[发明专利]采用电力电子变换装置实现列车带电自动过分相方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变换装置设备的制造技术领域，即大功率电压电流变频器和控制技术，应用领域属于电气化铁路电力牵引供电领域，特别是提供了一种采用电力电子变换装置实现列车带电自动过分相方法。通常应用在利用国家工业电网作为外部电源的交流制电气化铁道，适用于新建或改建铁路电气化工程和既有铁路运营供电设施。

背景技术

由于铁路系统牵引供电模式、列车运行模式的特殊性，每隔30～60km通常存在约200～900m的作为不同电气相位之间分隔作用的中性隔离区，即所谓“电分相”区或“中性区”，这种长度的中间区域即使以350km/h速度通过的列车也需要至少2～8s的时间。运动中的电力牵引列车或动车组通过这一区域的方式叫“过分相”。绝大部分电力牵引列车在持续的中断供电时间≥0.3s就会判定为供电中断无电而自动切断其内部电源负荷进入断电自保护状态，此时列车进入无动力的惰行状态，少数的电力牵引列车即使中断供电时间在0～0.3s之内也会判定为供电中断无电而进入其断电自保状态。配合列车过分相的地面供电设施一般称之为“电力牵引列车自动过分相系统”，按照中性区是否带电的模式又可以分类为断电过分相和带电过分相两大类。

在过分相的方法中，现有的铁路列车自动过分相系统方式主要有三种，三种过分相方式均有不足之处，分别为列车控制车载自动断电过分相、基于电动机械开关投切的地面断路器自动切换带电过分相、柱上式网上带电自动过分相。前一种为断电过分相，该方式的操作过电压对牵引变电所及电力牵引列车牵引变流器的破坏性、电力牵引列车过分相时断电的无电惰行导致速度明显下降、存在对用户的使用限制等应用问题，暂不在本发明目标的讨论范围之内；后两种为带电过分相模式，集中体现在对机械开关寿命要求高、操作过程中产生的操作过电压对牵引变电所及电力牵引列车牵引变流器的绝缘性能破坏性较大的固有缺陷，需要并可以得到优化，而这则是本发明拟解决的目的。其中，目前广泛应用的日本铁路模式的地面断路器自动切换带电过分相还有赖使用高性能断路器技术实现控制切换，列车过分相时仍有不可克服的0.3～0.5s左右的短时间断电和换电过程，难以避免不同相位电压转换电气大功率暂态过程产生的操作过电压系统性能固有缺陷，恶劣的工况必然导致对电力牵引列车绝缘和断路器损伤较大。地面自动过分相系统开关倒接过程中换相失败的故障案例在大量应用该原理系统设备方案的日本铁路运营线上每年都仍时有发生。这一技术还因和欧洲模式的列车控制系统匹配困难，在我国(引进欧洲先进制造技术生产的大量CRH1、3、5型动车组)的条件下乃至世界范围内推广使用存在技术和设备风险，无法广泛推广使用。

文献1：“高速铁路地面自动过分相系统的研究与应用”，温建民、王帮田、方志国，ISSN-1004-2954CN11-2987/U铁道标准设计，2011.4期，P105；文献2：“开关并联电阻地面自动过分相方案研究”魏晓娟、王洪涛等，ISSN-1007-936X CN11-2701/U电气化铁道，2011.2期，P5。以上文献综合描述了当前的地面自动过分相系统的研究与应用概况，主要的论点在于对如何对地面断路器自动切换带电过分相方法中的断路器开关主要设备的系统配置方案进行局部优化的技术探讨和试验，从可靠性和开关的寿命改善几个方面予以深化研究。因为受到当今装备制造工艺技术的限制，大电流断路器开关等设备自身的寿命和可靠性难以有实质性的提高，只能从备用和冗余的角度改善系统方案配置，但这种局部优化的方式带来系统结构更为复杂的新问题，这种依赖多个机械隔离开关(或断路器)进行电气分相不同供电电源之间的转换仍然需要极高的时差倒切操作配合精度；在基本原理上仍然存在无法克服的固有缺陷，即它必然带来电分相过渡暂态过程和短时失电、操作过电压问题，理论和试验都证明了这种原理本身是无法根本消除这种缺陷，最多只可能得到一定的缓解或改善，但无论如何，操作过电压的实际幅值仍然足以达到成倍的额定工作电压以上，从而损害电力牵引列车或动车组的主绝缘和设备寿命，对机械开关自身的损伤也较大。

所以，有必要研究新的系统尤其是带电电分相系统的中性区真正的不中断供电方法，从开关设备原理、换电切换原理方面优化为电分相中性区的供电方案，从根本上杜绝多路开关极短时间内组合切换不同电气相位的电源引起的操作过电压和多台开关配合时差要求极高的应用设备需求带来的设备制造难度和高可靠性要求，根本解决现有地面自动过分相系统方案的操作过电压和短时失电缺陷，突破推广应用地面自动带电过分相系统的技术瓶颈。

发明内容