一种新的地面式自动过分相装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种新的地面式电力机车自动过分相装置，属于电力电子【技术领域】。该装置可用于电力机车通过电分相时的自动控制和保护，应用开关变压器技术消除常规过分相时产生的过电压及涌流，减小对机车电气设备及接触网的伤害，延长使用寿命，尤其是在高速动车组情况下更显示出该装置对安全稳定运行的重要作用。
【专利说明】一种新的地面式自动过分相装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新的地面式自动过分相装置，属于电力机车和电力电子【技术领域】，可用于电力机车通过电分相时的控制与保护，以消除常规过分相时产生的过电压及涌流，延长机车电气设备及接触网的使用寿命，尤其是在高速动车组情况下更显示出该装置对安全稳定运行的重要作用。
【背景技术】
[0002]电力机车采用单相供电，为了使电力系统三相平衡，牵引供电系统采用了分段换相的方法，称为电分相或简称分相，每隔20?30公里，在变电所出口处或两变电所之间的分区所设电分相装置。当列车速度为200公里/h时，每6?10分钟要过一次电分相无电区，频度非常高。
[0003]电力机车行驶中要频繁地通过无电区，在采用地面式自动过分相装置时，在通过分相区时机车内主断路器不分闸，而由地面站内设备完成电源切换，每次都会使机车的主变压器产生操作过电压和发生涌流。操作过电压影响变压器寿命，且会发生电弧烧损接触网甚至承力索；而涌流达额定电流的数倍，很大的电动力伤害绕组、易引发保护跳闸，且涌流谐波含量很大，对电网造成严重干扰。
[0004]针对电力机车过电分相存在的问题，人们想了许多办法来解决。国外主要从电分段的硬件结构上来解决，如增加灭弧结构、列车进入中性段前减小电流、断开电流等等，效果并不明显。
[0005]随着我国电气化铁路运营速度的提高，电力机车在通过电分相时多次出现过电压、过电流，给机车和接触网带来严重的损害，严重影响到铁路的稳定运行，成为影响电气化铁路提速的关键问题之一。因此，研究安全、可靠、稳定的自动过电分相方案，是高速铁路发展的迫切要求。研究机车过电分相过电压的机理及其抑制的技术措施具有较高的理论意义和实际价值。
[0006]在国家科委“九五”国家科技攻关计划中，曾下达适用于高速电气化铁道的“自动过分相方案的研究”任务，说明国家对自动过分相技术是非常重视的。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种利用开关变压器技术的地面式自动过分相装置以解决上述问题。开关变压器技术实质上就是把变压器和电力电子器件相结合，构成了一个耐高压、大电流的电力电子开关模块，在电路中使之与机车主电路串联。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。
[0009]一种地面式自动过分相装置，包括隔离开关G2、开关变压器TK、晶闸管SCR、可编程控制器PLC、起控开关K2 ;还包括备用隔离开关Gl ;所述备用隔离开关Gl的一端连接机车主电路，另一端接电源；开关变压器TK原边绕组的上端接一只隔离开关G2，G2的另一端接电源；开关变压器原边绕组的下端接起控开关K2，K2的另一端接于备用隔离开关Gl与机车主电路之间；开关变压器付边每单绕组的两端之间接有两只正反并联的晶闸管SCR，晶闸管SCR由可编程控制器PLC控制。
[0010]所述地面式自动过分相装置的控制系统采用可编程序控制器PLC或工控计算机COM控制系统。
[0011]当需要给机车主电路上电时，我们首先以很低的电压(接近于零)加到主变原绕组上，再逐渐加大电压，则可以最大限度地限制涌流的产生；当需要机车主电路断电时，我们首先把k降低到很小(接近于O)时再分闸断路器，则可以最大限度地减少磁场能量，降低截流过电压。
[0012]同时，该装置能控制开关变压器和起控断路器的动作顺序，使起控断路器的合闸电压(或电流)和分闸电压(或电流)都很小(额定电压的百分之五左右或开关变压器的空载电流)，可减小电弧，大大延长起控断路器的寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的描述。
[0014]图1是一种新的地面式自动过电分相装置的主电路图。
[0015]图2是采用了由电力电子器件IGCT替换晶闸管SCR、计算机控制系统COM替换可编程控制器PLC构成的一种新的地面式自动过电分相装置。
【具体实施方式】
[0016]采用开关变压器TK技术的一种新的地面式自动过电分相装置主电路图如图1所示。一种地面式自动过分相装置，包括隔离开关G2、开关变压器TK、晶闸管SCR、可编程控制器PLC、起控开关K2 ;还包括备用隔离开关Gl ;所述备用隔离开关Gl的一端连接机车主电路，另一端接电源；开关变压器TK原边绕组的上端接一只隔离开关G2，G2的另一端接电源；开关变压器原边绕组的下端接起控开关K2，K2的另一端接于备用隔离开关Gl与机车主电路之间；开关变压器付边每单绕组的两端之间接有两只正反并联的晶闸管SCR，晶闸管SCR由可编程控制器PLC控制。
[0017]所述地面式自动过分相装置的控制系统采用可编程序控制器PLC或工控计算机COM控制系统。如果地面站总控系统有余地，则该部份的控制也可由地面站总控系统来执行。
[0018]机车正常运行时，车载主牵引变压器经隔离开关和主断路器由接触网供电。当列车接近电分相区时总控系统收到地面信号，总控系统首先经一个开关A给过渡线U送电，当PLC检测到过渡线U上有电时立即闭合起控断路器K2，开关变压器TK接于过渡线U与中性线之间(隔离开关G2已闭合)，因晶闸管SCR尚未开通，故对中性线无激发作用，不会产生暂态过程。之后PLC立即使SCR逐步开通，中性线电压逐步上升，不会产生涌流也不会产生暂态过程。
[0019]当机车进入分相区中间段时总控系统感知位置信号，立即给PLC发出停电信号，PLC立即停止触发脉冲，SCR电流过零关断，不会产生截流过电压，PLC断开起控开关K2，总控系统断开过渡线U的送电开关A，之后立即闭合另一侧送电开关B，过渡线电压互感器有电，PLC感知电信号时立即闭合起控断路器K2，开关变压器TK接于过渡线U与中性线之间(隔离开关G2已闭合)，因晶闸管SCR尚未开通，故对中性线无激发作用，不会产生暂态过程。之后PLC立即使SCR逐步开通，中性线电压逐步上升，不会产生涌流也不会产生暂态过程，机车由另一侧供电，直至进入另一侧接触网。
[0020]由上述过程可见，起控开关K2合闸与分闸时电流很小不会产生截流过电压，开关触头也不会产生弧光。
[0021 ]图2为合分闸控制采用工控计算机COM控制系统，其控制方法与上述相同；电力电子器件采用全控器件IGCT，实施PWM控制。
[0022]上述描述的只是该发明的二种【具体实施方式】，举例说明不对发明的实质内容构成限制，所属【技术领域】的普通技术人员在阅读了说明书后对前述的【具体实施方式】所做的修改或变形，都不背离发明的实质和范围。
【权利要求】
1.一种新的地面式自动过分相装置，包括开关变压器(TK)、隔离开关(G2)、起控开关(Κ2)、晶闸管(SCR)、可编程序控制器(PLC)，其特征在于，还包括备用隔离开关(Gl);所述备用隔离开关(Gl)的上端接电源，备用隔离开关(Gl)的下端接机车主电路；开关变压器(TK)原边绕组的上端接隔离开关(G2)，隔离开关(G2)的另一端接电源，开关变压器(TK)原边绕组的下端接起控开关(Κ2)，起控开关(Κ2)的另一端接于备用隔离开关(Gl)与机车主电路之间，开关变压器(TK)付边每单绕组的两端之间接有两只正反并联的晶闸管(SCR)。
2.根据权利要求1所述的一种新的地面式自动过分相装置，其特征在于，其控制系统采用可编程序控制器(PLC)或工控计算机(COM)控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种新的地面式自动过分相装置，其特征在于其半控性电力电子器件晶闸管(SCR)也可以由全控性电力电子器件绝缘栅极晶闸管(IGCT)来替换。
【文档编号】B60M3/04GK104512278SQ201310450962
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】潘家忠, 李天昊 申请人:哈尔滨帕特尔科技股份有限公司