帶有軌道車道的至少兩個有關車道的車道部件和一個變電站的系統的製作方法

2023-08-10 17:48:46

專利名稱：帶有軌道車道的至少兩個有關車道的車道部件和一個變電站的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有按照權利要求1的前序部分的特徵的系統。
背景技術：
公知的是，為諸如鐵路線段或磁懸浮鐵路線段的軌道車道配備有有關 車道的車道部件。這些部件通常被供以電能，該電能由一個與車道部件連 接的變電站提供。例如，車道部件可以是道岔、通信裝置、信號裝置，等 等。
例如，在上海建造的磁懸浮鐵路(Transrapid)具有多個變電站，這些 變電站分別與預定數量的按照開關站(Schaltstelle )形式的車道部件連接。 這些開關站實施一種車輛同步化的定子片段轉換。圖1中示意性地示出了 這種系統。在圖1中能夠看到兩個變電站10和15,它們在輸入端一側連接 到20 kV的饋電導線20上。20 kV饋電導線20例如是一個為不同的分站供 電的中壓電纜環。變電站10和15相互的距離d平均為4 km。在輸出端一 側兩個變電站分別星形地與預定數量的開關站連接；在圖1中用參考標記 25、 30和35標明了變電站10的開關站。變電站和開關站之間的連接導線 40，在磁懸浮鐵路的情況下是施加了 400V電壓的三相電纜。
單個連接導線40的鋪設是分別按照在有關導線上最大預期的電壓降而 進行的，並且必須按照每個單個開關站的可能的最大負載被鋪設。由於對 接觸器以及開關站的監視電子裝置的開關可靠性的要求，所允許的供電電 壓公差最大介於標稱電壓的-7°/。和+10。/。之間。為了遵守該規定，必須將^ 接導線40的電纜橫截面配置得相對大，以便承擔在導線上有關的電壓降。 例如，在開關站25和變電站IO之間距離為2km的條件下，在採用銅電纜 時可能要求例如25 mm2的導體橫截面。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，如下地進一步開發一種本文開始部分所
4述類型的系統，使得可以比以前更簡單地規劃並且比以前更造價低廉地制 造。
按照本發明，上述技術問題是通過具有權利要求1的特徵的系統解決 的。本發明的優選實施方式在從屬權利要求中給出。
按照本發明，如下地構造變電站使得其在輸出端一側產生一個比所 連接的車道部件運行所需要的運行電壓更高的輸出電壓，並且所述車道部 件分別配備了降壓裝置，所述降壓裝置將由所述變電站所提供的供電電壓 降低為各個車道部件分別所需要的運行電壓。
按照本發明的系統的一種主要優點在於，其中在變電站與其上連接的 車道部件之間的連接導線不必針對其電氣負載單獨地配置；因為由於連接 導線施加比車道部件實際所需要的更高的輸出電壓的原因，而保證了可以 利用相對極小的電流傳輸所需要的能量。具體地，供電電壓選擇得越大， 所需要的電流就越小。同樣，電流越小，則在連接導線上的電壓降也越小， 並且在負載波動的情況下在各個車道部件的輸入端上的供電電壓的波動也 就越小。根據本發明的概念，傳輸比車道部件一側所要求的更高的供電電 壓，並且在車道部件的內部個別地進行電壓調整，關於連接導線的選^f和 配置的規劃開銷比迄今為止顯著地更小。如果在設備的規劃階段或者在制 造之後還要進行結構上的改動，並且由此事後改變連接導線的長度，則所 解釋的較小的規劃開銷具有特別巨大的經濟效果；因為在本發明中由於僅 有小的供電電流，使得導線長度的改變對於導線橫截面的選擇來說不起作 用、至少不起顯著作用。
按照本發明的系統的另一個主要優點在於其比由Transrapid所公知的 系統帶來更少的開銷；由於在連接導線上的較小的供電電流而可以採用具 有較小的橫截面的導線，從而顯著地降低了導線開銷。儘管該開銷優點的 一部分通過車道部件一側的所需要的降壓裝置再次被抵消，不過在按照本 發明的系統中總體上還保留了顯著的開銷優點。
車道部件的降壓裝置分別具有調整裝置，該調整裝置如下地調整在各個車 道部件上所施加的供電電壓的由負載引起的波動使得對各個車道部件形 成恆定、至少近似於恆定的運4於電壓。
優選地，如下地構造所述調整裝置使得該調整裝置將在各個車道部件上所施加的供電電壓的由負載引起的波動置於各個標稱值的-50%和
+20%之間的範圍之內。
為了實現連接導線中儘可能小的電流，優選的是，所述輸出電壓至少 是車道部件最大所要求的運行電壓的兩倍。
優選地，所述系統被用於對磁懸浮鐵路線的輔助供電。在這種情況下， 被視為優選的是，所述至少兩個車道部件分別構成開關站，該開關站與所 述磁懸浮鐵路線軌道一側的定子片段連接，並且為^f茲懸浮鐵路保證車輛同 步化的定子片段轉換。
根據系統的第 一優選的變形，所述變電站與至少兩個車道部件通過母 線電纜連接，每個車道部件被連接到該母線電纜上，而不電氣地中斷該母 線電纜。該變形的顯著優點在於，節省了導線以及由此的投入和敷設開銷； 因為取代每個開關站與變電站之間的星形連接，基本上僅僅要求唯一的電 纜，即，該電纜從變電站向最遠處的開關站延伸並且在此電氣接觸地經過 位於其間的開關站。例如，所述母線電纜是單相的，以便節省導線開銷。
根據系統的第二優選的變形，所述車道部件被如下鏈形地電氣設置 每個由車道部件形成的鏈環節通過單獨的電纜片段與分別設置在前的和分 別設置在後的鏈環節連接，其中，至設置在後的鏈環節的電纜片段以及'至 設置在前的鏈環節的電纜片段通過迴路連接相互電氣連接，並且其中，至 少一個鏈環節通過連接電纜與所述變電站連接。優選地，所述電纜片段和 連接電纜是單相的，以便節省導線開銷。
特別優選地，對於所述母線電纜以及對於所述電纜片段和連接導線採 用四芯(vieradrige)的交流電導線。其中，優選地分別平行地接通對角線 上相對的兩個導體，以便使得導線電抗(電阻和電感)最小並且優化傳輸 特性。
特別造價有利並且由此優選的是，利用單相變壓器、特別是環形鐵心 變壓器來構造所述降壓裝置。
例如，由變電站供電的車道部件是道岔控制器、通信裝置或無線電裝 置構成。
此外，本發明還涉及一種用於為軌道車道的至少兩個有關車道的車道 部件提供電能的方法，其中，所述車道部件由同一個變電站提供供電電壓。 為了能夠簡單並且造價低廉地實施該方法，按照本發明建議利用所述變電站在輸出端一側產生一個比所述車道部件運行所需要的運行電壓更 高的輸出電壓，並且在所述車道部件中分別利用降壓裝置，將由所述變電. 站所提供的供電電壓降低、特別是向下調整到各個車道部件分別所需要的-運行電壓。
關於本發明的方法的優點以及關於本發明的方法的優選實施方式的優 點，請參見上面結合本發明的系統的解釋。


下面，根據實施例對本發明作進一步的說明；其中附圖中示例性地 圖1示出了現有技術的系統，
圖2示出了帶有母線電纜的本發明的系統的實施例，根據該系統還將 示例性解釋本發明的方法，
圖3示出了用於按照圖2的系統的母線電纜的實施例，以及
圖4示出了帶有迴路電纜的本發明的系統的第二實施例。
在圖1至4中為清楚起見為相同的或類似的部件採用了相同的參考標記。
具體實施例方式
在圖2中能夠看出電氣系統100，其可以被用於磁懸浮鐵路線。系統 100包括例如利用電壓Ul ^400V運行的供電網105。在供電網105上連接 了變電站110。
變電站IIO具有變壓器120,其將輸入端一側施加的電壓U1變換到例 如U2 = 1 kV的更高的電壓U2。變壓器120並且由此變電站IIO在輸出端 一側與母線電纜130連接，在該母線電纜上連接了多個車道部件，圖2中 利用參考標記140和150標出了其中的兩個。
母線電纜130的任務在於，為不同的分站的磁懸浮鐵路線的車道部件 提供輔助能量。
車道部件140和150可以是道岔控制器、通信裝置、無線電裝置，等 等。下面，例如假定車道部件140和150分別是開關站，它們與軌道一 側的磁懸浮鐵路線的定子片段連接，並且為磁懸浮鐵路保證車輛同步化的 定子片段轉換。兩個開關站140和150在輸入端一側分別具有降壓裝置200，它們例如 配備有變壓器210、特別是環形鐵心變壓器。該變壓器210將輸入端一側施 加的供電電壓U2'(其除了母線電纜130上可能的電壓降AU之外，等於變 電站110的輸出電壓U2 )變換到例如300 V的較小的供電電壓U3 。相應地， 變壓器210例如是lkV/300V變壓器。
變壓器210的輸出端與調整裝置220連接，該調整裝置屬於降壓裝置 200。例如，調整裝置220可以是電壓恆定調整電路(例如，帶有或不帶蓄 電池的USV(不間斷電源)、帶有電源的電網變壓器，逆變器，調節的變壓 器)，其具有例如110V至300V的儘可能寬的允許的輸入電壓範圍。調整 裝置220在輸出端一側產生例如230 V的相對恆定的運行電壓U4。該運行 電壓U4由車道部件140和150的其它組成部分(為清楚起見在圖2中沒有 詳細示出)進一步處理。
例如，母線電纜130可以通過四芯電纜構成，如在圖3中進一步示出 的那樣。該電纜130具有四個扇形導體310、 315、 320和325。其優選地被 如下連接分別平行地連接直徑上相對的扇形導體。因此，在按照圖3的 例子中，導體310和320的電流直觀地看流入到繪圖平面中，而導體315 和325的電流直觀地看流出繪圖平面。通過母線電纜130的該連接降低了 導線的電感並且提高了導線的電容，從而減小了在該導線上的電壓降，並 且至少部分地補償了變電站110的無功電流需求。
按照圖2的系統可以如下地運行
利用供電網105將例如400V的電壓U1饋入到變電站110中。變電站 110將輸入端所施加的電壓U1變換成例如1 kV的更高的輸出交流電壓U2。
輸出電壓U2作為供電電壓U2'到達變壓器210，後者將該供電電壓U2' 變換為例如300 V的減小的供電電壓U3。調整裝置220利用該較小的供電 電壓U3產生例如230 V的相對恆定的運行電壓U4。
在母線電纜130中具有極大的電流I的情況下，在母線電纜130上可能 出現相對較大的電壓降AU，從而供電電壓U2'可能被顯著的減小。即成立
U2 = U2' + AU
在按照圖2的系統中令人高興的是這種電壓降AU非常小，因為存在足 夠的"電壓保留"。即使該電壓降AU有輸出電壓U2的一半，按照圖2的 系統還可以繼續工作；因為在這種情況下供電電壓U2'還仍然有500 V,這對於調整裝置220的運行來說是足夠了。也就是說，供電電壓U2'- 500 V 在變壓器210中變換成150V的減小的供電電壓U3，該電壓仍然在已經才是 到過的調整裝置220的在110 V和300V之間的允許的輸入電壓範圍之內。
此外，母線電纜130的優點在於，通過在》茲懸浮鐵路的運行期間出現 的各個激活的開關站在位置和時間上的進一步切換，總是只有極其少的在 變電站110上所連接的開關站(耗電器)必須按照滿功率被供電，而在其 它開關站(耗電器)中對於基本負載的較小的功率就足夠了。即，母線電 纜130僅僅需要針對該負載而被優化。
最後，針對車道部件的配置要指出的是，它們應該儘可能吸收正弦形 的輸入電流(峰值因數(Crestfaktor)約為1.41)，從而在母線電纜130上 的電壓降保持為儘可能小。作為替換或者額外地，車道部件可以配備有主 動PFC ( Power Factor Correction，功率因數校正)裝置，以便優化峰值因數。 同樣，車道部件的無功功率需求應該儘可能地小。
圖4中示出了本發明的系統的另一個實施例。與按照圖2的實施例不 同，在該系統中沒有母線電纜130，而是有迴路連接導線130'。具體地，將 車道部件140、 150和160在電氣上設置成鏈。在此，中間的鏈環節150通 過單獨的電纜片段400與設置在前的鏈環節140連接，並且通過另一個單 獨的電纜片段410與設置在後的鏈環節160連接。兩個電纜片段400和410 通過迴路連接420在鏈環節150之內或者之外相互電氣連接。至少一個鏈 環節(這裡是鏈環節140)通過連接電纜430與變電站110電氣連接。
當然在鏈環節160上還可以以相應的方式連接另一個鏈環節，如通過 圖4中在鏈環節160右邊的點示意性表示的。
此外要指出的是，根據圖2的車道部件140和150和根據圖4的車道 部件140、 150和160可以不同地構造，並且例如產生並且處理不同的電壓 U3和U4。
參考標記清單
10、 20 變電站
20 饋電導線
25、 30、 35 開關站
40 連接導線
9100系統
105供電網
110變電站
120變壓器
130母線電纜
140、150、 160車道部件
200降壓裝置
210變壓器
220調整裝置
310、315扇形導體
320、325扇形導體
400、410電纜片段
420回^各連才妄
430連接電纜
Ul、U2、 U2'、U3電壓
I電流
d距離
權利要求
1. 一種帶有軌道車道的至少兩個有關車道的車道部件(140，150)和一個變電站(110)的系統(100)，該變電站與所述至少兩個車道部件電氣連接，並且用輸出電壓(U2)為它們提供電能，其特徵在於，-如下地構造變電站使得其在輸出端一側產生一個比所連接的車道部件運行所需要的運行電壓(U4)更高的輸出電壓，並且-所述車道部件分別被配備了降壓裝置(200)，所述降壓裝置(200)將由所述變電站所提供的供電電壓(U2′)降到各個車道部件分別所需要的運行電壓。
2. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述車道部件的降壓裝 置分別具有調整裝置(220),該調整裝置如下地調整在各個車道部件上所 施加的供電電壓的由負載引起的波動使得對各個車道部件形成恆定、至 少近似於恆定的驅動電壓。
3. 根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於，如下地構造所述調 整裝置使得該調整裝置將在各個車道部件上所施加的供電電壓的由負載 引起的波動平衡在各個標稱值的-50%和+20%之間的範圍之內。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的系統，其特徵在於，所述系統 被用於對磁懸浮鐵路線的輔助供電。
5. 根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述至少兩個車道部件 分別構成開關站(140， 150),該開關站與所述磁懸浮鐵路線軌道一側的定 子片段連接，並且為磁懸浮鐵路保證車輛同步化的定子片段轉換。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的系統，其特徵在於，所述變電 站與至少兩個車道部件通過母線電纜(130)連接，每個車道部件被連接到 該母線電纜上，而不電氣地中斷該母線電纜。
7. 根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述母線電纜是單相的。
8. 根據權利要求1至5中任一項所述的系統，其特徵在於，所述車道 部件被如下地鏈形電氣設置每個通過車道部件構造的鏈環節(140, 150, 160)通過單獨的電纜片段(400， 410)與分別設置在前的和分別設置在後 的鏈環節連接，-其中，至設置在後的鏈環節的電纜片段以及至設置在前的鏈環節的電纜片段通過迴路連接(420)相互電氣連接，並且-其中，至少一個鏈環節通過連接電纜(430)與所述變電站連接。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的系統，其特徵在於，至少一個 車道部件的降壓裝置具有變壓器(210)、特別是環形鐵心變壓器，和/或所 述車道部件通過道盆控制器、通信裝置或無線電裝置構成。
10. —種用於為軌道車道的至少兩個有關車道的車道部件(140, 150) 提供電能的方法，其中，所述車道部件由同一個變電站(110)用供電電壓(U2)提供電能， 其特徵在於，-利用所述變電站在輸出端一側產生一個比所述車道部件運行所需要 的運行電壓(U4)更高的輸出電壓，並且_在所述車道部件中分別利用降壓裝置(200),將由所述變電站所提 供的供電電壓降低為各個車道部件分別所需要的運行電壓。
全文摘要
本發明涉及一種帶有軌道車道的至少兩個有關車道的車道部件(140，150)和一個變電站(110)的系統(100)，該變電站與所述至少兩個車道部件電氣連接，並且以輸出電壓(U2)為它們提供電能。按照本發明，如下構造變電站使得其在輸出端一側產生一個比所連接的車道部件運行所需要的運行電壓(U4)更高的輸出電壓，並且所述車道部件分別配備了降壓裝置(200)，所述降壓裝置(200)將由所述變電站所提供的供電電壓(U2′)降低為各個車道部件分別所需要的運行電壓。
文檔編號B60L13/03GK101448672SQ200680054774
公開日2009年6月3日 申請日期2006年5月31日 優先權日2006年5月31日
發明者于爾根·格雷斯, 威爾弗雷德·格勞比茨, 沃爾夫岡·斯佩思 申請人:西門子公司