地面儲能式自動過電分相裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新的地面儲能式自動過電分相裝置，屬于電力機(jī)車和電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，可用于電力機(jī)車通過電分相時(shí)的保護(hù)，以消除電力機(jī)車通過電分相產(chǎn)生的過電壓，延長機(jī)車電氣設(shè)備及接觸網(wǎng)的使用壽命，尤其是在高速動車組情況下更體現(xiàn)出該裝置對電氣化鐵道安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要作用。
【專利說明】地面儲能式自動過電分相裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新的地面儲能式自動過電分相裝置，屬于電力機(jī)車和電力電子技 術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力機(jī)車采用單相供電，為了使電力系統(tǒng)三相平衡，牽引供電系統(tǒng)采用了分段換 相的方法，稱為電分相或簡稱分相，每隔20?30公里，在變電所出口處或兩變電所之間的 分區(qū)所設(shè)有電分相裝置。當(dāng)列車速度為200公里/h時(shí)，每6?10分鐘要過一次電分相無電 區(qū)，頻率非常高。電力機(jī)車行駛中要頻繁地通過分相無電區(qū)，在采用地面式自動過分相裝置 時(shí)，在通過分相區(qū)時(shí)機(jī)車內(nèi)主斷路器不分閘，而由地面站內(nèi)設(shè)備完成電源切換，每次都會使 機(jī)車的主變壓器和接觸網(wǎng)產(chǎn)生操作過電壓。操作過電壓影響變壓器壽命，且會發(fā)生電弧燒 損接觸網(wǎng)甚至承力索。針對電力機(jī)車過電分相存在的問題，人們想了許多辦法來解決。國 外主要從電分段的硬件結(jié)構(gòu)上來解決，如增加滅弧結(jié)構(gòu)、列車進(jìn)入中性段前減小電流、斷開 電流等等，效果并不明顯。
[0003] 隨著我國電氣化鐵路運(yùn)營速度的提高，電力機(jī)車在通過電分相時(shí)多次出現(xiàn)過電 壓、過電流，給機(jī)車和接觸網(wǎng)帶來嚴(yán)重的損害，嚴(yán)重影響到鐵路的穩(wěn)定運(yùn)行，成為影響電氣 化鐵路提速的關(guān)鍵問題之一。因此，研究安全、可罪、穩(wěn)定的自動過電分相方案，是1?速鐵 路發(fā)展的迫切要求。研究機(jī)車過電分相過電壓的機(jī)理及其抑制的技術(shù)措施具有較高的理論 意義和實(shí)際價(jià)值。
[0004] 在國家科委"九五"國家科技攻關(guān)計(jì)劃中，曾下達(dá)適用于高速電氣化鐵道的"自動 過分相方案的研究"任務(wù)，說明國家對自動過分相技術(shù)是非常重視的。國內(nèi)許多大學(xué)和研究 單位對該問題做了大量的研究和試驗(yàn)工作，取得了許多可喜的成果，但是由于機(jī)械開關(guān)合 閘時(shí)間的不穩(wěn)定性和電力電子開關(guān)的高成本問題，這個(gè)問題一直沒有得到很好的解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 我們知道，造成絕緣破壞引發(fā)短路的過電壓是由下述原因造成的：①受電弓與接 觸網(wǎng)之間的電弧激發(fā)高頻振蕩,該高頻振蕩電壓疊加在工頻電壓上形成過電壓；②開關(guān)切 換過程中產(chǎn)生的過電壓使接在線路中的感性器件鐵芯飽和激發(fā)高頻振蕩，該高頻振蕩電壓 疊加在工頻電壓上形成過電壓；③變壓器上電涌流在線路上產(chǎn)生過電壓。電力機(jī)車在過電 分相時(shí)，上述三種情況均會發(fā)生而引發(fā)過電壓，常常造成供電設(shè)備損壞。可見，如果我們能 夠在中性線上安裝儲能式過電壓抑制裝置，使中性線電壓穩(wěn)定，則可以避免供電設(shè)備損壞。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種電容儲能式自 動過電分相裝置，包括開關(guān)K1、變壓器TK、整流橋DK、儲能電容C ;還包括開關(guān)K2、充電電 阻R1、驅(qū)動模塊CF、快速放電絕緣柵晶體管IGBT、快放電阻R3、放電電阻R2、可編程控制器 PLC ;所述開關(guān)K1的一端連接分相區(qū)中性線，另一端接變壓器TK，變壓器TK副邊接全波整 流橋DK ;充電電阻R1和開關(guān)K2并聯(lián)后一端接整流橋正端，另一端接儲能電容C ;放電電阻 R2并聯(lián)在儲能電容C的兩端；快速放電絕緣柵晶體管IGBT和快放電阻R3串聯(lián)后并聯(lián)在儲 能電容C的兩端，驅(qū)動模塊CF接在絕緣柵晶體管IGBT的控制極。所述地面儲能式自動過 電分相裝置的控制系統(tǒng)采用可編程控制器PLC或工控計(jì)算機(jī)COM控制系統(tǒng)。
[0007] 上電時(shí)，開關(guān)K2處開斷狀態(tài)，電容C經(jīng)電阻R1充電，充滿后開關(guān)K2閉合。當(dāng)中性 線上有過電壓產(chǎn)生時(shí)，變壓器TK副邊電壓同時(shí)上升、整流橋輸出電壓上升、儲能電容C被充 電，因電容量很大，因此電壓的上升受到限制。當(dāng)過電壓能量較大使電容器C的電壓達(dá)到一 定高度時(shí)，快速放電絕緣柵晶體管IGBT被觸發(fā)導(dǎo)通，快放電阻R3加入放電，阻止過電壓的 過度升高。放電電阻R2的作用是停電后使儲能電容C的電壓回零。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1是一種地面儲能式過電分相裝置的主電路圖。
[0009] 圖2是采用了由電力電子器件IGCT替換絕緣柵晶體管IGBT、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)COM 替換可編程控制器PLC構(gòu)成的一種儲能式過電壓分相裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 采用電容儲能技術(shù)的一種新的自動過電分相裝置主電路圖如圖1所示：一種儲能 式自動過電分相裝置，包括開關(guān)K1、變壓器TK、整流橋DK、儲能電容C ;還包括開關(guān)K2、充電 電阻R1、驅(qū)動模塊CF、快速放電絕緣柵晶體管IGBT、快放電阻R3、放電電阻R2、可編程控制 器PLC;所述開關(guān)K1的一端連接分相區(qū)中性線，另一端接變壓器TK，變壓器（TK)副邊接全 波整流橋DK ;充電電阻R1和開關(guān)K2并聯(lián)后一端接整流橋正端，另一端接儲能電容C ;放電 電阻R2并聯(lián)在儲能電容C的兩端；快速放電絕緣柵晶體管IGBT和快放電阻R3串聯(lián)后并聯(lián) 在儲能電容C的兩端，驅(qū)動模塊CF接在絕緣柵晶體管IGBT的控制極。所述電容儲能式自 動過分相裝置的控制系統(tǒng)采用可編程序控制器PLC或工控計(jì)算機(jī)COM控制系統(tǒng)。如果地面 站總控系統(tǒng)有余地，則該部份的控制也可由地面站總控系統(tǒng)來執(zhí)行。
[0011] 機(jī)車在分相區(qū)前正常運(yùn)行時(shí)，車載主牽引變壓器經(jīng)隔離開關(guān)和主斷路器由接觸網(wǎng) A供電，中性線上因 A、B接觸網(wǎng)的感應(yīng)而存在一定電壓，儲能電容亦被充有一定的電壓；當(dāng) 列車接近電分相區(qū)時(shí)總控系統(tǒng)收到地面?zhèn)鞲衅餍盘?，總控系統(tǒng)首先經(jīng)一個(gè)開關(guān)給中性線送 A相電，這時(shí)會產(chǎn)生暫態(tài)過程，而變壓器TK立即經(jīng)整流電路給電容C充電，由于儲能電容C 的存在，故不會產(chǎn)生什么擾動，；當(dāng)受電弓逐漸靠近中性線時(shí)，因中性線與A接觸網(wǎng)共電源故 不會有弧光產(chǎn)生，即不會產(chǎn)生過電壓；當(dāng)列車進(jìn)入中性線區(qū)時(shí)，要斷開A相電源后接入B相 電源，此時(shí)由于中性線上有殘壓存在故會在中性線上產(chǎn)生瞬間過電壓，變壓器次級電壓亦 立即跟隨上升且儲能電容C立即被充電，使中性線電壓不會上升太高，過電壓得到抑制。
[0012] 圖2為采用工控計(jì)算機(jī)COM控制系統(tǒng)，其控制方法與上述相同；電力電子器件采用 全控器件IGCT實(shí)施PWM控制。
[0013] 上述描述的只是該發(fā)明的二種【具體實(shí)施方式】，舉例說明不對發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成 限制，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后對前述的【具體實(shí)施方式】所做的修改 或變型，都不背離發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍
【權(quán)利要求】
1. 一種新型地面儲能式自動過電分相裝置，包括開關(guān)（K1)、變壓器（TK)、整流橋（DK)、 儲能電容（C);還包括開關(guān)（K2)、充電電阻（R1)、驅(qū)動模塊（CF)、快速放電絕緣柵晶體管 (IGBT)、快放電阻（R3)、放電電阻（R2)、可編程控制器（PLC);所述開關(guān)（K1)的一端連接分 相區(qū)中性線，另一端接變壓器（TK)，變壓器（TK)副邊接全波整流橋（DK);充電電阻（R1)和 開關(guān)（K2)并聯(lián)后一端接整流橋正端，另一端接儲能電容（C);放電電阻（R2)并聯(lián)在儲能電 容（C)的兩端；快速放電絕緣柵晶體管（IGBT)和快放電阻（R3)串聯(lián)后并聯(lián)在儲能電容（C) 的兩端，驅(qū)動模塊（CF)接在整流橋正端和絕緣柵晶體管（IGBT)的控制極之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面儲能式自動過電分相裝置，其特征在于控制系統(tǒng)采用可 編程控制器（PLC)或工控計(jì)算機(jī)（COM)控制系統(tǒng)，如果地面站總控系統(tǒng)有余地，則控制部份 也可由地面站總控系統(tǒng)來執(zhí)行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面儲能式自動過電分相裝置，其特征在于當(dāng)電力電子器件 采用全控器件（IGCT)時(shí)，可以得到大電流全控調(diào)節(jié)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面儲能式自動過電分相裝置，其特征在于當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)過電 壓時(shí)，儲能電容（C)限制了過電壓和諧波，快速放電絕緣柵晶體管（IGBT)和快放電阻（R3) 阻止了電壓過度升高。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面儲能式自動過電分相裝置，其特征在于結(jié)合電力機(jī)車的 具體電路本裝置也可用于車載式過電分相。
【文檔編號】B60M3/04GK104057843SQ201410277675
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】潘家忠, 潘宇峰, 謝思明 申請人:哈爾濱帕特爾科技股份有限公司