接觸網(wǎng)課程設(shè)計(jì)---京-滬高速電氣化鐵道自動過電分相式錨段關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 題目</b></p><p>　　京-滬高速電氣化鐵道自動過電分相式錨段關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1 題目分析</b></p><p>　　手動過電分相，操作頻率太高。在很短的時(shí)

2、間內(nèi)完成手動分閘、降弓升弓、合閘過程，工作強(qiáng)度大，而且操作不慎會燒傷電分相絕緣設(shè)備及受電工滑板，造成事故。目前，在高速電氣化鐵路上都相應(yīng)的采取了自動過電分相裝置。</p><p>　　2.2 地面電分相錨段關(guān)節(jié)</p><p>　　2.2.1 工作原理</p><p>　　地面過電分相自動轉(zhuǎn)換裝置設(shè)在錨段關(guān)節(jié)的分相區(qū)，在錨段關(guān)節(jié)的分相區(qū)處嵌入一個中性段，其兩端分別由

3、空氣絕緣器間隙1JY、1JY與兩相絕緣網(wǎng)絕緣。兩臺真空負(fù)荷開關(guān)1ZK、2ZK分別跨接在1JY、1JY上，使絕緣網(wǎng)兩相能通過1ZK及2ZK分別向中性段供電；在線路邊設(shè)置四臺機(jī)車位置傳感器1CG、2CG、3CG、4CG1。無車通過時(shí)兩臺真空負(fù)荷開關(guān)均斷開，中性段無電。</p><p>　　當(dāng)機(jī)車從A相駛來，到1CG處時(shí)，真空負(fù)荷開關(guān)1ZK閉合，中性段接觸網(wǎng)由A相供電，待機(jī)車進(jìn)入中性段，到3CG處時(shí)，1ZK分?jǐn)啵?ZK

4、隨即迅速閉合，完成中性段供電的換相交換。由于此時(shí)中性段已由B相供電，機(jī)車可以在不用任何附加操縱、負(fù)荷基本不變的條件下通過電分相區(qū)段，帶機(jī)車駛離4CG處后，2ZK分?jǐn)?，裝置回零，各項(xiàng)設(shè)備恢復(fù)到無機(jī)車通過時(shí)的狀態(tài)。</p><p>　　2.2.2 真空負(fù)荷開關(guān)</p><p>　　真空負(fù)荷開關(guān)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它的任務(wù)是每當(dāng)機(jī)車通過電分相區(qū)段時(shí)迅速地完成對機(jī)車供電相位的切換，為壓縮開關(guān)切換過

5、程中的瞬間斷電時(shí)間，減輕對機(jī)車的機(jī)電沖動，在大波距的情況下，要求其分合閘速度快并有較高的響應(yīng)速度；要求據(jù)有較強(qiáng)的機(jī)械和電氣壽命。</p><p>　　圖1 地面自動轉(zhuǎn)換電分相裝置工作原理圖</p><p>　　新型真空負(fù)荷開關(guān)，在真空滅弧室中選用了大口徑、大波距的沖壓型波紋管，并采用預(yù)拉伸裝置技術(shù)，以減小波紋管大為面積的形變，提高其使用壽命。還采用了新型高壓消汽劑和可閥焊封裝等新技術(shù)、新工

6、藝，在開關(guān)整體裝配設(shè)計(jì)上加強(qiáng)減震環(huán)節(jié)，開關(guān)機(jī)構(gòu)采用既簡單又實(shí)用的電磁合拍式。由于采取克一系列有效地技術(shù)措施，使開關(guān)的機(jī)械和電氣壽命超過6萬次。真空負(fù)荷開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)如下：額定工作電壓27.5kV（工頻有效值）；工頻耐壓 95kV，持續(xù)1min（斷口間及本地對地）；額定關(guān)合電壓流 20kA；額定工作電流 1000kA；合閘時(shí)間 不大于70ms。</p><p>　　2.2.3 控制系統(tǒng)</p>&

7、lt;p>　　轉(zhuǎn)換裝置控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對各執(zhí)行部件精確可靠的自動控制和狀態(tài)監(jiān)視，系統(tǒng)控制原理如圖3所示。該系統(tǒng)據(jù)有如下功能：有足夠的邏輯運(yùn)算及控制功能，以實(shí)現(xiàn)裝置運(yùn)行的自動化；能自動檢出裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的各種故障并分類報(bào)警，便于查找排除；</p><p>　　有較高的響應(yīng)速度，以壓縮開關(guān)切換時(shí)的瞬間斷電時(shí)間；有較強(qiáng)的抗干擾性能，能在強(qiáng)電磁干擾條件下可靠工作。</p><p>　　圖2 半

8、導(dǎo)體自動轉(zhuǎn)換示意圖</p><p>　　圖3 半導(dǎo)體自動轉(zhuǎn)換示意圖</p><p>　　圖4 半導(dǎo)體自動轉(zhuǎn)換示意圖</p><p>　　圖5 半導(dǎo)體自動轉(zhuǎn)換示意圖</p><p>　　圖6 半導(dǎo)體自動轉(zhuǎn)換示意圖</p><p>　　控制裝置采用了以可編程序控制器為核心的控制系統(tǒng)。可編程控制器是以微處理器為核心的機(jī)電一體

9、化的自動控制裝置，它把計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，它與被控制設(shè)備的連接適應(yīng)性好，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，適用于工業(yè)控制的工業(yè)環(huán)境，功能強(qiáng)、性能優(yōu)。同時(shí)，再加上機(jī)車位置傳感器、輸入信號隔離、輸出驅(qū)動、電源、顯示、報(bào)警、試驗(yàn)等部分，組成裝置的控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定、可靠。</p><p>　　2.3 柱上式網(wǎng)上斷載自動過電分相裝置</p><p>　　上式網(wǎng)上斷載自動過電分相裝

10、置，是三種自動轉(zhuǎn)換過電分相裝置的一種模式。它的特點(diǎn)是其自動轉(zhuǎn)換過電分相的設(shè)備在支柱上；其次在過電分相的瞬間，對電力機(jī)車實(shí)行斷電；另外是設(shè)備簡單，柱節(jié)省地面空間，且減少維護(hù)費(fèi)用。</p><p>　　網(wǎng)上斷載自動過電分相裝置，是在接觸網(wǎng)的電分相中性區(qū)域安心黃相應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動過電分相的裝置設(shè)備，是現(xiàn)在無人為干擾的情況下，機(jī)車自動通過電分相區(qū)域。其基本原理如圖3所示。</p><p>　　圖7 網(wǎng)上

11、斷載自動過電分相裝置示意圖</p><p>　　圖7中L1、L2為磁控線包，K1、K2為真空滅弧室，MDA位過電壓吸收器，x-y段為中性段絕緣滑道，2、3為兩個分段絕緣器。假使機(jī)車由左至右行駛，由A相駛?cè)?，依次?jīng)過ab、cd、xy、ef、gh各區(qū)段，進(jìn)入B相。當(dāng)機(jī)車行駛到1—2的位置，即進(jìn)入線包受流區(qū)時(shí)，機(jī)車通過磁控線包L1受流，真空滅弧室K1合閘，2—x區(qū)段帶電。當(dāng)機(jī)車駛過2以后，離開了控制線包受流區(qū)，進(jìn)入K1

12、供電的分短區(qū)，真空滅弧室分閘，機(jī)車斷載。此時(shí)機(jī)車不帶電通過2-3之間的電分相x-y主絕緣區(qū)。通過了3以后，機(jī)車通過B相的受流線包L2得到B相的電流，經(jīng)過4以后，由B相供電。機(jī)車反方向行駛時(shí)，同理，依次由B相過渡到A相。</p><p>　　2.3.1 涌流的限制</p><p>　　在網(wǎng)上斷載過電分相裝置的自動切換的換向中，瞬間失電是不可避免的，而相加電時(shí)，電力機(jī)車的涌流很大。根據(jù)資料，日

13、本制式的自動過電分相裝置，其涌流值可達(dá)到正常工作電流的6～7倍，易造成電力機(jī)車主斷路器和牽引變電所的跳閘。在該裝置的設(shè)計(jì)中加強(qiáng)了L1和L2的阻抗作用，使涌流得到了大幅度的限制。</p><p>　　經(jīng)過實(shí)測和實(shí)驗(yàn)證明，涌流峰值在電力機(jī)車主變壓器原邊為正常工作電流的1.84～2.57倍，即在280～360之間，沒有超過400A的保護(hù)整定值。而機(jī)車輔機(jī)電路的涌流值為正常工作電流的2.5～3.75倍，即在1160～21

14、00A之間，沒有超過2800A的保護(hù)整定值。</p><p>　　為保護(hù)機(jī)車在過渡過程中有充分余量保障不跳閘，根據(jù)涌流時(shí)間短的特點(diǎn)，把機(jī)車主變電器過流保護(hù)與輔機(jī)電路過流保護(hù)，在電流整定值不變的的前提下，把原來快速靈敏的功能改為0.2s（機(jī)車主變壓器過流保護(hù)）和0.4s（輔機(jī)電路過度保護(hù)）的延遲型保護(hù)，使機(jī)車保護(hù)回路延時(shí)問題得到了妥善解決。</p><p>　　2.3.2 網(wǎng)上斷載過電分相裝

15、置的適用范圍及特點(diǎn)</p><p>　　適應(yīng)全天候和海拔2500m以下的電氣化鐵路；大坡度2％以下重載列車的上下坡運(yùn)行；裝置能適應(yīng)根據(jù)要求局部改造的各類電力機(jī)車，并能運(yùn)行于常速重載線路；整體裝置安裝在支柱上，具有良好的安全防范效果，同時(shí)無需征用土地建房和配備值班人員，有利于降低投資和推廣使用；裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，維修簡易。</p><p>　　2.4 車載斷電自動轉(zhuǎn)換電分相裝置<

16、/p><p>　　車載斷電自動轉(zhuǎn)換電分相裝置，是在電力機(jī)車控制室內(nèi)及電分相區(qū)域安裝必要的裝置和設(shè)備，以至于不需要人為干預(yù)而實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車自動轉(zhuǎn)換的電分相裝置。是目前世界上所出現(xiàn)的三種自動過的電分相形式的一種，這種裝置在廣州鐵路（集團(tuán)）公司研制成功，并且通過技術(shù)鑒定。</p><p>　　控制裝置的主要功能是根據(jù)機(jī)車的運(yùn)行方向、機(jī)車運(yùn)行速度、主斷路器的工作狀態(tài)及機(jī)車運(yùn)行位置進(jìn)行自動控制機(jī)車通過分相

17、區(qū)間。在控制裝置的工作期間，當(dāng)機(jī)車在非分相區(qū)運(yùn)行時(shí)，司機(jī)可按照正常操作程序進(jìn)行操作，當(dāng)機(jī)車接近分相區(qū)間時(shí)，可由裝置自動控制通過分相區(qū)，也可由司機(jī)手動控制通過，無需進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　車載斷電自動轉(zhuǎn)換過電分相系統(tǒng)的一個重要組成部分是分布在每個分相點(diǎn)的地面感應(yīng)器。裝置通過地面感應(yīng)器接收到的分布在分相點(diǎn)軌道兩邊的地面感應(yīng)器信號，來判斷是臨近分相點(diǎn)或是已經(jīng)過了分相點(diǎn)，并發(fā)出相應(yīng)的控制信號。為了保證車載斷電自動

18、轉(zhuǎn)換過電分相控制裝置的正常工作，機(jī)車的合主斷路器信號會使控制裝置初始化，并使各狀態(tài)標(biāo)志位為等待過電分相點(diǎn)的狀態(tài)。</p><p>　　2.5 三種自動過電分相方式的比較</p><p>　　2.5.1 車載斷電自動轉(zhuǎn)換電分相裝置的優(yōu)越性、實(shí)用性和待完善的問題</p><p>　?。?）采用自動過電分相代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動操作過電分相，較大地減輕了乘務(wù)員的勞動強(qiáng)度，能有效地

19、避免由于乘務(wù)員疏忽、操作不當(dāng)而引起的燒電分相絕緣器、變電所跳閘而中斷供電等事故以及由此造成的經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　?。?）地面感應(yīng)器采用免維護(hù)的材料，基本上可以達(dá)到一勞永逸，不僅提高了地面感應(yīng)器的安全可靠性，還可以大大降低成本。</p><p>　?。?）在高速運(yùn)行區(qū)段，自動過電分相更是顯示出了其強(qiáng)大的優(yōu)越性，不但避免了乘務(wù)員對過電分相的頻繁操作，而且使過電分相區(qū)提高了安全度，并較

20、大地減少了速度損失。</p><p>　?。?）車載斷電自動過電分相系統(tǒng)，從總體上講是技術(shù)先進(jìn)、設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)緊湊的一種較為理想的方案和系統(tǒng)。 </p><p>　　2.5.2 地面電分相自動轉(zhuǎn)換裝置與供電設(shè)備、機(jī)車的兼容問題</p><p>　　地面型電分相自動轉(zhuǎn)換裝置的工作原理，就是將電力機(jī)車這一復(fù)雜的大功率負(fù)荷，在瞬間進(jìn)行換相的前提下，實(shí)現(xiàn)帶負(fù)荷轉(zhuǎn)換。這種帶負(fù)

21、載的切換勢必產(chǎn)生較大的過渡過程，這對機(jī)車電氣設(shè)備、供電系統(tǒng)電氣設(shè)備及其運(yùn)行安全危害極大。因此，如何降低合閘電壓時(shí)完善和提高該系統(tǒng)工作性能的方向，而其有效手段是選擇合閘相位，使其電沖擊達(dá)到最小。</p><p>　　通過研究、試驗(yàn)，研制成功了智能選項(xiàng)開關(guān)。智能選相開關(guān)的研制成功不僅可以解決地面型電分相自動轉(zhuǎn)換裝置的過電壓問題，并使該裝置與相關(guān)設(shè)備的兼容問題圓滿解決。</p><p><

22、b>　　3 結(jié)論</b></p><p>　　采用這種設(shè)計(jì)方案，接觸網(wǎng)無供電死區(qū)，無須司機(jī)操作，機(jī)車上主斷路器無須動作，自動換相時(shí)接觸網(wǎng)中性段瞬間斷電時(shí)間很短，且此時(shí)間與行車速度無關(guān)，可適用于0～350 km/h 速度范圍，對行車中可能出現(xiàn)的限速、一度停車等情況均能正常工作。</p><p>　　但是中性段的長度難于確定。對于只有1個受電弓的列車或是雙機(jī)重聯(lián)、2臺機(jī)車緊靠

23、的列車，中性段的長度可以按雙機(jī)長度來確定。對于雙機(jī)重聯(lián)，機(jī)車分布在首尾的列車或是多弓動力分散型列車，中性段要按整個列車長度來考慮。中性段的長度必須考慮本區(qū)段運(yùn)行模式的多樣性。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 于萬聚著.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2002.1-20.</p><