[发明专利]一种应用于铁路地面自动过分相系统的复合开关结构

说明书

本发明涉及一种应用于铁路地面自动过分相系统的复合开关结构，复合开关结构由两个复合开关构成；本发明采用高压晶闸管阀组控制复合开关的开通与关断，在开关过程中利用晶闸管的电流自然关断和开通时间精确可控的特性有效避免过电压、过电流及电弧等问题，并保证高压接触器在闭合和断开过程中都没有电流，延长其电气寿命；复合开关进入开通稳态后，电流流过高压接触器，利用高压接触器低导通损耗特性大大降低开关的整体损耗。本发明应用于地面自动过分相系统时，不仅能够确保列车平稳、不停电、无速度损失地通过电分相，还能使系统避免使用强迫风冷或者水冷等辅助散热装置，采用自然散热即可满足需求，大大提高系统可靠性，可促进重载铁路的发展。

技术领域

本发明涉及交流电气化铁路过分相技术领域，尤其涉及一种应用于铁路地面自动过分相系统的复合开关结构。

背景技术

我国交流电气化铁路主要采用单相工频换相供电方式。为避免相间短路，线路上每隔20-30km就会设置一段两端都有电气分段的接触网，即电分相。电分相的实现方式主要包括器件式和关节式两种，且以关节式居多。关节式电分相由中性区接触网以及两端锚段关节组成，主要应用在牵引变电所出口处和分区所处。列车通过电分相的过程被称为过分相。

目前我国普遍采用车载断电自动过分相方案。列车在进入中性区前，通过应答器获取位置信息，自动断开主断路器，依靠惯性滑过中性区。该方案使得列车牵引力丢失严重，速度损失较大，并且受线路分布电感和电容的影响，列车投切主断路器时可能会产生过电压、过电流以及电弧。这些问题严重制约了高速重载铁路的发展。为了确保列车持续受流、平稳通过电分相，多种不同的地面带电自动过分相系统先后被提出。

基于机械开关的地面自动过分相系统可以大大缩短列车过分相时的失电时间，但是由于机械开关寿命短、故障率高、无法精确控制动作时间，该方案依然存在断电时间较长以及过电压、过电流等问题。变频移相不断电过分相系统和同相供电方案都可以实现列车完全不失电过分相，但是其固定投资成本高，且控制复杂。基于高压晶闸管阀组的地面自动过分相系统利用晶闸管电流过零自然关断特性避免截流过电压并有效抑制电弧，通过精确控制开通时间，避免励磁涌流，并且使得列车过分相时的理论失电时间小于10ms。该方案由于结构简单，成本相对较低，得到了较为广泛的应用。

然而，对于重载铁路而言，中性区可能长达1千多米，且列车运行速度较慢，列车完成过分相可能需要2分钟左右，地面自动过分相系统中的高压晶闸管阀组工作时间较长。另一方面，晶闸管通态损耗与通态压降和通态电流有关。当列车牵引电流较大时，晶闸管的通态压降也会很大。尤其是采用了串联阀组结构后，系统正常工作时，其通态损耗会非常大，长时间工作情况下需要给晶闸管阀组增加散热装置。如果采用自然冷却，增加的散热器会大大增加系统的体积；而如果采用强迫风冷或者水冷的方式，则会大大增加系统的固定成本和维护成本。此外，采用强迫风冷或水冷的地面自动过分相设备应用于重载铁路时，容易受环境中煤灰粉尘的影响而出现故障，这大大降低了系统可靠性。

为此，本发明提出一种应用于交流电气化铁路地面自动过分相系统的复合开关结构，不仅能够确保列车基本不失电通过电分相，避免中性区电压切换时的过电压、过电流以及电弧等问题，还能大大降低地面自动过分相系统中开关的总损耗，避免使用辅助散热装置，减小自然散热所需散热器体积，提高系统可靠性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种应用于交流电气化铁路地面自动过分相系统的复合开关结构。本发明目的在于解决如下技术问题：

本发明所要解决的问题之一是，采用高压晶闸管阀组控制复合开关的开通与关断，配合地面自动过分相系统，使得中性区接触网电压在第一供电臂和第二供电臂之间快速可靠地切换，实现列车平稳、无速度损失地通过电分相。

本发明所要解决的问题之二是，采用高压接触器降低复合开关的导通损耗，避免地面自动过分相系统增加辅助散热装置，减小自然散热所需散热器体积。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：