一种双流制轨道交通车辆的电压控制系统

技术领域

本发明涉及列车供电技术领域，特别涉及一种双流制轨道交通车辆的电压控制系统。

背景技术

随着世界城镇化加速发展，城市呈现多中心或者放射状发展趋势，与此同时，卫星城大量崛起，促使城市地域内部、中心城区外围、特定方向上(郊区新城或机场与中心城区之间)大量通勤交通的产生，交通拥堵问题成为制约城镇化进一步发展的瓶颈。为了打破这个困境，目前推出一种市域快轨车来解决此问题。所谓市域快轨交通，指的是大城市市域范围内的客运轨道交通线路，服务于城市与郊区、中心城市与卫星城、重点城镇间等，服务范围一般在100公里之内，市域快轨交通属于广义城市轨道交通的范畴。市域快轨交通以其高效，快捷，节能的特点正在更加广泛地应用于城市轨道交通领域，从单一线路到多条线路，从城内到城际，从单一的地下铁道系统到地下-地面-高架相结合的多元系统，电气化铁道建设越来越注重联网效益,以充分提高资源的利用率。

但是在推行市域快轨交通时也遇到一个麻烦，由于铁路电力机车牵引供电系统和城市轨道交通车辆牵引供电系统大都采用各自独立的单制式供电，且铁路电力机车采用27.5kV工频单相交流电，城市轨道交通车辆采用1500V/750V直流电。由于电压等级和电流制的不同，这就使得市域快轨列车必须采用双供电制式的受电弓，并且必须具有动态自动切换功能，才能使得受电弓能在25000V的高速动车组和1500V的地铁列车接触网中自由切换，列车既可运营在高速动车组轨道上，亦可与地铁线路共轨运营或换乘。

可是这样就需要车辆在市外时通过一种受电弓从接触网获取25kV、50Hz的单相工频交流电能，而进入市内则另一种受电弓从接触网获取1.5kV直流电供电，并需要两种不同的电压互感器或传感器来为受电弓之后的接触网电压测量显示、电能计算和设备控制保护功能提供可靠唯一的信号，造成车辆结构的复杂化，操作不便，很有必要对此加以改进。

为此，需要一种能够在直流电供电以及交流电供电间切换的双流制轨道交通车辆的电压控制系统。

发明内容

本发明提供了一种双流制轨道交通车辆的电压控制系统，能够在直流电供电以及交流电供电间切换。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种双流制轨道交通车辆的电压控制系统，包括受电部分、交流处理部分、直流处理部分和牵引部分；受电部分包括受电弓、交流高压电器箱和交直流转换开关；

直流处理部分包括直流熔断器箱、直流高压电器箱和滤波电抗器箱；

交流处理部分包括交流熔断器和牵引变压器；

牵引部分包括牵引变流器箱；

受电弓用于从弓网中接受供电；

交流高压电器箱与受电弓的输出端连接，交直流转换开关的第一端与交流高压电器箱连接，交直流转换开关的第二端用于在供电为直流电时，与直流熔断器箱连接；在供电为交流电时，与牵引变压器连接；

直流高压电器箱与直流熔断器箱连接，滤波电抗器箱与直流高压电器箱连接；

牵引变压器还与交流熔断器连接；

牵引变流器箱分别与滤波电抗器箱和牵引变压器连接。

基础方案原理及有益效果如下：

本方案中，当受电弓从弓网中接收直流电时，交直流开关的第二端与直流熔断器箱连接，直流电经直流熔断器箱、直流高压电器箱、滤波电抗器箱和牵引变流器箱，最后由牵引变流器箱处理输出至车辆的牵引电机。当受电弓从弓网中接收直流电时，交直流转换开关的第二端与牵引变压器连接，交流电经牵引变压器和牵引变流器箱，最后由牵引变流器箱处理输出至车辆的牵引电机。通过上述电路设置，车辆能够在直流电供电以及交流电供电间切换，保证车辆的正常工作。设置的交流高压电器箱能检测流经的交流电的电流值及电压值是否符合预设交流电要求，如果不符合，断开电路，保证交流电供电下电路安全。设置的直流高压电器箱能检测流经的直流电的电流值和电压值是否符合预设直流电要求，如果不符合，断开电路，保证直流电供电下电路安全。

进一步，所述交流处理部分还包括电流互感器，电流互感器设置于牵引变压器与交直流转换开关之间。

设置电流互感器可以检测输入牵引变压器的电压。

进一步，还包括辅助电源部分；辅助电源部分包括辅助电源箱、充电机箱和蓄电池箱；辅助电源箱与牵引变流器箱连接，充电机箱与辅助电源箱连接，蓄电池箱与充电机箱连接。

蓄电池箱存储电能，可以为其他设备供电。

进一步，所述受电部分还包括交流避雷器，交流避雷器与受电弓的输出端连接。

当系统出现过电压时，交流避雷器呈现低电阻，吸收过电压能量，使被保护电器设备上的过电压限制在允许范围内，从而保护了电器设备绝缘免遭过电压的损坏。在电力系统正常工作电压下，交流避雷器呈现高电阻，仅有微安级的泄漏电流流过交流避雷器，起到与系统绝缘的作用。

进一步，所述直流处理部分还包括直流避雷器，直流避雷器与直流熔断器箱连接。

进一步，所述交流高压电器箱包括真空断路器和交直流电压互感器；真空断路器用于分断预设电压的交流电，交直流电压互感器用于监控弓网电压。

进一步，所述供电为25KV交流电或1500V直流电。

附图说明

图1为实施例三双流制轨道交通车辆的电压控制系统的电路拓扑图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一

本实施例的一种双流制轨道交通车辆的电压控制系统，包括受电部分、交流处理部分、直流处理部分和牵引部分。

受电部分包括受电弓、交流高压电器箱、交流避雷器和交直流转换开关；

直流处理部分包括直流避雷器、直流熔断器箱、直流高压电器箱和滤波电抗器箱；

交流处理部分包括交流熔断器、电流互感器和牵引变压器；本实施例中，电流互感器为两个，记为电流互感器1和电流互感器2。

牵引部分包括牵引变流器箱和牵引电机。

受电弓用于从弓网中接受供电；本实施例中，供电为交流电25KV或直流电1500V。

交流避雷器与受电弓的输出端连接。本实施例中，与受电弓连接的交流避雷器数量为两个。本实施例的交流避雷器内部装有优异非线性伏安特性的电阻片，当系统出现过电压时，交流避雷器呈现低电阻，吸收过电压能量，使被保护电器设备上的过电压限制在允许范围内，从而保护了电器设备绝缘免遭过电压的损坏。在电力系统正常工作电压下，交流避雷器呈现高电阻，仅有微安级的泄漏电流流过交流避雷器，起到与系统绝缘的作用。

交流高压电器箱与受电弓的输出端连接，交流高压电器箱用于检测流经的交流电的电流值及电压值是否符合预设交流电要求，如果不符合，断开电路。本实施例中，交流高压电器箱内装有1台真空断路器，起到预设电压的交流电分断的功能，本实施例中预设电压为25Kv，另装有1台交直流电压互感器，起到监控弓网电压的作用。其中，真空断路器集成接地开关，为电控气动部件，主要由真空泡、内部触头、绝缘顶杆，环氧伞裙等组成。在25kV交流高电压时，可带载切断主回路，通过真空泡进行灭弧；在直流1500V下，额定电流为2000A，不具备切断直流电能的能力。

交直流转换开关的第一端与交流高压电器箱连接，交直流转换开关的第二端用于在供电为直流电时，与直流熔断器箱连接；在供电为交流电时，与牵引变压器连接。本实施例中，交直流转换开关为高压隔离开关，其主要作用为主电路的交直流切换。其动作原理为在有气源压力条件下，高压隔离开关的动触头总会与两组静弹片组中的一组处于接触状态。在需要进行转换时，给高压隔离开关转换指令，高压隔离开关电磁阀得电动作，气路转换，压缩空气经电磁阀进入压力气缸，推动操纵杆，使转轴旋转60°，带动高压隔离开关动触头转动完成转换动作。转轴转动的同时，固定在主轴上的凸轮驱动微动开关低压联锁改变状态，并将信号传到司机室。

通过设置直流熔断器箱，在直流电超过直流熔断器箱可以承受的电压范围的时候，直流熔断器箱熔断，对直流处理部分起保护作用。本实施例中可以承受的电压范围不超过3500V(峰值)。

直流避雷器与直流熔断器箱连接。

直流高压电器箱与直流熔断器箱连接，直流高压电器箱用于检测流经的直流电的电流值和电压值是否符合预设直流电要求，如果不符合，断开电路。具体的额，直流高压电器箱内的高速断路器用于主电路的故障保护，当主电路出现严重故障，高速断路器断开，以实现主电路的故障保护，同时高速断路器能对检测到的过电流进行快速响应脱扣，立即分断，以实现主电路短路保护。

滤波电抗器箱与直流高压电器箱连接。通过设置滤波电抗器箱，可以有效吸收电路中预设频率的谐波电流。

电流互感器1设置于牵引变压器与交直流转换开关之间，电流互感器1用于检测输入牵引变压器的电压。本实施例中，电流互感器均采用电子式电压互感器，既可以检测25kV交流电压，也可以检测1500V直流电压。

牵引变压器还与交流熔断器连接，电流互感器2设置于牵引变压器还交流熔断器之间。电流互感器2用于检测牵引变压器内的电压，交流熔断器用于在交流电超过交流熔断器可以承受的电流值的时候，交流熔断器箱熔断。本实施例中，牵引变压器额定输出功率：4x450kVA。

牵引变流器箱分别与滤波电抗器箱和牵引变压器连接，牵引变流器箱还与牵引电机连接。牵引变流器箱用于对牵引电机进行供电，本实施例中，牵引变流器箱采用直流供电。

实施例二

本实施例和实施例一的区别在于，本实施例中还包括辅助电源部分；辅助电源部分包括辅助电源箱、充电机箱和蓄电池箱。

辅助电源箱与牵引变流器箱连接，充电机箱与辅助电源箱连接，蓄电池箱与充电机箱连接。蓄电池箱存储电能，可以为车辆上除牵引电机以外的其他设备供电。

实施例三

如图1所示，本实施例以6辆编组的列车进行举例说明，编组方式为：+Mc车－Mp车－M车+M车－Mp车－Mc车+，其中：Mc车为带有司机室的动车，Mp车为带有受电弓的动车，M车为动车；+为密接式半自动车钩；－为半永久牵引杆。

Mp车上设置有受电弓、交流避雷器、交流高压电器箱、交直流转换开关、直流避雷器、直流熔断器箱、直流高压电器箱、滤波电抗器箱1和牵引变流器箱。

受电弓用于从弓网中接受供电，本实施例中，交流避雷器的数量为两个，两个交流避雷器均与受电弓的输出端连接。

交流高压电器箱与受电弓的输出端连接，交直流转换开关的第一端与交流高压电器箱连接，交直流转换开关的第二端用于在供电为直流电时，与直流熔断器箱的输入端连接；直流避雷器与直流熔断器箱的输入端连接，直流高压电器箱的输入端与直流熔断器箱的输出端连接；

滤波电抗器箱1与直流高压电器箱的输出端链接；滤波电抗器箱1还与牵引变流器箱连接；牵引变流器箱用于为牵引电机供电。

M车上设置有交流避雷器、电流互感器1、牵引变压器、牵引变流器箱、电流互感器2和交流断路器。交直流转换开关的第二端用于在供电为交流电时，与牵引变压器连接。

交直流转换开关的第二端与牵引变压器之间，还连接有电流互感器1和M车的交流避雷器。

牵引变压器还分别与Mp车的牵引变流器箱以及M车的牵引变流器箱连接。

M车的牵引变流器还与滤波电抗器箱1连接。

交流熔断器与牵引变压器连接，电流互感器2连接在交流熔断器与牵引变压器之间。

Mc车上设置有滤波电抗器箱2、牵引逆变器箱、过压吸收电阻箱、辅助电源箱、充电机箱和蓄电池箱。

Mc的牵引逆变器箱与直流高压电器箱连接，滤波电抗器箱2连接在Mc的牵引逆变器箱与直流高压电器箱之间。过压吸收电阻箱与Mc车的牵引逆变器箱连接。通过设置过压吸收电阻箱，能够防止直流电压上升超过允许范围。

辅助电源箱分别与M车的牵引变流器箱以及Mp车的牵引变流器箱连接。辅助电源箱还与充电机箱的输入端连接，充电机箱的输出端与蓄电池箱的输入端连接。

实施例四

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，还包括检测模块和开关控制模块，检测模块用于监测当前的主电路是否发生交直流转换，如果发生交直流转换，向开关控制模块发送转换信号，开关控制模块用于即时向高压隔离开关发送转换指令，高压隔离开关的动触头在小于60ms内转动完成转换动作。在此范围内进行切换能够在避免因为惯性操作等原因造成事故的前提下尽可能地满足器件的响应时间，检测模块还用于判断高压隔离开关的动触头是否按照预定设置完成转换动作，如果车辆处于第一特定位置内高压隔离开关的动触头未完成转换动作，再次向开关控制模块发送转换信号，如果车辆处于第二特定位置内高压隔离开关的动触头未完成转换动作，生成报警信号。通过对动触头的转换动作进行监控，能够实时了解动触头的转换动作是否完成，车辆处于第三特定位置内高压隔离开关的动触头未完成转换动作，再次向开关控制模块发送转换信号，能在保证行车安全的情况下自主进行恢复，减少人工操作；如果车辆处于第三特定位置范围内高压隔离开关的动触头未完成转换动作，生成报警信号，能够在保证行车安全的前提下，向相关操作人员报警，便于操作人员第一时间介入处理。第一特定位置、第二特定位置和第三特定位置可以根据线路情况进行自行设置。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。