一種利用碳化矽纖維索消除過分相過電壓的設備的製作方法

2023-05-30 09:36:11

專利名稱：一種利用碳化矽纖維索消除過分相過電壓的設備的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電氣化鐵路牽引供電系統技術領域，具體涉及一種利用碳化矽纖維索消除過分相過電壓的設備。
背景技術：
在接觸網中，為了限制或者縮小接觸網斷線、倒杆等事故的影響範圍；減小單相牽引負荷在電力系統中引起的負序電流，減輕電氣化鐵路牽引供電系統對電力系統的負序影響；同時，也為了方便接觸網的架設和施工，電氣化鐵路供電系統採取了分段取流、換相連接的方式。接觸網的機械分段稱為錨段，相鄰兩個錨段的銜接區域(重疊部分)稱為錨段關 節。錨段關節式電分相是利用2個絕緣錨段關節的空氣絕緣間隙來達到電分相的目的，由於其有利於改善弓網受流質量，在電氣化鐵路中被大量採用。電力機車在通過錨段關節式電分相的過程中，電力機車主要經過由有電到無電，再由無電到有電的兩個過渡過程。在正常情況下，錨段關節式電分相的中性段不帶電。但在實際運營中發現，電力機車在通過錨段關節式電分相上述兩個過渡過程中，均多次發生了過電壓現象。電力機車過關節式電分相產生的過電壓不僅會直接造成接觸網燒傷斷線，中斷供電和運輸；而且頻繁引起車頂保護間隙放電，導致牽引變電所跳閘；直接威脅接觸網和牽引變電所的安全運行。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種能夠適應受電弓的衝擊和磨耗、受電弓接觸引起的振動、環境溫差變化及環境腐蝕的利用碳化矽纖維索消除過分相過電壓的設備。本實用新型所採用的技術方案是一種利用碳化矽纖維索消除過分相過電壓的設備，設置有供電臂接觸網，其特徵在於左供電臂接觸網上從左到右依次設置有第一支柱、第二支柱、第三支柱和第四支柱；右供電臂接觸網上從左到右依次設置有第五支柱、第六支柱、第七支柱和第八支柱；左供電臂接觸網位於第四支柱處的導線端與第五支柱連接，右供電臂接觸網位於第五支柱處的導線端與第四支柱連接；第一支柱和第八支柱之間設置中性線；左供電臂接觸網和右供電臂接觸網上均設置有絕緣子；第三支柱和第四支柱之間的供電臂接觸網與第五支柱和第六支柱之間的供電臂接觸網之間連接設置有聯絡開關。所述的中性線為碳化矽纖維索。本實用新型具有以下優點[0015](I)本實用新型對於解決目前電氣化鐵路普遍存在的電力機車過關節式電分相時產生的過電壓燒傷接觸導線、引起牽引變電所跳閘問題、保證牽引供電系統安全可靠運行具有很強的實用價值。(2)中性線採用的是高強高阻碳化矽纖維索，將碳化矽纖維索的每米電阻控制在2. 75X IO4歐姆，高阻抗的碳化矽纖維索上不存在感應電壓，洩漏到終端支柱的電流小於50mA，不會對人體產生器質性損傷，因此可以取消中性線和終I支柱、終2支柱間的絕緣子，降低了安裝費用。

圖I是中性段採用高強高阻碳化矽纖維複合材料索的七跨錨段關節式電分相結構平面圖。圖2是電力機車通過中性線採用銅合金導線的關節式電分相的過電壓仿真波形。·[0019]圖3是電力機車通過中性線採用高強高阻碳化矽纖維複合材料索的關節式電分相的過電壓仿真波形。圖中，Zl-第一支柱，Z2-第二支柱，Z3-第三支柱，Z4-第四支柱，Z5-第五支柱，Z6-第六支柱，Z7-第七支柱，Z8-第八支柱，Jl-第一絕緣子，J2-第二絕緣子，Xl-左供電臂接觸網，X2-右供電臂接觸網，X3-中性線，Gl-聯絡開關。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本實用新型進行詳細的說明。接觸網中性段一般採用的是和接觸網供電臂一樣的銅合金導線。關節式電分相的中性導線，一方面與左右相鄰的接觸網導線之間的距離僅為400 500 mm，小距離的靜電感應使中性導線上存在感應電壓(測試表明中性導線的感應電壓高達10 kV 15 kV );另外一方面中性導線對鋼軌高度大約為6 m左右，由於它是懸空的獨立金屬導線，因此，它對地存在電容，儲存有電磁能量，當電力機車進入和駛出分相時都會強制對電容進行充、放電，從而出現電磁振蕩過電壓。圖2是電力機車通過中性線採用銅合金導線的關節式電分相時，中性段上的過電壓仿真波形。圖2中顯示出電力機車進入和離開關節式電分相時，都發生了過電壓，過電壓幅值達到了 109. 2kV，超過了 SS7型電力機車的車頂放電間隙約90kV的擊穿放電電壓，將會引起牽引變電所跳閘，甚者燒傷接觸網導線。因為電力機車通過關節式電分相產生的過電壓與接觸網供電臂末端和中性線平行段之間的等值電容、以及中性線對地等值電容有關，所以可以採取措施，通過消除等值電容避免電力機車過分相時產生過電壓。碳化矽纖維具有高強度、高模量、耐化學侵蝕性良好、耐高溫和抗氧化(在1200°C下其拉伸強度和彈性模量均無明顯的下降)、介電常數小、損耗低等優異的性能，而且尺寸穩定性好、不吸潮、不老化、優良的抗疲勞和抗蠕變性的優點，本實用新型採用高強高阻碳化矽纖維索代替原來的銅合金線對接觸網的電分相進行連接，由於碳化矽纖維材料的體電阻可達到IO6歐姆以上，絕緣的碳化矽纖維上不存在感應電壓，可以徹底消除接觸網供電臂末端與中性線平行段之間存在等值電容，消除中性線對地也存在等值電容，避免電力機車通過電分相時產生過電壓。本實用新型正是充分利用碳化矽纖維高強度、高阻抗、能夠適應受電弓的衝擊和磨耗、受電弓接觸引起的振動、環境溫差變化、環境腐蝕的特點，採用高強高阻碳化矽纖維索代替原來的銅合金線對接觸網的電分相進行連接，避免電力機車通過電分相時產生過電壓，避免過電壓造成接觸網燒傷斷線、牽引變電所跳閘、中斷鐵路運輸。同時，可減小關節式電分相無電區長度，降低電力機車通過無電區的速度損耗。本實用新型所涉及的利用碳化矽纖維索消除過分相過電壓的設備，設置有供電臂接觸網，其中，左供電臂接觸網Xl上從左到右依次設置有第一支柱Z1、第二支柱Z2、第三支柱Z3和第四支柱Z4，右供電臂接觸網X2上從左到右依次設置有第五支柱Z5、第六支柱Z6、第七支柱Z7和第八支柱Z8 ;左供電臂接觸網Xl位於第四支柱TA處的導線端與第五支柱Z5連接，右供電臂接觸網X2位於第五支柱Z5處的導線端與第四支柱TA連接；第一支柱Zl和第八支柱Z8之間設置中性線X3，中性線X3為碳化矽纖維索；左供電臂接觸網Xl和右供電臂接觸網X2上均設置有絕緣子；第三支柱Z3和第四支柱TA之間的供電臂接觸網與第五支柱Z5和第六支柱Z6之間的供電臂接觸網之間連接設置有聯絡開關G1。由於中性線X3採用的碳化矽纖維索為高阻抗材料，需要另設導線將兩個供電臂連接，以便實現故障時的越區供電功能。由於本實用新型採用高強高阻碳化矽纖維索代替原來的銅合金線對 接觸網的電分相進行連接，徹底消除了接觸網供電臂末端與中性線平行段之間存在等值電容，消除了中性線對地也存在等值電容，從而避免了電力機車通過電分相時產生過電壓；且減少了絕緣子和聯絡開關設置的數量，簡化了設備的結構。圖2是電力機車通過中性線採用銅合金導線的關節式電分相時，中性段上的過電壓仿真波形。圖2中顯示出電力機車進入和離開關節式電分相時，都發生了過電壓，過電壓幅值達到了 109. 2kV，超過了 3$型電力機車的車頂放電間隙約90kV的擊穿放電電壓，將會引起牽引變電所跳閘，甚者燒傷接觸網導線。圖3是電力機車通過高強高阻碳化矽纖維索的關節式電分相電壓仿真波形。從圖3可以看出，接觸網衝擊電壓峰值僅為48. 8kV，和中性段採用銅合金相比，過電壓幅值下降了一半以上，不會影響接觸網、電力機車、牽引變電所的安全運行。
權利要求1.ー種利用碳化矽纖維索消除過分相過電壓的設備，設置有供電臂接觸網，其特徵在於: 左供電臂接觸網(Xl)上從左到右依次設置有第一支柱(Z1)、第二支柱(Z2)、第三支柱(Z3)和第四支柱(Z4)； 右供電臂接觸網(X2)上從左到右依次設置有第五支柱(Z5)、第六支柱(Z6)、第七支柱(Z7)和第八支柱(Z8)； 左供電臂接觸網(Xl)位於第四支柱(Z4)處的導線端與第五支柱(Z5)連接，右供電臂接觸網(X2)位於第五支柱(Z5)處的導線端與第四支柱(Z4)連接； 第一支柱(Zl)和第八支柱(Z8)之間設置中性線(X3)； 左供電臂接觸網(Xl)和右供電臂接觸網(X2)上均設置有絕緣子； 第三支柱(Z3)和第四支柱(Z4)之間的供電臂接觸網與第五支柱(Z5)和第六支柱(Z6)之間的供電臂接觸網之間連接設置有聯絡開關(G1)。
2.根據權利要求I所述的ー種利用碳化矽纖維索消除過分相過電壓的設備，其特徵在於 所述的中性線(X3)為碳化矽纖維索。
專利摘要本實用新型涉及一種利用碳化矽纖維索消除過分相過電壓的設備。接觸網中性段採用銅合金導線，小距離的靜電感應使中性導線和供電臂接觸網間存在分布電容，分布電容間儲存有電磁能量，機車出入電分相時會出現電磁振蕩過電壓。本實用新型在供電臂接觸網上依次設置八個支柱，左供電臂接觸網位於第四支柱處的導線端與第五支柱連接，右供電臂接觸網位於第五支柱處的導線端與第四支柱連接；第一支柱和第八支柱之間設置碳化矽纖維索中性線；左供電臂接觸網和右供電臂接觸網上均設置絕緣子。本實用新型對於解決目前電氣化鐵路普遍存在的電力機車過關節式電分相時產生的過電壓燒傷接觸導線、引起牽引變電所跳閘問題、保證牽引供電系統安全可靠運行具有很強的實用價值。
文檔編號B60M3/04GK202753806SQ20122026424
公開日2013年2月27日 申請日期2012年6月6日 優先權日2012年6月6日
發明者宮衍聖, 曹建設, 李晉, 田志軍, 黃文勳 申請人:中鐵第一勘察設計院集團有限公司