电气化铁路的模式切换系统及其模式切换方法转让专利
申请号 : CN202010423893.6
文献号 : CN111697598B
文献日 : 2021-12-17
发明人 : 吴传平 , 熊蔚立 , 刘毓 , 孙易成
申请人 : 国网湖南省电力有限公司 , 国网湖南省电力有限公司防灾减灾中心 , 国家电网有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种电气化铁路的模式切换系统,其特征在于,包括:牵引交流变压器,用于将公用高压电网的三相高压交流电降压至设定三相高压交流电;
交流/直流变换器,与所述牵引交流变压器连接,用于将设定三相高压交流电变换为高压直流电;
第一切换开关、牵引供电电路和融冰电路,所述交流/直流变换器分别与所述牵引供电电路和所述融冰电路连接,所述第一切换开关用于控制所述高压直流电流经所述牵引供电电路以控制所述模式切换系统进入牵引供电模式,或者控制所述高压直流电流经所述融冰电路以控制所述模式切换系统进入直流融冰模式;
所述交流/直流变换器的直流侧输出端正极与牵引供电导线连接,所述牵引供电导线通过所述第一切换开关与所述牵引供电电路的输入端正极连接;所述交流/直流变换器的直流侧输出端负极与铁轨连接,所述铁轨与所述牵引供电电路的输入端负极连接;
所述融冰电路包括融冰短接导线,所述融冰短接导线的两端分别连接牵引供电导线和铁轨。
2.根据权利要求1所述的电气化铁路的模式切换系统,其特征在于,所述牵引交流变压器的原边与所述公用高压电网连接,所述交流/直流变换器的三相输入端与所述牵引交流变压器的副边连接。
3.根据权利要求1所述的电气化铁路的模式切换系统,其特征在于,所述牵引供电电路包括降压变换器和直流/交流逆变器。
4.根据权利要求3所述的电气化铁路的模式切换系统,其特征在于,所述降压变换器的输入端正极作为所述牵引供电电路的输入端正极,所述降压变换器的输入端负极作为所述牵引供电电路的输入端负极,所述降压变换器与所述直流/交流逆变器连接,所述直流/交流逆变器与电力机车的电机连接,所述降压变换器为直流/直流变换器。
5.根据权利要求3所述的电气化铁路的模式切换系统,其特征在于,所述直流/交流逆变器的输入端正极作为所述牵引供电电路的输入端正极,所述直流/交流逆变器的输入端负极作为所述牵引供电电路的输入端负极,所述直流/交流逆变器与所述降压变换器连接,所述降压变换器与电力机车的电机连接,所述降压变换器为交流/交流变换器。
6.根据权利要求1所述的电气化铁路的模式切换系统,其特征在于,所述融冰短接导线中串联有第二切换开关。
7.根据权利要求1所述的电气化铁路的模式切换系统,其特征在于,所述交流/直流变换器包括IGBT全控整流器。
8.一种电气化铁路的模式切换方法,其特征在于,用于控制如权利要求1‑7任一项所述的电气化铁路的模式切换系统,所述模式切换方法包括:控制所述第一切换开关闭合,所述高压直流电流经所述牵引供电电路以控制所述模式切换系统进入牵引供电模式;
控制所述第一切换开关断开,所述高压直流电流经所述融冰电路以控制所述模式切换系统进入直流融冰模式。
说明书 :
电气化铁路的模式切换系统及其模式切换方法
技术领域
背景技术
存在不平衡、谐波、无功等电能质量问题,而不平衡问题引起的负序电流会造成变压器容量
大量闲置,容量得不到有效利用。
构或者静止无功补偿装置等,但这些补偿装置存在所需容量大以及成本较高的问题。另外,
为了缓解电气化铁路机车负荷所带来的不平衡问题,轮换相序接入方法在牵引供电系统普
遍采用,但当机车通过电分相中性段时,必然要经历一个从有电到无电再到有电的过程,带
来过电压及过电流的问题,严重影响高速或者重载列车运行的安全性和可靠性。
的安全运行。因此,电气化铁路的电能质量、过分相问题和覆冰问题成为制约电气化铁路安
全运行和发展的瓶颈。
发明内容
在的不平衡和过分相的问题,利用转换后的高压直流电可融化牵引导线上的覆冰,避免倒
塔断线,保证了牵引供电网的安全。
供电电路以控制所述模式切换系统进入牵引供电模式,或者控制所述高压直流电流经所述
融冰电路以控制所述模式切换系统进入直流融冰模式。
直流/交流逆变器连接,所述直流/交流逆变器与电力机车的电机连接,所述降压变换器为
直流/直流变换器。
交流逆变器与所述降压变换器连接,所述降压变换器与电力机车的电机连接,所述降压变
换器为交流/交流变换器。
变换器将公用高压电网的三相高压交流电转换为高压直流电,实现了为牵引供电电路提供
直流电,消除了传统电气化铁路交流牵引供电系统存在的不平衡和过分相的问题。同时,通
过第一切换开关控制模式切换系统工作于直流融冰模式时,利用牵引交流变压器和交流/
直流变换器将公用高压电网的三相高压交流电转换为高压直流电,在牵引导线覆冰时,利
用转换后的高压直流电可融化牵引导线上的覆冰,避免倒塔断线,保证了牵引供电网的安
全。
附图说明
言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
以相互组合。
例,而不是全部的实施例。
关51、牵引供电电路10和融冰电路20,交流/直流变换器2与牵引交流变压器1连接,交流/直
流变换器2分别与牵引供电电路10和融冰电路20连接。
用于控制该高压直流电流经牵引供电电路10以控制模式切换系统进入牵引供电模式,或者
控制高压直流电流经融冰电路20以控制模式切换系统进入直流融冰模式。
在直流融冰模式。通过对第一切换开关51的控制,可以使得电气化铁路的模式切换系统切
换至牵引供电模式或者切换至直流融冰模式。
直流变换器2将牵引交流变压器1降压后的设定三相高压交流电转换为高压直流电,通过控
制第一切换开关51,可以控制该高压直流电流经牵引供电电路10,进而控制电气化铁路的
模式切换系统进入牵引供电模式,该高压直流电给电力机车的电机M供电;通过控制第一切
换开关51,也可以控制该高压直流电流经融冰电路20,进而控制电气化铁路的模式切换系
统进入直流融冰模式,该高压直流电提供直流融冰所需的直流电。
用单相变压器就可以实现单相供电,但是由于单相负荷在电力系统中会引起负序电流,当
使用交流电向牵引供电网供电时,就会导致严重的三相不平衡问题,而三相不平衡问题引
起的负序电流又会造成变压器容量大量闲置,容量得不到有效的利用。本公开实施例利用
牵引交流变压器1和交流/直流变换器2将公用高压电网的三相高压交流电转换为三相的高
压直流电,转换后的三相均带电,牵引供电电路10可以从三相取电,进而从本质上解决了使
用交流电向牵引供电网供电存在的三相不平衡的问题,避免了三相不平衡问题引起的负序
电流造成变压器容量大量闲置,容量得不到有效利用的问题。
绝缘,中间的绝缘段即为过分相。当机车通过电分相中性段时,必然要经历一个从有电到无
电再到有电的过程,导致电冲击,带来过电压及过电流的问题,严重影响高速或者重载列车
运行的安全性和可靠性。本公开实施例利用牵引交流变压器1和交流/直流变换2器将公用
高压电网的三相高压交流电转换为高压直流电,并利用该高压直流电向牵引供电电路10供
电,即整个铁轨上均为直流电,无需装设过分相装置,解决了交流供电导致的过分相问题,
避免了过电压及过电流的出现,提高了高速或者重载列车运行的安全性和可靠性。
冰能力,在电网覆冰严重的情况下使用直流融冰模式,消除倒了塔断线的安全隐患。同时直
流供电降低了线路的损耗,结构简单,交流/直流变换器2自身具有电能质量补偿功能,无须
装设大功率高成本的电能质量补偿装置,为综合解决电气化铁路不平衡等电能质量和牵引
导线覆冰问题提供了一种新的综合有效的解决方案。
流变压器1的副边连接,即图1中交流/直流变换器2左侧的三相输入端与牵引交流变压器1
右侧的副边连接。通过设置牵引交流变压器1的原边线圈与副边线圈的匝数的比值,实现牵
引交流变压器1将公用高压电网的三相高压交流电降压至适合交流/直流变换器2的交流高
电压。
流/直流变换器2的直流侧输出端负极与铁轨4连接,铁轨4与牵引供电电路10的输入端负极
连接。具体地,第一切换开关51串联于牵引供电导线3与牵引供电电路10的输入端正极之
间,牵引供电导线3和铁轨4为电能传输提供途径,铁轨4接入地信号,第一切换开关51控制
机车电源的通断。在牵引供电模式时,第一切换开关51为闭合状态,使得交流/直流变换器2
转换得到的高压直流电流经牵引供电电路10;在直流融冰模式时,第一切换开关51为断开
状态,使得交流/直流变换器2转换得到的高压直流电流经融冰电路20。
变器8,降压变换器的输入端正极作为牵引供电电路10的输入端正极,降压变换器的输入端
负极作为牵引供电电路10的输入端负极,降压变换器与直流/交流逆变器8连接,直流/交流
逆变器8与电力机车的电机M连接,降压变换器为直流/直流变换器6,即直流/直流变换器6
的输入端正极作为牵引供电电路10的输入端正极,直流/直流变换器6的输入端负极作为牵
引供电电路10的输入端负极,直流/直流变换器6与直流/交流逆变器8连接。
6的作用是对牵引供电导线3上的高压直流电进行降压,即对交流/直流变换器2输出的高压
直流电进行降压,以为机车的直流/交流逆变器8提供合适的直流电压,机车的直流/交流逆
变器8将降压后的直流电逆变为交流电,给电力机车的电机M供电。
逆变器8,与图2所示结构的模式切换系统不同的是,图3所示结构的模式切换系统设置直
流/交流逆变器8的输入端正极作为牵引供电电路10的输入端正极,直流/交流逆变器8的输
入端负极作为牵引供电电路10的输入端负极,直流/交流逆变器8与降压变换器连接,降压
变换器与电力机车的电机M连接,降压变换器为交流/交流变换器7,即直流/交流逆变器8与
交流/交流变换器7连接,交流/交流变换器7与电力机车的电机M连接。
上的高压直流电逆变为交流电,即将交流/直流变换器2输出的高压直流电逆变为交流电,
机车的交流/交流变换器7对直流/交流逆变器8输出的交流电进行降压,以为电力机车的电
机M提供合适的交流电。
用直流融冰模式,消除倒了塔断线的安全隐患。同时直流供电降低了线路的损耗,结构简
单,交流/直流变换器2自身具有电能质量补偿功能,无须装设大功率高成本的电能质量补
偿装置,为综合解决电气化铁路不平衡等电能质量和牵引导线覆冰问题提供了一种新的综
合有效的解决方案。
的两端分别连接牵引供电导线3和铁轨4,例如可以在模式切换系统处于牵引供电模式时,
确保牵引供电导线3与铁轨4之间断开连接;当模式切换系统进入直流融冰模式时,可以将
融冰短接导线9连接在牵引供电导线3与铁轨4之间。
列车的安全运行。目前在牵引供电网线路融冰方面,主要使用基于晶闸管、多电平结构的补
偿装置,但是这些补偿装置的补偿容量需求较高,造价也较高。
压器1外接的公用高压电网的电源为10kV或35kV,第一切换开关51此时为断开状态,牵引供
电导线3和铁轨4通过融冰短接导线9连接,外接电源经牵引交流变压器1、交流/直流变换器
2向牵引供电导线3输出融冰所需的直流电流,使牵引供电导线3发热,融化牵引供电导线3
上的覆冰。这样使得模式切换系统具有直流融冰能力,在电网覆冰严重的情况下使用直流
融冰模式,能够有效消除倒塔断线的安全隐患,且融冰结构简单,避免了使用补偿容量需求
高,造价高的补偿装置。
模式切换系统处于牵引供电模式时,控制第一切换开关51闭合,第二切换开关52断开,使得
交流/直流变换器2输出的高压直流电经牵引供电电路10;当模式切换系统处于直流融冰模
式时,控制第一切换开关51断开,第二切换开关52闭合,使得交流/直流变换器2输出的高压
直流电流经融冰电路20,且通过融冰短接导线9进行直流融冰。这样,第二切换开关52的设
置使得无需人工拆卸融冰短接导线9。
不平衡的问题,还存在谐波和无功的电能质量问题,不平衡引起的负序电流,以及谐波和无
功等电能质量问题注入上级公共电网,会给公网的稳定运行带来影响,也会对电气化铁路
牵引网自身的可靠供电带来严重隐患。本公开实施例设置交流/直流变换器2包括IGBT全控
整流器,相对于晶闸管、二极管等半控型整流器只能调压,不能补偿,IGBT全控整流器能够
同时实现补偿和调压功能,进而实现对谐波和无功的补偿,避免了谐波和无功等电能质量
问题注入上级公共电网,给公网的稳定运行带来影响,对电气化铁路牵引网自身的可靠供
电带来严重隐患的问题。
0.8kV到1.6kV。
气化铁路的牵引供电模式和直流融冰模式进行切换的应用场景,可以用于控制如上述公开
实施例的电气化铁路的模式切换系统。如图6所示,电气化铁路的模式切换方法包括:
冰时,系统工作在直流融冰模式。控制第一切换开关51闭合,交流/直流变换器2输出的高压
直流电流经牵引供电电路10以控制模式切换系统进入牵引供电模式,本公开实施例利用牵
引交流变压器1和交流/直流变换器2将公用高压电网的三相高压交流电转换为三相的高压
直流电,转换后的三相均带电,牵引供电电路10可以从三相取电,进而从本质上解决了使用
交流电向牵引供电网供电存在的三相不平衡的问题,避免了三相不平衡问题引起的负序电
流造成变压器容量大量闲置,容量得不到有效利用的问题。
个铁轨上均为直流电,无需装设过分相装置,解决了交流供电导致的过分相问题,避免了过
电压及过电流的出现,提高了高速或者重载列车运行的安全性和可靠性。
电导线3与铁轨4之间断开连接;当模式切换系统进入直流融冰模式时,可以将融冰短接导
线9连接在牵引供电导线3与铁轨4之间。
源经牵引交流变压器1、交流/直流变换器2向牵引供电导线3输出融冰所需的直流电流,使
牵引供电导线3发热,融化牵引供电导线3上的覆冰。这样使得模式切换系统具有直流融冰
能力,在电网覆冰严重的情况下使用直流融冰模式,能够有效消除倒塔断线的安全隐患,且
融冰结构简单,避免了使用补偿容量需求高,造价高的补偿装置。
间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在
涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些
要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设
备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除
在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本公开将不会
被限制于本文的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的
范围。