[发明专利]一种柔性地面自动过分相装置、系统及方法

说明书

本发明公开了一种柔性地面自动过分相装置、系统及方法，装置包括：两套过分相设备，所述过分相设备包括主变压器、交直交变流器和副变压器；所述主变压器的高压侧输入端与供电臂连接，所述主变压器的低压侧包括第一绕组和第二绕组，第一绕组与所述交直交变流器的一个交流端连接，第二绕组与所述副变压器的一侧串联，第二绕组的输出端用于与供电网中性段连接；所述交直交变流器的另一交流端与所述副变压器的另一侧连接。本发明具有可显著降低变流器容量、显著降低成本、显著提高可靠性等优点。

技术领域

本发明涉及列车过分相技术领域，尤其涉及一种柔性地面自动过分相装置、系统及方法。

背景技术

电气化铁路是国家关键基础设施和重要基础产业，对我国经济社会发展具有不可替代的全局性支撑作用。电气化铁路牵引供电系统是保证列车安全、稳定、高效运行的重要基础。我国传统单相交流牵引供电系统采用轮换相序、分相分区供电制式，该供电方式存在列车过分相问题，如图1所示。当列车带载直接通过接触网电分相时，受电弓划过相邻两相的绝缘区段时会产生拉弧现象，可能烧毁牵引网相关设备，造成重大事故，因此必须采用一定的技术措施确保列车安全通过电分相。目前，列车过电分相技术主要包含三类：车载自动过分相，地面开关自动过分相、柔性地面自动过分相。

车载自动过分相通过列车与地面传感器信号的配合，按预定控制逻辑进行相关操作，实现列车自动断电惰行通过分相区。在通过分相区后，列车依据网压检测结果，闭合主断路器，顺序启动辅机，并限制电流上升率，再次启动列车。

地面开关自动过分相原理如图2所示。JY1、JY2为电分相锚段关节，可确保受电弓过分相关节时连续受流。两台开关QF1、QF2分别跨接在JY1、JY2上，使两端供电臂能通过真空开关向中性段供电。CG1-CG3是列车位置传感器，CG1和CG3分别安装在距离中性段一定距离的轨道旁。当列车从A供电臂驶到CG1处时，开关QF1闭合，中性段接触网由A供电臂供电，待列车进入中性段到达CG2处时，QF1断开、QF2迅速闭合，中性段接触网由B 供电臂供电，待列车驶离CG3处时QF2断开，装置恢复初始状态。列车反向行驶时，由控制系统控制两个开关以相反顺序断开与闭合。

无论是车载自动过分相，还是地面开关自动过分相，均需频繁分合断路器，开关寿命及可靠性均面临严峻考验。列车过分相时需经历一个从有电到无电，再到有电的过程。这一系列“断电-复电”操作，将引起列车供电系统出现不同程度与类型的过电压及涌流等暂态过程，严重时将造成列车保护动作、变电所保护跳闸、辅机过流等故障，影响电气化铁路的安全稳定运行。

为解决现有车载自动过分相与地面开关自动过分相的不足，研究人员提出了柔性过分相方案。柔性自动过分相原理如图3所示。当列车到达位置传感器CG1时，柔性过分相装置启动，利用变流器VSC-A与变压器T1输出中性段电压，且电压幅值、相位与A相供电臂电压完全一致。当列车到达位置传感器CG2时，柔性供电装置控制中性段电压开始逐渐接近B相供电臂电压，当列车过分相JY2时，中性段电压与B相供电臂电压完全一致。当列车到达位置传感器CG3时，变流器停止工作，等待下一趟列车过分相。在过分相期间，列车无断电时间，可高速平滑通过电分相。

现有柔性地面过分相系统在列车过分相期间对牵引网电能进行连续精确控制，可实现列车无断电高速平滑通过电分相。列车通过电分相期间无需分合车载主断路器、无拉弧、无截流过电压、谐振过电压、合闸过电压，主变压器和辅助绕组均无涌流，无牵引力及速度损失。但柔性过分相系统在实际应用中仍存在突出问题：

1、成本高：列车处于中性段时，过分相装置变流器需满足列车最大功率需求，由此会造成柔性过分相装置成本过高，限制其推广应用。

2、可靠性低：尽管柔性过分相装置可以采用变流器多重化方式提升装置的故障冗余运行能力，但其可靠性仍然不高。牵引负荷属于一级负荷，对牵引供电系统来说，安全供电是首要目标，因此牵引变电所变压器均采用“一主一备”运行方式。当现有柔性过分相装置采用“一主一备”运行方式时，其成本很难被接受。

发明内容