接觸網消弧控制裝置的製作方法
2023-06-29 15:32:21 2
專利名稱：接觸網消弧控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及到一種供電設備裝置，尤其涉及到一種主要用於鐵路接觸網的接
觸網消弧控制裝置。
背景技術：
接觸網是一種特殊的供電設備.由於其結構和使用條件的特殊性，其故障也多種
多樣。在鐵路電氣化接觸網設備的各類故障中，電氣拉弧燒傷故障因其事前難以發現而危
害性又大，已越來越引起供電運營部門的重視。在電氣化鐵道中，接觸網設備是在力與電的
雙重作用下工作的，所以機械故障和電氣拉弧燒傷故障構成了接觸網故障的主體。在接觸
網運行了多年、電氣化鐵路提速和牽引運能不斷增漲的情況下，接觸網的電氣拉弧燒傷現
象引起的跳閘、主變故障以及接觸網燒傷等問題已越來越突出；而且電氣拉弧燒傷問題在
事前又不易於發現和從根本上得以解決，危害性很大。到目前為止在國內外也沒有一種可
行的產品從根本上解決上述疑難問題；從而嚴重製約著現有電氣化鐵路網的快速發展。因
此，在預防和防治接觸網設備發生電氣拉弧燒傷故障已成為供電運營單位為確保供電安全
的一個重要任務。 1、目前技術狀況 鐵路接觸網為滿足供電、機械方面的分段要求，將接觸網分成若干一定長度且相 互獨立的分段，每一分段叫錨段。兩個相鄰錨段銜接部分稱為錨段關節。原有的鐵路接觸 網電分相採用器件式連接，屬於接觸網硬點環節，所謂接觸網硬點，就是由於接觸懸掛或接 觸線上的某些部分，如在跨距兩端的定位點處彈性變差或有附加重量時，在機車受電弓高 速運行通過的情況下，這些部分都會出現不正常的升高(或降低)，甚至出現撞弓、碰弓現 象，形成這種現象的本徵狀態即為硬點。接觸網硬點猶如"攔路虎"，是一種有威脅的物理現 象，它會破壞弓網間的正常接觸和受流，加快導線和受電弓滑板的異常磨耗和撞擊性損害， 常在這些部位造成火花或拉弧，從而損傷接觸線和受電弓。接觸線硬點的發生，也會影響到 牽引電機的正常取流，在拉弧的暫態過程中對牽引電機造成嚴重的傷害，同時，還會影響機 車的牽引質量。 目前也有部分消弧分相器輔助完成分閘卸載功能，但對機車運行來說分閘卸載時 刻往往遲後，在整個回來中對受電弓與接觸網的拉弧問題只是防禦性的，卸載控制時間段 帶有隨機性和盲目性，從根本上無法滿足現有鐵路運輸大提速的技術要求，從消弧控制方 面來說，機車受電弓與接觸網仍然屬於硬性分離和搭接過程，應有的問題還是得不到解決。 在接觸網改造中，為了滿足鐵路大提速的要求，將接觸網電分相原有採用的器件 式連接改進為目前的錨段關節式，錨段關節式消除了接觸網的滑行摩擦硬點，滿足了機車 提速的要求；但在消除電弧技術方面仍然沒有實質性的進展，電力機車通過時仍然發生與 接觸網拉弧跳閘、燒傷等故障現象；同樣嚴重威脅著供電和行車的安全。這一問題仍然無法 得以解決。 2、現場問題分析情況概述[0008] 電力機車在行使位置接觸到前引線兩端屬同相而不同饋線供電的絕緣錨段關節、 分段絕緣器，因供電臂的阻抗不同而形成電壓差， 在
圖1中ab、cd、ef、gh為電分斷器；xy為相間主絕緣；Q1、Q2點為機車經過產生 拉弧點。 當電力機車通過受電弓短接兩供電臂瞬間，在短接點處產生電弧，造成設備的燒
傷和跳閘，從而影響機車的牽引質量和鐵路安全運營。如上圖中分析，x-y段為中性絕緣滑
道，2、3為兩個分段絕緣器。假使機車由左向右行駛，由A相駛出，依次經過ab、cd、xy、ef、
gh等各區段，進入B相。當機車行駛到l-2的位置時，屬於機車受電弓逐漸脫離帶電去進入
中性無電區。當機車駛過2區域內的Q1點處是有電區和無電區的接合點，是機車受電弓電
壓差轉換點，造成拉弧現象；同樣機車過了3以後，在3區域內的Q2點處是無電區和有電區
的接合點；也是機車受電弓電壓差轉換點，產生拉弧；機車受電弓經過4以後，由B相供電。
機車反方面行駛，同理，依次由B相過渡到A相，故障產生原因與上述相同。 通過上述故障原因分析，受電弓與接觸網有電區或無電區在接觸和分離時產生放
電拉弧不具備滅弧能力，為了實現受電弓與接觸網的真正滅弧能力，只有通過其他設備輔
助完成消弧或滅弧功能；大量試驗證明通過在燃弧點附近串並聯有消弧功能的電器設備從
根本上無法完全滿足消除弧光引起的跳閘和燒傷現象。在燃弧點附近串並聯有消弧功能的
電器設備只能消弱電弧光對運行的影響，受電弓與接觸網間屬於高電壓大電流受電現象，
產生拉弧故障原因複雜多變；採用預防性的串並聯消弧設備解決問題比較表面。 牽引供電跳閘是牽引供電設備運行狀態不良的直接體現。接觸網拉弧、設備隱患、
故障或外界原因造成的跳閘，直接威脅著牽引供電設備的安全運行。尤其以接觸網拉弧
引起跳閘事故和燒傷事故最為頻繁；所以從根本上解決接觸網拉弧現象；防止牽引供電跳
閘，對提高鐵路運輸效率、保障鐵路運輸的安全暢通都具有重要意義。 基於上述現有接觸網消弧控制方式的不足之處，本發明人設計了本實用新型"接 觸網消弧控制裝置"。
實用新型內容本實用新型針對上述現有技術的不足所要解決的技術問題是提供一種用於消除 接觸網拉弧跳閘和燒傷等故障現象的接觸網消弧控制裝置。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是 —種接觸網消弧控制裝置，用於消除接觸網拉弧跳閘和燒傷等故障現象，所述的 消弧控制裝置由消弧主控制器MCU、過電壓吸收器MDA和永磁滅弧開關組成，其中過電壓吸 收器MDA和永磁滅弧開關相併聯，消弧主控制器MCU為永磁滅弧開關的指令控制器。 所述的永磁滅弧開關採用具有滅弧能力的永磁真空開關，永磁真空開關驅動採用 永磁機構驅動器。 所述的消弧主控制器MCU為運算速度快、數據處理精度高和抗幹擾能力強的32位 DSP處理器，消弧主控制器MCU的測量範圍在5A 2000A。 所述的消弧控制裝置的一端與電分斷器ab相連接，電力機車在每次經過電分相 器需要通過非絕緣錨段關節和絕緣錨段關節，非絕緣錨段關節完成機械分段作用，絕緣錨 段關節完成機械分段和電分段兩種作用，電分斷器ab在非絕緣錨段關節區域的機械分段連接處串聯消弧控制裝置，在該段區域內採用主電"先切"，受電弓與接觸網"後離"的控制 邏輯解決機車卸載拉弧問題；該處消弧控制裝置正常處於合閘狀態，消弧控制裝置另一端 與前方電源母線區相電接，非絕緣錨段關節區域的後段區域為有效電流採集區，當機車行 駛到有效電流採集區的位置時，消弧控制裝置內的消弧主控制器用於撲捉到機車電流後發 出分閘指令，在機車受電弓到達拉弧點前，消弧控制裝置切除主電，受電弓接觸點安全進入 無電中性區，經過延時若干時間，消弧控制裝置內的消弧主控制器自動復位，等待下一次機 車駛來入。 所述的消弧控制裝置的一端與電分斷器cd相連接，電分斷器gh在非絕緣錨段關 節區域的機械分段連接處串聯消弧控制裝置，消弧控制裝置在該段區域內採用受電弓與接 觸網"先接"，主電"後送"的控制邏輯解決機車帶載拉弧問題；該處消弧控制裝置正常處於 分閘狀態，消弧控制裝置另一端與後方電源母線區相電接，非絕緣錨段關節區域的前段區 域為有效電流採集區，當機車行駛到有效電流採集區的位置時，消弧主控制器採集機車經 過產生的有限電容電流，用於撲捉到機車電容電流後發出合閘指令，在機車受電弓幾乎不 受機車電容電流的影響下經入拉弧點後，在受電弓與接觸網完全接觸穩定後，消弧控制裝 置為機車送入主電，受電弓不受弧電流影響駛入有電區，消弧控制裝置內的消弧主控制器 自動復位，等待下一次機車駛來入。 本實用新型由具有滅弧能力的設備來輔助完後受電弓與接觸網間的每次拉弧現 象；具有滅弧能力的電器設備在運行中抑制電弧，縮短燃弧時間和燃弧強度；從根本上避 免供電的跳閘事故和對電器設備的燒傷事故。 消弧控制裝置主設備採用新型的具有滅弧能力的機車用真空開關，真空開關驅動 採用先進的永磁機構驅動器，開關具有過零關斷技術、使用壽命長、開斷時間小等特點。 消弧控制裝置主控制器採用美國TI公司的32位DSP處理器，具有運算速度快，數 據處理精度高、抗幹擾能力強等特點；消弧控制裝置主控制器測量在5A 2000A的範圍內， 完全滿足機車運行電流的監視能力。 就按照目前非絕緣錨段關節跨度長度200m估算，列車行使300km/h計算，列車行 駛完200m距離需要2. 4s。 滅弧開關採用永磁真空開關，具有滅弧能力的機車用真空開關，真空開關驅動採 用先進的永磁機構驅動器，具有過零關斷技術、使用壽命長、開合時間小等特點，永磁真空 開關合分閘時間周期一般小於20ms。 消弧控制裝置內主控制器處理器採用美國TI公司的32位DSP處理器，具有運算 速度快，數據處理精度高、處理指令周期小於30ns ;按照內部任務分配合處理能力，主程序 在5ms內運行一個周期，按照將模擬量採集一個周波計算，CPU控制出口按照10ms時間長 度計算，主控制器完成控制周期小於30ms。 從上述控制器控制周期估算值來看，消弧控制裝置完成一次消弧控制最小周期時 間不大於50ms ;考慮到電弧完全熄滅時間在內，總時間周期小於100ms ;與列車300m/h行 車速度的行車時間長度2. 4s相比較；消弧控制裝置運行時間周期完全滿足消弧控制時間 的技術要求。 本實用新型一種接觸網消弧控制裝置的有益效果是 A)防止供電跳閘事故
5[0030] 接觸網消弧控制裝置，避免受電弓和接觸網在有電的情況下瞬間搭接；不會形成 瞬間超負荷弧光電流，保證牽引變電站主變的安全運行；不會形成故障跳閘電流；從而保 證接觸網安全供電。 B)防止受電弓與接觸網導線拉弧燒傷事故 本實用新型採用主電"先切"和主電"後進"的控制邏輯，避免在有電的情況下受電 弓與接觸網搭接；受電弓與接觸網接觸點不具有滅火能力，通過主電"先切"與主電"後進" 的控制思想將電弧轉移到具有滅弧功能的"接觸網消弧控制裝置"上切斷主力電源或接通 主力電源；消除接觸網與電力機車接觸瞬間的拉弧現象，從而保證受電弓與接觸網的安全， 延長接觸網導線以及機車受電弓的使用壽命。 C)受電弓與接觸網的"柔性無電弧"接觸技術，保證鐵路再提速的可能性和承接大 容量的運載能力 機車在高速行駛中，在接觸網錨段關節處，消弧控制裝置相當於機車受電弓與接 觸網的外加防護膜；使受電弓在無負荷的情況下與接觸網分離或搭接接觸網，真正實現受 電弓與接觸網的"柔性"接觸，有效保障受電弓和接觸網導線的安全；這樣在無接觸搭接隱 患故障的情況下，可有效支持鐵路運輸的再提速能力和提高機車運輸的大容量運載能力。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。 圖1是機車經過錨段關節故障分析圖； 圖2是機車駛入錨段關節中性區消弧裝置工作分析圖； 圖3是機車駛出錨段關節中性區消弧裝置工作分析圖。 附圖標記說明 10、消弧控制裝置 11、消弧主控制器MCU 12、過電壓吸收器MDA 13、永磁滅弧開關 20、電分斷器ab 30、電分斷器cd 40、機車
具體實施方式參照圖2至圖3，本實用新型是這樣實施的 —種接觸網消弧控制裝置，用於消除接觸網拉弧跳閘和燒傷等故障現象，所述的 消弧控制裝置10由消弧主控制器MCU11、過電壓吸收器MDA12和永磁滅弧開關13組成，其 中過電壓吸收器MDA12和永磁滅弧開關13相併聯，消弧主控制器MCU為永磁滅弧開關13 的指令控制器。 電力機車40在每次經過電分相器需要通過非絕緣錨段關節和絕緣錨段關節，非 絕緣錨段關節完成機械分段作用，絕緣錨段關節完成機械分段和電分段兩種作用；本實用 新型是在具有機械分段能力的非絕緣錨段關節內的機械分段連接處串接具有滅弧能力的 消弧裝置。 圖2是機車駛入錨段關節中性區消弧裝置工作分析圖C為消弧控制裝置電流採 集區；Q1點為機車40經過產生拉弧點。消弧控制裝置10在該段區域內採用主電"先切"，受 電弓與接觸網"後離"的控制邏輯解決機車卸載拉弧問題；圖中x段為中性絕緣滑道區域，1、2為兩個分段錨段關節。假使機車40由左向右行駛，由A相駛出，依次經過ab、cd、x等各 區段，進入無電中性區。在1區即非絕緣錨段關節區域ab區的機械分段連接處串聯Z-消弧 控制裝置，該處消弧控制裝置正常處於合閘狀態，消弧控制裝置電源引自前方電源母線區， 當機車40行駛到1-2的位置時，屬於本迴路消弧控制裝置有效電流採集區，消弧控制裝置 內主消弧控制器撲捉到機車40電流後發出分閘指令，在機車40受電弓到達拉弧點Ql點之 前，消弧控制裝置切除主電，受電弓接觸點安全進入無電中性區。經過延時若干時間，消弧 控制裝置主控制器自復，等待下一次機車40駛來入。 圖3是機車駛出錨段關節中性區消弧裝置工作分析圖，消弧控制裝置10在該段區 域內採用受電弓與接觸網"先接"，主電"後送"的控制邏輯解決機車帶載拉弧問題；圖中x 段為中性絕緣滑道區域，3、4為兩個分段錨段關節。假使機車40由左向右行駛，由中性區 駛出，依次經過y、 ef、 gh、等各區段，進入有電B相區域。同樣在4區即非絕緣錨段關節區 域gh區內的機械分段連接處串聯Z-消弧控制裝置，該處消弧控制裝置正常處於分閘狀態， 消弧控制裝置電源引自後方電源母線區，當機車40由y區行駛到3-4的位置時，屬於本回 路消弧控制裝置有效電流採集區，消弧控制裝置內主控制器採集機車40經過產生的有限 電容電流，當消弧控制裝置內主消弧控制器撲捉到機車40電容電流後發出合閘指令，在機 車40受電弓幾乎不受機車40電容電流的影響下經入拉弧點Q2點後，即就是在受電弓與接 觸網完全接觸穩定後，消弧控制裝置為機車40送入主電，受電弓不受弧電流影響駛入有電 區。經過延時若干時間，消弧控制裝置主控制器自復，等待下一次機車40駛入。 在本實用新型實施例中，按照目前非絕緣錨段關節跨度長度200m估算，列車行駛 300km/h計算，列車行駛完200m距離需要2. 4s。 永磁滅弧開關採用永磁真空開關，永磁真空開關是具有滅弧能力的機車用真空開 關，真空開關驅動採用先進的永磁機構驅動器，具有過零關斷技術、使用壽命長、開合時間 小等特點，永磁真空開關合分閘時間周期一般小於20ms。 消弧控制裝置內主控制器處理器採用美國TI公司的32位DSP處理器，具有運算 速度快，數據處理精度高、處理指令周期小於30ns ;按照內部任務分配合處理能力，主程序 在5ms內運行一個周期，按照將模擬量採集一個周波計算，CPU控制出口按照10ms時間長 度計算，主控制器完成控制周期小於30ms。 根據上述控制器控制周期估算值來看，消弧控制裝置完成一次消弧控制最小周期 時間不大於50ms ;考慮到電弧完全熄滅時間在內，總時間周期小於100ms ;與列車300m/h 行車速度的行車時間長度2. 4s相比較；消弧控制裝置10運行時間周期完全滿足消弧控制 時間的技術要求。 以上所述，僅是本實用新型接觸網消弧控制裝置的較佳實施例而已，並非對本實 用新型的技術範圍作任何限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上的實施例所作的任 何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求一種接觸網消弧控制裝置，其特徵在於所述的消弧控制裝置(10)由消弧主控制器MCU(11)、過電壓吸收器MDA(12)和永磁滅弧開關(13)組成，其中過電壓吸收器MDA(12)和永磁滅弧開關(13)相併聯，消弧主控制器MCU為永磁滅弧開關(13)的指令控制器。
2. 根據權利要求l所述的接觸網消弧控制裝置，其特徵在於所述的永磁滅弧開關(13)採用具有滅弧能力的永磁真空開關組成，永磁真空開關驅動採用永磁機構控制器。
3. 根據權利要求l所述的接觸網消弧控制裝置，其特徵在於所述的消弧主控制器MCU(ll)為32位DSP處理器，消弧主控制器MCU的測量範圍在5A 2000A。
4. 根據權利要求l所述的接觸網消弧控制裝置，其特徵在於所述的消弧控制裝置(10)的一端與電分斷器ab(20)相連接，電分斷器ab(20)在非絕緣錨段關節區域的機械分段連接處串聯消弧控制裝置(io)，在該段區域內採用主電"先切"，受電弓與接觸網"後離"的控制邏輯解決機車卸載拉弧問題；該處消弧控制裝置(10)正常處於合閘狀態，消弧控制裝置(10)另一端與前方電源母線區相電接，非絕緣錨段關節區域的後段區域為有效電流採集區，當機車(40)行駛到有效電流採集區的位置時，消弧控制裝置(10)內的消弧主控制器(11)用於撲捉到機車(40)電流後發出分閘指令，在機車(40)受電弓到達拉弧點前，消弧控制裝置切除主電，受電弓接觸點安全進入無電中性區，經過延時若干時間，消弧控制裝置(10)內的消弧主控制器(11)自動復位，等待下一次機車(40)駛來入。
專利摘要本實用新型涉及到一種供電設備裝置，尤其涉及到一種主要用於鐵路接觸網的接觸網消弧控制裝置。其用於消除接觸網拉弧跳閘和燒傷等故障現象，所述的消弧控制裝置由消弧主控制器MCU、過電壓吸收器MDA和永磁控制滅弧開關組成，其中過電壓吸收器MDA和永磁控制滅弧開關相併聯，消弧主控制器MCU與永磁控制滅弧開關相連。本實用新型的有益效果是由具有滅弧能力的設備來輔助完後受電弓與接觸網間的每次拉弧現象；具有滅弧能力的電器設備在運行中抑制電弧，縮短燃弧時間和燃弧強度；從根本上避免供電的跳閘事故和對電器設備的燒傷事故。
文檔編號H02H9/08GK201528197SQ20092013377
公開日2010年7月14日 申請日期2009年7月9日 優先權日2009年7月9日
發明者鄧永輝, 陳彥武 申請人:深圳市奇輝電氣有限公司