(T2)導(dǎo)通或關(guān)斷命令，完成供電臂一到供電臂二電流過零點瞬間切換，且對列車實現(xiàn)不間斷供電，再命令受電弓識別儀一(P1)、受電弓識別儀二(P2)、受電弓識別儀三(P3)的信號端輸出信號復(fù)位回0，系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)。

當(dāng)電流互感器一(H1)、電流互感器二(H2)的輸出端測得的電流同時大于0時，即判斷晶閘管開關(guān)一(T1)、晶閘管開關(guān)二(T2)同時導(dǎo)通，則視為故障，控制單元(CU)令負荷開關(guān)一(K1)和負荷開關(guān)二(K2)分斷，切除晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2)，然后令備用開關(guān)一(K11)和備用開關(guān)二(K22)分別替代晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2)執(zhí)行自動過分相操作，即與現(xiàn)行地面開關(guān)自動過分相方法一樣，配合受電弓識別儀輸出信號，通過備用開關(guān)一(K11)和備用開關(guān)二(K22)把供電臂一(A1)和供電臂二(A2)依次切換到中性段上，作為后備方式，實現(xiàn)自動過分相。

顯然，控制單元(CU)也可以收集負荷開關(guān)一(K1)和負荷開關(guān)二(K2)、晶閘管開關(guān)一(T1)和晶閘管開關(guān)二(T2)、備用開關(guān)一(K11)和備用開關(guān)二(K22)的開斷信息，并進一步分析它們的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障。

另外，遠動裝置(YD)通過控制單元(CU)得到信息，并下發(fā)命令。