專利名稱：一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法。
背景技術(shù)：
電氣化鐵路接觸網(wǎng)無備用系統(tǒng)，機(jī)車運(yùn)行是靠受電弓與接觸網(wǎng)緊密接觸取得牽弓I電流，當(dāng)接觸網(wǎng)出現(xiàn)結(jié)冰時(shí)，牽引網(wǎng)受流將受到影響，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)拉弧、打弓等現(xiàn)象。出現(xiàn)這些問題，會(huì)嚴(yán)重影響牽引供電設(shè)備及行車的安全，特別是高速運(yùn)行的列車。目前接觸網(wǎng)除冰實(shí)際運(yùn)行中采用的是人工除冰或?qū)Ｓ脵C(jī)車低速的機(jī)械除冰，這些方法對接觸網(wǎng)損害比較大，效率低下，效果差，特別是高速鐵路對接觸網(wǎng)的平順度、良好受流等性能要求非常高，原有除冰方法已很難適用。國內(nèi)目前對接觸網(wǎng)融冰方法的研究主要分直流短路法和交流短路法兩類。直流融冰方法主要是利用SVG技術(shù)，將交流牽引供電系統(tǒng)通過變流，向接觸網(wǎng)輸出直流電流進(jìn)行融冰。交流融冰方法通常采用交流單相接地回路，由牽引供電系統(tǒng)直接輸出交流短路電流進(jìn)行接觸網(wǎng)融冰。隨著人們對鐵路服務(wù)高質(zhì)量的要求，為了保證機(jī)車運(yùn)輸安全、可靠地運(yùn)行，接觸網(wǎng)應(yīng)對結(jié)冰自然現(xiàn)象 急需切實(shí)、可行的工程化解決措施，對接線簡單、運(yùn)行方便、利用率高的接觸網(wǎng)防冰、融冰技術(shù)需求更為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是提供一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法，該方法接線簡單、倒閘作業(yè)方便、可適用于電氣化鐵路各種供電方式采用三相牽引變壓器條件下的防冰、融冰需求以及兼顧在防冰狀態(tài)下滿足機(jī)車運(yùn)行的需要。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用技術(shù)方案是提供一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法，該方法運(yùn)行在既有牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，牽引供電系統(tǒng)是由牽引變電所、供電范圍內(nèi)兩側(cè)上、下行接觸網(wǎng)和包括鋼軌、大地、回流線或正饋線的回流回路組成的電力牽引機(jī)車供電系統(tǒng)，該方法利用牽引變電所內(nèi)原有的主變壓器，使其為接觸網(wǎng)供電的兩個(gè)不同相繞組之間發(fā)生相間短路，形成短路電流流過接觸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)防冰融冰，通過既有牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的溫度傳感器、風(fēng)速傳感器及接觸網(wǎng)視頻識(shí)別設(shè)備實(shí)現(xiàn)防冰融冰環(huán)境信息輸入，該方法包括有以下步驟:( I)防冰融冰系統(tǒng)供電計(jì)算根據(jù)傳感器采集到的風(fēng)速、溫度氣象信息以及視頻識(shí)別中得到的接觸網(wǎng)敷冰厚度數(shù)據(jù)，計(jì)算接觸網(wǎng)防冰融冰所需的電流，得出相對應(yīng)的接觸網(wǎng)短路網(wǎng)孔的長度；(2)既有牽引供電系統(tǒng)為滿足防冰融冰需求的倒閘作業(yè)將牽引變電所內(nèi)主變壓器的供電臂A、供電臂C和供電臂B、供電臂D末端并聯(lián)，閉合供電臂C和供電臂D之間分相處的隔離開關(guān)；此時(shí)供電臂A、供電臂C和供電臂B、供電臂D四個(gè)供電臂串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)閉合的接觸網(wǎng)短路回路，牽引變電所為供電臂C和供電臂D供電的開關(guān)分開，為供電臂A和供電臂B供電的開關(guān)閉合；當(dāng)需要既進(jìn)行防冰融冰又要保證運(yùn)輸時(shí)，將一列機(jī)車運(yùn)行的用電需求與接觸網(wǎng)防冰融冰的電流需求兼顧考慮，納入步驟(I)計(jì)算得出相應(yīng)接觸網(wǎng)短路回路的長度。本發(fā)明有益效果是采用該方法實(shí)現(xiàn)防冰融冰結(jié)構(gòu)簡單，接入系統(tǒng)方便，運(yùn)行方式靈活，防融冰電流不通過大地和鋼軌回流，安全可靠性高。在AT供電方式下可通過提高相間電壓方法滿足長距離接觸網(wǎng)線路防冰融冰的需求，以牽引變電所為單元，一次性完成供電區(qū)域內(nèi)防冰融冰作業(yè)，系統(tǒng)倒閘作業(yè)量小。在防冰運(yùn)行方式下兼顧滿足電力機(jī)車運(yùn)行，使接觸網(wǎng)在特殊災(zāi)害氣象條件下對運(yùn)輸影響降到最低。


圖1本發(fā)明在帶回流線直接供電方式下的實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明在AT供電方式下的實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-1、3-2均為相間電壓向量圖；圖4本發(fā)明防融冰系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理遠(yuǎn)程控制示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法加以說明。本發(fā)明的一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法，該方法運(yùn)行在既有牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，牽引供電系統(tǒng)是由牽引變電所、供電范圍內(nèi)兩側(cè)上、下行接觸網(wǎng)和包括鋼軌、大地、回流線或正饋線的回流回路組成的電力牽引機(jī)車供電系統(tǒng)，該方法利用牽引變電所內(nèi)原有的主 變壓器，使其為接觸網(wǎng)供電的兩個(gè)不同相繞組之間發(fā)生相間短路，形成短路電流流過接觸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)防冰融冰，通過既有牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的溫度傳感器、風(fēng)速傳感器及接觸網(wǎng)視頻識(shí)別設(shè)備實(shí)現(xiàn)防冰融冰環(huán)境信息輸入，該方法包括有以下步驟:( I)防冰融冰系統(tǒng)供電計(jì)算根據(jù)傳感器采集到的風(fēng)速、溫度氣象信息以及視頻識(shí)別中得到的接觸網(wǎng)敷冰厚度數(shù)據(jù)，計(jì)算接觸網(wǎng)防冰融冰所需的電流，得出相對應(yīng)的接觸網(wǎng)短路網(wǎng)孔的長度。(2)既有牽引供電系統(tǒng)為滿足防冰融冰需求的倒閘作業(yè)將牽引變電所內(nèi)主變壓器的供電臂A、供電臂C和供電臂B、供電臂D末端并聯(lián)，閉合供電臂C和供電臂D之間分相處的隔離開關(guān)；此時(shí)供電臂A、供電臂C和供電臂B、供電臂D四個(gè)供電臂串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)閉合的接觸網(wǎng)短路回路，牽引變電所為供電臂C和供電臂D供電的開關(guān)分開，為供電臂A和供電臂B供電的開關(guān)閉合。當(dāng)需要既進(jìn)行防冰融冰又要保證運(yùn)輸時(shí)，將一列機(jī)車運(yùn)行的用電需求與接觸網(wǎng)防冰融冰的電流需求兼顧考慮，納入步驟(I)計(jì)算得出相應(yīng)接觸網(wǎng)短路回路的長度。所述牽引變電所內(nèi)牽引變壓器及供電范圍內(nèi)兩側(cè)上、下行四段接觸網(wǎng)串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)閉合回路，使電氣分相的接觸網(wǎng)運(yùn)行在相間短路狀態(tài)下作為防冰融冰運(yùn)行方式。所述牽引變電所內(nèi)牽引變壓器是在AT供電方式下，采用V接線的牽引變壓器，通
過接引一相繞組的T端和另一相繞組的F端，輸出電壓為X 27 5kV以滿足牽引變電所提供防融冰電流的需要。
所述防冰融冰的電流不流經(jīng)鋼軌和大地，只在架空接觸網(wǎng)上流過。本發(fā)明的一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法工作原理:在正常情況下供電臂A、供電臂C和供電臂B、供電臂D四個(gè)供電臂由兩相牽引母線各出兩回饋線供電，并在供電臂末端實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，為供電臂A、供電臂C和供電臂B、供電臂D供電的變壓器兩個(gè)繞組構(gòu)成60度角，電壓差為27.5kV。在融冰狀態(tài)下，閉合供電臂C和供電臂D之間分相處的隔離開關(guān)，此時(shí)供電臂A、供電臂B、供電臂C、供電臂D四個(gè)供電臂串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)閉合回路。供電臂C、供電臂D供電臂供電的饋線退出，只投入為供電臂A、供電臂B供電的饋線。牽引變壓器兩相繞組alxl和x2a2運(yùn)行在相間短路狀 態(tài)下，為接觸網(wǎng)輸出兩相短路電流實(shí)現(xiàn)防冰、融冰效果。在接觸網(wǎng)運(yùn)行在相間短路方式下，上行供電臂A、供電臂B和下行供電臂C、供電臂D方向各有一列機(jī)車降速通過時(shí)，接觸網(wǎng)電壓水平及載流能力均滿足要求，最低電流滿足接觸網(wǎng)防冰凍的要求。為滿足牽引變電所在供電臂較長情況下，提供防冰融冰電流的需要，一種做法提高牽引變壓器相間短路出口電壓值，在AT供電方式下可通過牽引變壓器tlfl繞組的“tl”
端和t2f2繞組的“f2”端構(gòu)成相間短路，兩端相角為120度，輸出電壓為W X27.5kV。為解決嚴(yán)酷氣象條件下防冰融冰電流的需要，另外一種做法是不改變相間電壓差，通過縮小供電臂環(huán)路長度，降低短路環(huán)路的阻抗值，達(dá)到提高短路電流功能。牽
引網(wǎng)防冰融冰回路可分成供電臂A、供電臂B、供電臂C、供電臂D; AC；
BD ( —A —C ) ； ( —B —D ) ; ()五種情況提供不同的短路電流值。如圖1、圖2所示，本發(fā)明的一種電氣化鐵路接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法，其具體做法是:(I)根據(jù)采集到的風(fēng)速、溫度等氣象信息以及視頻識(shí)別技術(shù)中得到的接觸網(wǎng)敷冰厚度數(shù)據(jù)，計(jì)算接觸網(wǎng)防冰融冰所需的電流，得出相對應(yīng)的接觸網(wǎng)短路網(wǎng)孔的長度。(2) AT供電方式防冰融冰時(shí)AT所或AT分區(qū)所的AT變壓器退出運(yùn)行。(3)將供電臂A、供電臂C和供電臂B、供電臂D末端并聯(lián)，閉合供電臂C和供電臂D之間分相處的隔離開關(guān)，此時(shí)供電臂A、供電臂C和供電臂B、供電臂D四個(gè)供電臂串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)閉合回路。退出為供電臂C和供電臂D供電的饋線，投入為供電臂A和供電臂B供電的饋線。當(dāng)需要既進(jìn)行防冰又要保證運(yùn)輸時(shí)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果并結(jié)合滿足一列車運(yùn)行的負(fù)荷需求，選擇相應(yīng)接觸網(wǎng)短路回路。將供電臂A、供電臂C和供電臂B、供電臂D末端并聯(lián)，退出AT所和AT分區(qū)所自耦變壓器，閉合供電臂C和供電臂D之間分相處的K3、K4開關(guān)，打開供電臂A、供電臂B之間分相處的K1、K2開關(guān)；此時(shí)供電臂A、供電臂B、供電臂C、供電臂D四個(gè)供電臂串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)閉合回路。斷開為供電臂C、供電臂D供電的饋線，分開饋線開關(guān)KSC、KSD，投入為供電臂A、供電臂B供電的饋線，閉合饋線開關(guān)KSA、KSB。使?fàn)恳儔浩鳎佑|網(wǎng)運(yùn)行在相間短路方式下，牽引供電系統(tǒng)輸出兩相短路電流流過接觸網(wǎng)線路產(chǎn)生焦耳熱進(jìn)行防冰融冰。如圖1所示，在帶回流線直接供電方式下牽引變壓器“al”端和“x2”端出口電壓為27.5kV ;如圖2所示，在AT供電方式下通過牽引變壓器tlfl繞組的“tl”端和t2f2繞
組的“f2”端構(gòu)成相間短路，牽引變壓器出口電壓為A X27.5kV。為解決嚴(yán)酷氣象條件下防冰和融冰電流的需要，如圖2所示，通過閉合K5、K6開關(guān)選擇調(diào)整供電臂環(huán)路長度，降低融冰線路阻抗值，達(dá)到提高短路電流功能。

在形成供電臂Α、供電臂B、供電臂C、供電臂D環(huán)路相間短路情況下，上行的供電臂Α、供電臂B供電臂和下行的供電臂C、供電臂D供電臂方向各有一列機(jī)車降速通過時(shí)，接觸網(wǎng)電壓水平及載流能力均滿足要求，最低電流滿足接觸網(wǎng)防冰凍的要求。如圖3-1所示，為相間短路電壓差為27.5kV相量變化圖，變壓器原邊Α、B、C三相構(gòu)成120度角，經(jīng)過變壓器變換后，次邊alxl為BC相，Ualxl=27.5kV，a2x2為-CA相，Ua2x2=27.5kV，兩相間構(gòu)成60度角，alxl與a2x2間電壓差Ualxl-Ua2x2也為27.5kV。如圖3-2所示,為相間短路電壓差為.s/J X27.5kV相量變化圖,變壓器原邊A、B、C三相構(gòu)成120度角，經(jīng)過變壓器變換后，次邊tlxl為CA相，Utlxl=27.5kV,次邊f(xié)2x2為BC相，Uf2x2=27.5kV，兩相間構(gòu)成 120 度角，tlxl 與 t2x2 間電壓差 Utlxl-Uf2x2= S X 27.5kV。如圖4所示，牽引變電所設(shè)置的防融冰模塊根據(jù)傳感器采集到的風(fēng)速、溫度等氣象信息監(jiān)測值，以及視頻識(shí)別技術(shù)中得到的接觸網(wǎng)敷冰厚度數(shù)據(jù)，上傳至路局調(diào)度所，路局調(diào)度所下達(dá)指令給防融冰模塊，該模塊計(jì)算接觸網(wǎng)防冰融冰所需的電流，得出相對應(yīng)的接觸網(wǎng)短路網(wǎng)孔的長度，并通過防融冰啟動(dòng)模塊啟動(dòng)防融冰程序，融冰通過下面計(jì)算公式，可得出所需電流和接觸網(wǎng)短路網(wǎng)孔的長度。融冰電流計(jì)算公式:
權(quán)利要求
1.一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法，該方法運(yùn)行在既有牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，牽引供電系統(tǒng)是由牽弓I變電所、供電范圍內(nèi)兩側(cè)上、下行接觸網(wǎng)和包括鋼軌、大地、回流線或正饋線的回流回路組成的電力牽引機(jī)車供電系統(tǒng)，該方法利用牽引變電所內(nèi)原有的主變壓器，使其為接觸網(wǎng)供電的兩個(gè)不同相繞組之間發(fā)生相間短路，形成短路電流流過接觸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)防冰融冰，通過既有牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的溫度傳感器、風(fēng)速傳感器及接觸網(wǎng)視頻識(shí)別設(shè)備實(shí)現(xiàn)防冰融冰環(huán)境信息輸入，該方法包括有以下步驟: (1)防冰融冰系統(tǒng)供電計(jì)算 根據(jù)傳感器采集到的風(fēng)速、溫度氣象信息以及視頻識(shí)別中得到的接觸網(wǎng)敷冰厚度數(shù)據(jù)，計(jì)算接觸網(wǎng)防冰融冰所需的電流，得出相對應(yīng)的接觸網(wǎng)短路網(wǎng)孔的長度； (2)既有牽引供電系統(tǒng)為滿足防冰融冰需求的倒閘作業(yè) 將牽引變電所內(nèi)主變壓器的供電臂(A)、供電臂(C)和供電臂(B)、供電臂(D)末端并聯(lián)，閉合供電臂(C)和供電臂(D)之間分相處的隔離開關(guān)；此時(shí)供電臂(A)、供電臂(C)和供電臂(B)、供電臂(D)四個(gè)供電臂串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)閉合的接觸網(wǎng)短路回路，牽引變電所為供電臂(C)和供電臂(D)供電的開關(guān)分開，為供電臂(A)和供電臂(B)供電的開關(guān)閉合； 當(dāng)需要既進(jìn)行防冰融冰又要保證運(yùn)輸時(shí)，將機(jī)車運(yùn)行的用電需求與接觸網(wǎng)防冰融冰的電流需求兼顧考慮，納入步驟(I)計(jì)算得出相應(yīng)接觸網(wǎng)短路回路的長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法，其特征是:所述牽引變電所內(nèi)牽引變壓器及供電范圍內(nèi)兩側(cè)上、下行四段接觸網(wǎng)串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)閉合回路，使電氣分相的接觸網(wǎng)運(yùn)行在相間短路狀態(tài)下作為防冰融冰運(yùn)行方式。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法，其特征是:所述牽引變電所內(nèi)牽引變壓器是在AT供電方式下，采用V接線的牽引變壓器，通過接引 一相繞組的(T)端和另一相繞組的(F)端，輸出電壓為# X27.SkV,以滿足牽引變電所為長距離供電臂提供防冰融冰電流的需要。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法，其特征是:所述防冰融冰的電流不流經(jīng)鋼軌和大地，只在架空接觸網(wǎng)上流過。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電氣化鐵道接觸網(wǎng)利用相間短路實(shí)現(xiàn)防冰融冰方法，該方法包括有以下步驟防冰融冰系統(tǒng)供電計(jì)算；既有牽引供電系統(tǒng)為滿足防冰融冰需求的倒閘作業(yè)。當(dāng)接觸網(wǎng)需要既進(jìn)行防冰凍又要保證運(yùn)輸時(shí)，將機(jī)車運(yùn)行的用電需求與接觸網(wǎng)防冰凍的電流需求兼顧考慮，計(jì)算出相應(yīng)接觸網(wǎng)短路回路的長度。本發(fā)明效果是用該方法實(shí)現(xiàn)防冰融冰結(jié)構(gòu)簡單，接入系統(tǒng)方便，運(yùn)行方式靈活，防冰融冰電流不通過大地和鋼軌回流，安全可靠性高。在AT供電方式下可通過提高相間電壓方法滿足長距離接觸網(wǎng)線路防冰融冰的需求，以牽引變電所為單元，一次性完成供電區(qū)域內(nèi)防冰融冰作業(yè)，系統(tǒng)倒閘作業(yè)量小。在防冰凍狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可兼顧電力機(jī)車運(yùn)行，使接觸網(wǎng)在特殊災(zāi)害條件下對運(yùn)輸影響降到最低。
文檔編號(hào)H02G7/16GK103247991SQ20131013936
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者孫震洋, 陳興強(qiáng), 董志杰, 邢曉乾, 杜瑞建, 崔校玉, 楊振龍 申請人:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司