專利名稱:用于直流電氣鐵路的供電設(shè)備的制作方法
本發(fā)明一般涉及一種用于直流(dc)電氣鐵路的供電設(shè)備，并特別涉及作為一種供電源在向電氣車供電以前用供電設(shè)備將交流電(ac)轉(zhuǎn)換成直流電(dc)的供電設(shè)備。
通常，沿鐵路軌道以適當(dāng)間隔安裝多個(gè)直流變電站。在這些直流變電站中，安裝了一臺(tái)或多臺(tái)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器的直流電源輸出端通過每個(gè)半導(dǎo)體斷路器與每輛電氣車的供電線相連接，轉(zhuǎn)換器的交流電源輸入端通常直接與動(dòng)力母線相連接。換句話說，具有電力整流器和高速直流斷路器的多個(gè)供電線路在變電站間被并聯(lián)連接，這樣可構(gòu)成一個(gè)直流供電設(shè)備。
另一方面，電氣車供電線被分成多段，上述每一段電氣車供電線通過提供用于電氣車供電線的高速斷路器與一個(gè)正極母線連接，而電氣車軌道與每個(gè)變電站的負(fù)極母線連接。
在先有技術(shù)中，用于直流鐵路的供電設(shè)備使用了半導(dǎo)體斷路器，然而，其存在著如下所述的缺點(diǎn)(1)當(dāng)要求打開直流斷路開關(guān)時(shí)，一個(gè)電力斷路器和一個(gè)再生斷路器(regenerative breaker)都應(yīng)被打開。在這些條件下，當(dāng)電氣車經(jīng)過不通電區(qū)段時(shí)由于在不通電區(qū)段產(chǎn)生了一個(gè)電勢(shì)差，在不通電區(qū)段不可避免地會(huì)產(chǎn)生電弧，這樣便會(huì)發(fā)生事故。(2)此外，當(dāng)再生斷路器被打開時(shí)，如果一列再生電氣車開過電氣車供電線，則在目前打開的直流斷路開關(guān)無直接關(guān)系的另一段不通電區(qū)段將產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差。(3)在一個(gè)動(dòng)力/再生母線的事故的情況中，電力整流器和再生斷路器應(yīng)都被打開。在這些條件下，如果要求從附近的變電站供給附加的供電電流由再生斷路器中斷的話，有必要增加再生斷路器的中斷能力。否則，用于供應(yīng)附加電力的附近的變電站也將被迫停電，因而導(dǎo)致了在很長(zhǎng)的列車軌道上的范圍很廣的停電。
在詳細(xì)闡述最佳實(shí)施例時(shí)，將參照附圖對(duì)用于直流電氣鐵路的供電設(shè)備的先有技術(shù)作更詳細(xì)的描述。
帶著這些問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于直流電氣鐵路的供電設(shè)備，用該設(shè)備可用一臺(tái)半導(dǎo)體斷路器中斷動(dòng)力電流和再生電流而在其它不通電區(qū)段不產(chǎn)生電勢(shì)差，且也不增加用于中斷流經(jīng)電氣車供電線的再生電流和附加供電電流的再生斷路器的中斷能力。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的用于直流鐵路列車的供電設(shè)備包括(a)一個(gè)在動(dòng)力操作中用于把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的電力整流器;(b)一個(gè)在再生操作中用于把直流電源轉(zhuǎn)換成交流電源的電源轉(zhuǎn)換器;(c)一個(gè)連接于電力整流器的輸出端與電力轉(zhuǎn)換器的輸入端之間的制動(dòng)二極管;(d)一第一對(duì)陰極互連的二極管，第一對(duì)二極管連接于電力整流器的輸出端和至少一條電氣車供電線之間;(e)一第二對(duì)陰極互連的二極管，第二對(duì)二極管連接于電源轉(zhuǎn)換器的輸入端和至少一條電氣車供電線之間;和(f)一個(gè)連接于第一對(duì)二極管陰極的第一公共連接點(diǎn)與第二對(duì)二極管的陰極的第二公共連接點(diǎn)之間的斷路器，用于同時(shí)控制由電力整流器提供給電氣車供電線的動(dòng)力電源和由電氣車供電線提供給電源轉(zhuǎn)換器的再生電流的開通或斷開。
斷路器為一種閘門關(guān)斷(GTO)可控硅，該可控硅的陽(yáng)極連接于第一公共連接點(diǎn)，陰極連接于第二公共連接點(diǎn)。通常，四組第一對(duì)二極管和第二對(duì)二極管和斷路器被連接在電源整流器的輸出端和電源轉(zhuǎn)換器的輸入端和四條電氣車供電線之間，上述四條供電線，例如第一條供電線;與第一條供電線并行的第二條供電線;第三條供電線沿著第一條供電線，但介于二者間有一段不通電區(qū)段;第四條供電線沿著第二條供電線，但介于二者間有另一段不通電區(qū)段。
在根據(jù)本發(fā)明的供電設(shè)備中，由于動(dòng)力電流和再生電流以相同的方向流經(jīng)半導(dǎo)體斷路器，可以同時(shí)斷開斷路而切斷動(dòng)力和再生電流。因此，當(dāng)斷路器被打開后，由于再生電流也能被切斷，如果再生電氣車運(yùn)行在電氣車供電線上，用于只中斷再生電流的斷路器可以被省除，進(jìn)而也可以安全地打開斷路開關(guān)。一旦一個(gè)斷路開關(guān)被打開，在相應(yīng)的不通電區(qū)段將產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差。然而，由于其它的斷路器和其它的斷路開關(guān)保持閉合，再生電流重新再接通至再生母線，而在其它不通電區(qū)段不產(chǎn)生電勢(shì)差。
進(jìn)而，即使在動(dòng)力/再生母線事故的情況下，由于有可能有效地切斷通過電氣車供電線從附近變電站來的再生電流和附加電力電流，而不使用具有很大的中斷能力的再生斷路器，還有可能中斷只是相應(yīng)變電站的電力，而不把停電的影響施加在其它附近的變電站上。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)于先有技術(shù)的用于直流鐵路列車的供電設(shè)備的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將通過對(duì)與本發(fā)明的最佳實(shí)施例有關(guān)的附圖進(jìn)行的描述而顯得更加明顯，圖中類似的參考號(hào)標(biāo)明了同樣的或類似的元件或部份，其中圖1是一個(gè)用于直流電氣鐵路的先有技術(shù)的供電設(shè)備的方框圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于直流電氣鐵路的供電設(shè)備的方框圖。
為了便于對(duì)本發(fā)明的理解，將對(duì)用于直流電氣鐵路的先有技術(shù)的供電設(shè)備參照附圖作一簡(jiǎn)單的描述。
在圖1中，參考號(hào)1標(biāo)明了一個(gè)直流變電站，參考號(hào)2標(biāo)明了由功率可控硅組成的用于把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的電力整流器;參考號(hào)3標(biāo)明了也是由功率可控硅組成的用于把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電源轉(zhuǎn)換器;參考號(hào)4標(biāo)明了動(dòng)力母線;參考號(hào)5a至5d標(biāo)明了功率GTO可控硅(稱作電力斷路器);參考號(hào)6a至6d標(biāo)明了再生制動(dòng)二極管。6a至6d這些兩極管的陰極都通過再生可控硅電路斷路器7(稱作再生斷路器)連接到同電源轉(zhuǎn)換器3相連接的再生母線8。進(jìn)而，參考號(hào)9標(biāo)明了連接在動(dòng)力母線4和再生母線8之間的一個(gè)制動(dòng)二極管;參考號(hào)10a至10d標(biāo)明了直流切斷開關(guān);參考號(hào)11a和11b標(biāo)明了第一和第三條電氣車供電線;參考號(hào)14a和14b標(biāo)明了第二和第四條電氣車供電線。第一和第三條電氣車供電線11a和11b由第一不通電區(qū)段12a互相分開，第二和第四條電氣車供電線14a和14b由第二不通電區(qū)段12b互相分開(不通電區(qū)無電流通過的區(qū)域)。
在圖1中，為了向電氣車供電，通過一個(gè)交流電路斷路器(未畫出)從一工頻三相的交流輸電線獲得的一個(gè)三相的交流電壓通過安置在變電站內(nèi)的一臺(tái)變壓器使其電壓降低至一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷?，通過電力整流器2把其轉(zhuǎn)換成直流電，然后通過每一根第一、第二、第三和第四條電氣車供電線11a、11b和14a、14b向電氣車供電。
當(dāng)一輛電氣車處于再生操作時(shí)，再生電力從四條電氣車供電線11a、11b和14a、14b通過四個(gè)再生制動(dòng)二極管6a至6d和再生電路斷路器7回收至再生母線8上。母線8的再生電力通過制動(dòng)二極管9回收至在電氣車供電線上的動(dòng)力電氣車上或通過電源轉(zhuǎn)換器3回收至三相交流輸電線。
上述用于直流電氣鐵路的先有技術(shù)的供電設(shè)備存在下列各種問題(1)在用于維護(hù)只是要求直流切斷開關(guān)10a處于打開的情況下，例如，該切斷開關(guān)10a在動(dòng)力斷路器5a為了安全起見而被斷開后應(yīng)被打開。進(jìn)而，當(dāng)處于再生斷開操作的電氣車通過第一電氣車供電線11a時(shí)，再生斷路器7在打開直流斷路開關(guān)10a之前應(yīng)被斷開。如上所述，為了打開直流切斷開關(guān)10a，再生斷路器7被斷開，這樣在第一不通電區(qū)段12a產(chǎn)生了一個(gè)電勢(shì)差。因此，萬一當(dāng)電勢(shì)差產(chǎn)生時(shí)一列電氣車通過第一不通電區(qū)段12a，在第一不通電區(qū)將產(chǎn)生電弧因而可能引起事故。
(2)除了在第一不通電區(qū)段12a上產(chǎn)生電勢(shì)差，問題還在于當(dāng)再生電氣車通過任一條電氣車供電線14a和14b時(shí)在第二不通電區(qū)段12b上將產(chǎn)生另一個(gè)電勢(shì)差，而該第二不通電區(qū)段12b不直接涉及打開的直流切斷開關(guān)10a，因?yàn)樵偕鷶嗦菲?被保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。
(3)一旦動(dòng)力母線4或再生母線8出了問題，電力整流器2的可控硅的閘門也都關(guān)閉，同時(shí)再生斷路器7也斷開。在這些條件下，由于再生電流和附加電力電流(當(dāng)電氣車通過不通電區(qū)段時(shí)從附近的變電站供給的)都將由再生斷路器7切斷，斷路器7的電流中斷能力要大于動(dòng)力斷路器5a至5d的電流中斷能力。這是因?yàn)槿绻偕鷶嗦菲?的中斷能力太小的話，將存在另外的問題，其在于所有的用于提供附加電力電流的附近的變電站將停電，從而所有的在這些附近的變電站內(nèi)的電氣車將處于停頓狀整。
(4)動(dòng)力斷路器和再生斷路器的特點(diǎn)和目的互相之間是完全不同的。因此，這就存在另一問題，即供電設(shè)備的控制裝置在先有技術(shù)設(shè)備中其結(jié)構(gòu)和操作是十分復(fù)雜的。
從以上的描述來看，根據(jù)本發(fā)明的直流電氣鐵路的供電設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例是應(yīng)用在雙軌鐵路上的。
在圖2中，對(duì)于具有如同在圖1中描述過的先有技術(shù)設(shè)備同樣功能的類似的部份保留了相同的說明，沒必要對(duì)他們?cè)僮髟敿?xì)的描述。
與圖1中的先有技術(shù)設(shè)備不同，在圖2中，第一組四對(duì)二極管23a、23b、23c和23d連接于動(dòng)力母線4和四個(gè)直流切斷開關(guān)10a、10b、10c和10d之間。進(jìn)而，第二組四對(duì)二極管26a、26b、26c和26d連接于再生母線8和四個(gè)直流切斷開關(guān)10a、10b、10c和10d之間。這些第一組四對(duì)二極管中的每一個(gè)對(duì)23a、23b、23c和24d分別由兩個(gè)二極管21a和22a，或21b和22b或21c和22c或21d和22d組成，他們的陰極互相連接在一起。這些第二組的四對(duì)二極管中的每一對(duì)26a、26b、26c或26d分別由兩個(gè)二極管24a和25a或24b和25b或24c和25c或24d和25d組成，他們的陽(yáng)極互相連接在一起。進(jìn)而，四個(gè)GTO可控硅斷路器29a、29b、29c和29d分別地連接于第一對(duì)二極管23a、23b、23c或23d和第二對(duì)二極管26a、26b、26c或26d之間。更詳細(xì)地說，GTO可控硅斷路器29a的陽(yáng)極連接于第一對(duì)二極管23a的公共連接點(diǎn)27a，其陰極連接于第二對(duì)二極管26a的公共連接點(diǎn)28a。GTO可控硅斷路器29b的陽(yáng)極連接于第一對(duì)二極管23b的公共連接點(diǎn)27b，其陰極連接于第二對(duì)二極管26b的公共連接點(diǎn)28b。GTO可控硅斷路器29c的陽(yáng)極連接于第一對(duì)二極管23c的公共連接點(diǎn)27c，其陰極連接于第二對(duì)二極管26c的公共連接點(diǎn)28c。GTO可控硅斷路器29d的陽(yáng)極連接于第一對(duì)二極管23d的公共連接點(diǎn)29d，其陰極連接于第二對(duì)二極管26d的公共連接點(diǎn)28d。
如圖2所示的供電設(shè)備的操作將在下面作描述。
(1)在正常條件下通常，四個(gè)GTO可控硅斷路器(稱作GTOs)29a、29b、29c和29d保持閉合。因此，來自電力整流器2的動(dòng)力電流通過二極管21a、21b、21c或21d，GTO可控硅29a、29b、29c或29d，二極管25a、25b、25c或25d，和直流斷路開關(guān)10a、10b、10c或10d供應(yīng)給第一、第二、第三和第四條電氣車供電線11a、11b、14a和14b。
進(jìn)而，從第一、第二、第三和第四條電氣車供電線11a、11b或14b供應(yīng)的再生電流通過直流切斷開關(guān)10a、10b、10c或10d，二極管22a、22b、22c或22d，GTO可控硅29a、29b、29c或29d和二極管24a、24b、24c或24d回收至再生母線8中。
如上所述，由于動(dòng)力電流和再生電流流經(jīng)每一個(gè)GTO可控硅29a、29b、29c或29d，可同時(shí)只關(guān)閉GTO可控硅29a、29b、29c和29d來切斷動(dòng)力和再生電流。
(2)當(dāng)直流切斷開關(guān)10a被要求打開時(shí);
一旦GTO可控硅29a被關(guān)斷，甚至如果再生電氣車經(jīng)過第一條電氣車供電線11a，有可能切斷再生電流。因此，有可能在只關(guān)閉GTO可控硅29a之后打開直流切斷開關(guān)10a。
當(dāng)只有直流切斷開關(guān)10a被打開時(shí)，盡管在第一不通電區(qū)段12a不可避免地產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，由于其它的GTO可控硅29b和29c和其它的直流切斷開關(guān)10b和10c都將保持閉合或開通，由經(jīng)過第二和第四條電氣車供電線14a和14b的再生電氣車產(chǎn)生的再生電流回收至再生母線8中，這樣在第二不通電區(qū)段12b沒有電勢(shì)差產(chǎn)生。因此，可以提高行車操作中的可靠性。
(3)當(dāng)動(dòng)力和再生母線4和8出現(xiàn)問題時(shí);
電力整流器2的輸出電力下降，與此同時(shí)GTO可控硅29a、29b、29c和29d都自動(dòng)關(guān)斷。因此，就可以只中斷相應(yīng)變電站的電力，修理出故障的母線，而不把停電影響波及其它附近的變電站。
在這種情況中，從附近變電站供應(yīng)的再生電流和附加電力電流能由普通的GTO可控硅斷路器29a、29b、29c和29d分別地中斷而不使用高成本的具有很大中斷能力的GTO可控硅斷路器。
進(jìn)而，GTO可控硅斷路器29a、29b、29c和29d的數(shù)目與電氣車供電線11a、11b、14a和14b的條數(shù)相同，進(jìn)而供電設(shè)備在操作和維護(hù)時(shí)很容易控制和操縱。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的供電設(shè)備中，由于多組第一對(duì)二極管、第二對(duì)二極管和一個(gè)斷路器連接于電力整流器、電源轉(zhuǎn)換器和電氣車供電線之間，有可能為維修而打開直流切斷開關(guān)之前只關(guān)斷斷路器而同時(shí)切斷動(dòng)力電流和再生電流。
因此，當(dāng)再生由力被產(chǎn)生時(shí)，即使一個(gè)直流開關(guān)是在相應(yīng)的GTO可控硅斷路器被關(guān)斷后才打開的，由于其它的GTO可控硅斷路器和其它斷路開關(guān)都處于開通狀態(tài)，可有效地防止在其它不通電區(qū)段由于兩條供電線間的電位差而產(chǎn)生的電弧。
進(jìn)而，在動(dòng)力/再生母線事故的情況中，用于再生電流的斷路器沒有特別要求，進(jìn)而，可有效地由具有相對(duì)較小中斷能力的GTO可控硅斷路器切斷從電氣車供電線流出的再生電流和附加電力電流而不使供應(yīng)附加電力電流的附近的變電站停電。
由于斷路器(GTO可控硅)的數(shù)目與電氣車供電線的條數(shù)相同，只數(shù)少了同時(shí)也經(jīng)濟(jì)了。此外，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的部件是統(tǒng)一的且容易操作便于維護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種用于把直流電供給至少一個(gè)第一電氣車供電線的用于直流電氣鐵路的供電設(shè)備包括(a)一個(gè)用于在動(dòng)力操作中把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的電力整流器(2)；(b)一個(gè)用于在再生操作中把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電源轉(zhuǎn)換器(3)；(c)一個(gè)連接于該電力整流器的一個(gè)輸出端與該電源轉(zhuǎn)換器的一個(gè)輸入端之間的制動(dòng)二極管(9)；(d)第一對(duì)(23a)陰極互相連接在一起的二極管(21a，22a)，該第一對(duì)二極管連接于該電力整流器的輸出端和至少一條電氣車供電線(11a)之間；(e)第二對(duì)(26a)陽(yáng)極互相連接在一起的二極管(24a，25a)，該第二對(duì)二極管連接于該電力轉(zhuǎn)換器的輸入端和至少一條電氣車供電線(11a)之間；(f)一個(gè)斷路器(29a)，該斷路器連接于該第一對(duì)二極管陰極的第一公共連接點(diǎn)(27a)和該第二對(duì)二極管陽(yáng)極的第二公共連接點(diǎn)(28a)之間，用于同時(shí)控制動(dòng)力電流和再生電流的接通和切斷，動(dòng)力電流從該電力整流器提供給電氣車供電線，再生電流從電氣車供電線提供給該電源轉(zhuǎn)換器。
2.如權(quán)利要求
1所述的用于直流電氣鐵路的供電設(shè)備，其中該斷路器是一種閘門關(guān)斷可控硅，它有一個(gè)陰極連接于第一公共連接點(diǎn);一個(gè)陰極連接于第二公共連接點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求
1所述的用于直流電氣鐵路的供電設(shè)備，其中進(jìn)一步包括第二組第一對(duì)二極管，第二對(duì)二極管和斷路器，上述部件均連接于該電力整流器的輸出端、該電源轉(zhuǎn)換器的輸入端和與第一條電氣車供電線(11a)平行的第二條電氣車供電線(14a)之間。
4.如權(quán)利要求
3所述的用于直流電氣鐵路的供電設(shè)備，其中進(jìn)一步包括第三組第一對(duì)二極管，第二對(duì)二極管和斷路器，上述部件連接于該電力整流器的輸出端，該電源轉(zhuǎn)換器的輸入端和與第一電氣車供電線(11a)成一線的第三條電氣車供電線(11b)之間，上述第一和第三電氣車供電線之間介入第一不通電區(qū)段(12a)。
5.如權(quán)利要求
4所述的用于直流電氣鐵路的供電設(shè)備，其中進(jìn)一步包括第四組第一對(duì)二極管，第二對(duì)二極管和斷路器，上述部件連接于該整流器的輸出端，該電源轉(zhuǎn)換器的輸入端和與第二電氣車供電線(14a)成一線的第四電氣車供電線(14b)之間，該第二和第四電氣車供電線之間介入第二不通電區(qū)段(12b)。
專利摘要
四組第一、第二對(duì)二極管和一個(gè)門關(guān)斷可控硅斷路器連接于電力整流器、電源轉(zhuǎn)換器和四條互相平行且用兩個(gè)不通電區(qū)分割的電氣車供電線間?？梢躁P(guān)斷門關(guān)斷可控硅斷路器，切斷動(dòng)力和再生電流。使再生電氣車運(yùn)行在供電線上，也可防止由于兩條供電線間的電勢(shì)差而在其它不通電區(qū)產(chǎn)生電弧。在動(dòng)力/再生母線事故中，由四個(gè)具有較小中斷能力的門關(guān)斷可控硅斷路器切斷供電線的再生和附加電流，使停電影響不波及供應(yīng)附加電流的其它變電站。
文檔編號(hào)B60M3/06GK86104235SQ86104235
公開日1986年12月17日 申請(qǐng)日期1986年6月13日
發(fā)明者能楨治, 權(quán)藤豐美 申請(qǐng)人:株式會(huì)社明電舍導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan