Выпрямительная подстанция для электроснабжения подвижного состава железной дороги на постоянном токе

 

Использование: электрифицированные железные дороги, электроснабжение подвижного состава при неисправностях внутри ответвления тяговой подстанции, которая имеет центральный выпрямительный узел. Сущность изобретения: центральный выпрямительный узел выполнен в виде трехфазного полууправляемого выпрямителя с блоком электронных выключателей в качестве его управляемой части. При этом между входными выводами выпрямителя и выводами фидерных выключателей, расположенных со стороны участков контактной сети, включен комбинированный гасящий, зарядный и испытательный узел, предназначенный для контроля ответвлений пути при кратковременном отключении электронных выключателей выпрямителя, отключения фидерного выключателя выявленного поврежденного ответвления и повторного включения электронных выключателей выпрямителя. Трехфазный полууправляемый выпрямитель состоит из тиристорной и диодной частей. 12 з. п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобрбретение касается реализации выпрямительной подстанции для электроснабжения подвижного состава, которая имеет оснащенный электронными выключателями центральный выпрямительный узел.

В выпрямительных подстанциях для электроснабжения железных дорог на постоянном токе в ответвлениях пути используются известные быстродействующие выключатели, которые могут быть настроены на определенную величину срабатывания и могут надежно отключать ток перегрузки, а также ток короткого замыкания. Однако, подобного рода выключатели с точки зрения их механической конструкции являются сравнительно дорогостоящими и отчасти из-за возникающей между контактами выключателей электрической дуги создают проблемы с точки зрения безопасности оборудования. Помимо этого, эти выключатели подвержены, что среди прочего обусловлено коммутационной дугой, износу, который требует технического обслуживания быстродействующих выключателей через сравнительно короткие промежутки времени.

Из Европейской выложенной заявки N 2062150 известны также тиристорные выключатели на сборной шине постоянного тока, которые в направлении прокладки линии к центральному выпрямительному узлу имеют дополнительные полупроводниковые выключатели, вследствие чего, разумеется, все оборудование имеет большие потери и также требует более высоких капитальных вложений. Помимо этого должны еще использоваться дополнительные вентили, чтобы с помощью подстанции, т. е. выпрямительной подстанции, создать возможность для обратного питания энергией торможения.

Другое решение с помощью тиристорных выключателей в качестве фидерных выключателей в сочетании со сборной шиной трехфазного тока известно из изложенной заявки ГДР N 261485.

Не считая необходимости предусматривать и в данном случае дополнительные вентили для создания возможности обратного питания энергией торможения, такое решение непригодно для отключения неисправного ответвления пути выпрямительной подстанции упомянутого вначале типа, так как из-за необходимой устойчивости при коротких замыканиях, например, в течение 200 м/ сек, установка тиристорных выключателей потребовала бы неоправданных затрат.

Поэтому в основе изобретения лежит задача создания схемы выпрямительной подстанции для электроснабжения подвижного состава железных дорог на постоянном токе, которая в случае неполадок на ответвлениях пути выпрямительных подстанций представляет решение, предпочтительное с точки зрения коммутационной техники, возможности линейного испытания в случае неполадок, а также использования энергии торможения и требующее меньших затрат.

Применительно к эксплуатации выпрямительной подстанции для электроснабжения подвижного состава железных дорог постоянного тока при неисправностях в пределах одного из ответвлений пути с центральным выпрямительным узлом эта задача в соответствии с изобретением решается благодаря тому, что после регистрации неисправности в ответвлении пути электронный блок выключателей, который является составной частью центрального выпрямительного узла, отключает электроснабжение и непосредственно затем неисправное ответвление пути отсоединяется от сетки с помощью фидерного выключателя. После этого электроснабжение вновь включается путем включения электронного блока выключателей центрального выпрямительного узла, а в неисправном ответвлении пути при непрерывной эксплуатации исправных ответвлений пути осуществляется линейное испытание с помощью комбинированного гасительного, зарядного и испытательного узла.

Таким образом, можно при неисправности ответвления пути, например, при регистрации тока перегрузки или короткого замыкания, после отключения с помощью предпочтительно выполненного в виде тиристоров электронного выключателя центрального выпрямительного узла отсоединять неисправное ответвление пути через тpадиционный фидерный выключатель от сети и вслед за этим сразу же вновь подключать выпрямительный узел к сети, чтобы при непрерывной эксплуатации исправных ответвлений пути выпрямительной подстанции проводить линейное испытание непрерывного ответвления пути. Поэтому отключение, предпочтительно тиристорное отключение, центрального выпрямительного узла продолжается лишь до тех пор, пока соответственно имеющий к этому отношение фидерный выключатель (одинарный выключатель) не осуществит размыкание контактов.

Предпочтительно при успешном линейном испытании разомкнутый фидерный выключатель вновь замыкается, чтобы вновь подключить к сети соответствующее ответвление пути. Если контрольный ток превышает заранее определенную пороговую величину, процесс испытания прерывается. Он может быть повторен через определенные интервалы времени. При неизменно отрицательном результате процесс испытания может быть также прерван окончательно.

В отношении схемы выпрямительной подстанции для электроснабжения подвижного состава железных дорог на постоянном токе с центральным выпрямительным узлом, а также с ответвлениями пути и расположенными в них фидерными выключателями для отсоединения сети, а также с устройством электроснабжения вышеупомянутая задача решается в соответствии с изобретением благодаря тому, что центральный выпрямительный узел выполнен в виде трехфазного полууправляемого выпрямителя с блоком электронных выключателей в качестве составной части центрального выпрямительного узла, и что между управляемой и неуправляемой частями центрального выпрямительного узла, а также соответственно полюсом выключателя фидерного выключателя со стороны пути расположен гасящий, зарядный и испытательный узел.

Тиристорное отключение тиристорного блока выпрямительной секции осуществляется с помощью соединительной линии между гасящим, зарядным и испытательным узлом и соответствующим фидерным выключателем.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения гасящий, зарядный и испытательный узел имеет на стороне входа подключаемую к основному подводу тока центрального выпрямительного узла диодную схему, катоды диодов которой соединены со сборной линией на стороне входа. К сборной линии на стороне входа подключены гасящий и зарядный блоки, а также испытательная ветвь и соединены со сборной линией на стороне выхода.

Предпочтительно сборная линия гасящего, зарядного и испытательного узла на стороне входа соединена с катодами диодов связи и анодами первого и второго гасящих тиристоров, а также испытательного тиристора. Сборная линия на стороне выхода соединена с двумя соответствующими гасящими конденсаторами, с линией с положительным потенциалом зарядного блока, с гасящей индуктивностью и анодом развязывающего гасящий и зарядный блоки запирающего диода.

Другие предпочтительные варианты выполнения объекта изобретения изложены в остальных дополнительных пунктах формулы изобретения.

Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью примеров выполнения и соответствующих чертежей.

На фиг. 1 показана схема выпрямительной подстанции в соответствии с примером выполнения настоящего изобретения; на фиг. 2 схема гасящего, зарядного и испытательного узла, а также его соединение со схемой согласно фиг. 1, в соответствии с примером выполнения изобретения; на фиг. 3 схема гасящего, зарядного и испытательного узла и его соединение со схемой согласно фиг. 1 в соответствии с другим примером выполнения изобретения, и на фиг. 4 - модификация схем в соответствии с фиг. 1 и 2 настоящего изобретения.

Предпочтительный пример выполнения схемы выпрямительной подстанции схематически представлен на фиг. 1. К питающему трансформатору 1 в месте подачи 20 электроэнергии для питания подключается центральный выпрямительный узел 2, который, в свою очередь, состоит наполовину из блока тиристоров 3 и наполовину из блока диодов 4, причем подача энергии осуществляется между блоком тиристоров 3 и блоком диодов 4. Тем самым центральный выпрямительной узел 2 выполнен таким образом, что используется полууправляемый выпрямитель, который в качестве управляемой с помощью электронных средств коммутации части имеет блок тиристоров 3, а также в качестве неуправляемой части блок диодов 4. Через положительный полюс 5 центрального выпрямительного узла 2 электроэнергией снабжается сборная шина постоянного тока 6 выпрямительной подстанции. К сборной шине постоянного тока 6 подключены, например, два ответвления 13, 14 через соответствующие фидерные выключатели 7, 8, а также преобразователи тока 9, 10 и разъединителя кабельного фидера 11, 12, чтобы снабжать электроэнергией ответвления 13 и 14, так что рабочий ток единицы подвижного состава 15 происходит через ходовой рельс 16 к минусовому полюсу 17 центрального выпрямительного узла 2.

Между местом 20 подачи электроэнергии для питания центрального выпрямительного узла 2 и полюсами 7а, 8а выключателей со стороны участков пути включен гасящий, зарядный и испытательный узел 18 таким образом, что его ввод 19 подключен к основному месту 20 подачи электроэнергии для питания, в то время как соединение с полюсами 7а, 7в фидерных выключателей 7, 8 осуществляется с помощью соединительной линии 23 с контактным проводом 21 участка движения по инерции. С другой стороны гасящий, зарядный и испытательный узел 18 с помощью минусового полюса 17 выпрямительного блока 2, а также зажима 22 соединен с местной сетью или также с основным местом 20 подачи электроэнергии для питания (фиг. 2).

На фиг. 1, помимо этого, между контактами проводом 21 участка движения по инерции и коммутационными полюсами 7а, 8а фидерных выключателей 7, 8 включены диоды 24, 25 участка движения по инерции.

Ниже поясняется принцип действия схемы в соответствии с фиг. 1.

Для случая, когда, например, на преобразователе тока 9 установлен ток перегрузки, превышение соответствующей пороговой величины незамедлительно приводит к отключению блока тиристоров 3 центрального выпрямительного узла 2, в котором по соединительной линии 23 задействуется гасящая ветвь гасящего, зарядного и испытательного узла 18. Затем предпочтительно в пределах промежутка времени менее 100 м/сек размыкаются контакты фидерного выключателя 7 и непосредственно вслед за этим в результате зажигания тиристоров тиристорный блок 3 выпрямительного узла 2 вновь становится токопроводящим. Вследствие этого с данного момента времени сборная шина постоянного тока 6 вновь находится под напряжением, так что ответвление 14, которое не имеет повреждений, вновь полностью снабжается электроэнергией.

Теперь с помощью испытательной ветви гасящего, зарядного и испытательного узла 18 проверяется ответвление 13, причем испытательный ток от гасящего, зарядного и испытательного узла 18 протекает на соединительной линии 23 через вентиль 24 участка движения по инерции и преобразователь тока 9 к ответвлению пути 13. Если при этом испытания превышается заранее определенная пороговая величина испытательного тока, тогда на основании этого делается вывод о соответственно отрицательном ходе испытания и испытательный ток отключается автоматически. В этом случае испытание при необходимости может быть проведено повторно или может повторяться многократно через заранее определенные промежутки времени, при необходимости испытательный ток отключается окончательно.

Если пороговая величина не превышается, испытательный ток по истечении заранее заданного установленного времени отключается и контакты фидерного выключателя 7 вновь замыкаются.

Таким образом, результаты испытания ответвления пути 13 не искажаются ответвлением пути 14, так как через соответствующий вентиль 25 не протекает достойный упоминания ток, потому что испытательная ветвь гасящего, зарядного и испытательного узла 18 находится под несколько меньшим напряжением, чем напряжение сборной шины постоянного тока.

Для случая, когда во время процесса испытания ответвления 13 к любому моменту времени происходит отключение тока перегрузки ответвления 14, задействуется вышеупомянутая схема, чтобы отключить ток перегрузки в ответвлении 14, а также испытательный ток в ответвлении 13.

Фиг. 2 показывает пример выполнения использованного в варианте выполнения в соответствии с фиг. 1 гасящего, зарядного и исполнительного узла 18. Этот узел с помощью ввода трехфазового тока 19 подключен к основному месту 20 подачи электроэнергии для питания, причем присоединительная клемма 22 может представлять собой как ввод трехфазного тока, так и ввод переменного тока. Может быть предусмотрена подача питания от местной сети к присоединительной клемме 22 или присоединение к основному месту 20 подачи электроэнергии для питания в соответствии с фиг. 1. Минусовая клемма 17 ведет к центральному выпрямительному узлу 2 (фиг. 1).

Гасящий, зарядный и испытательный узел 18 имеет сборную линию 41 на стороне входа, на которую работают диоды диодной группы 26 на стороне входа и которая имеет гасящий блок, состоящий из первой гасящей ветви с первым гасящим тиристором 37 и первым гасящим конденсатором 38, а также параллельно включенную вторую гасящую ветвь со вторым гасящим тиристором 29 и вторым гасящим конденсатором 30 между сборной линией 41 на стороне входа и сборной линией 42 на стороне выхода.

Зарядный блок гасящего, зарядного и испытательного узла 18 имеет зарядную ветвь 31 с подключенным к присоединительной клемме 22 вводом для подачи постоянного тока, положительный полюс которой подключен к сборной линии 42 на стороне выхода, в то время как минусовой полюс через зарядное сопротивление 33 подключен к катодам двух зарядных запирающих диодов 32, 39, которые включены соответственно между первым гасящим тиристором 37 и первым гасящим конденсатором или между вторым гасящим тиристором 29 и вторым гасящим конденсатором 30.

Испытательная ветвь гасящего, зарядного и испытательного узла 18 включает в себя испытательный тиристор 27 и сопротивление 28, которые, как показано на фиг. 2 и 3, расположены между сборной линией 41 на стороне входа и сборной линией 42 на стороне выхода параллельно гасящим ветвям.

Помимо этого между сборной линией 42 на стороне выхода и минусовым полюсом 17 центрального выпрямительного узла 2 включена еще комбинация на сопротивления и конденсатора в качестве опорной ветви с индуктивностью 36 и сопротивлением 35. Испытательная ветвь 27, 28 и гасящий блок 37, 38 или 29, 30 развязаны на стороне выхода с помощью запирающего диода 34. Наконец, между сборной линией 42 на выходе и минусовым полюсом 17 центрального выпрямительного узла 2 включен еще центральный диод 40.

Ниже поясняется принцип действия коммутационной схемы в соответствии с фиг. 1, в которой гасящий, зарядный и испытательный узел 18 имеет коммутационную техническую структуру, которая представлена на фиг. 2.

При условии, что преобразователь тока 9 регистрирует ток перегрузки и выдает сигнал об этом, осуществляется зажигание первого гасящего тиристора 37, а также запирание зажигательного импульса для тиристоров тиристорного блока 3 центрального выпрямительного узла 2, так что этот тиристорный блок 3 отключается. Теперь ток тиристорного блока 3 коммутируется в соседней ветви, которая образуется с помощью диодной схемы связи 26, первого гасящего тиристора 37, первого гасящего конденсатора 38, запирающего диода 34, контактного провода 21 участка движения по инерции и вентиля 24 участка движения по инерции, а также ответвления пути 13.

После запирания первого гасящего тиристора 37 первый гасящий конденсатор 38 очень быстро заряжается от зарядной ветви 31 через диод 39 и зарядное сопротивление 33. Токи участка движения по инерции протекают от ответвления пути 13 через минусовую клемму 17, центральный диод 40 участка движения по инерции и вентиль 24 участка движения по инерции.

Непосредственно вслед за этим фидерный выключатель 7 с целью отсоединения неисправного ответвления пути 13 отключается от сети, то есть контакты размыкаются, и вновь включается тиристорный блок 3 центрального выпрямительного узла 2.

Теперь от ввода 19 трехфазного тока через диодную схему 26 связи, испытательный тиристор 27, испытательное сопротивление 28, величина которого составляет лишь несколько МОм, испытательный ток подается на контактный провод 21 участка движения по инерции и оттуда попадает через соответствующий вентиль 24 участка движения по инерции к проверяемому ответвлению пути 13. Вследствие свободной схемы этого ответвления пути в результате размыкания контактов фидерного выключателя 7 испытательный ток протекает в основном только в ответвлении 13 и контролирует его ответвление. Если испытательный ток в преобразователе тока 9 превышает заранее заданную пороговую величину, то ответвление 13 неисправно и автоматическое устройство отключает испытательный ток путем зажигания второго гасящего тиристора 29. При этом через второй гасящий конденсатор 30 отрицательное напряжение подается на испытательный тиристор 27, который в результате этого отключается, так как к этому моменту времени зажигательный импульс больше не подается. С помощью зарядной ветви 31 второй гасящий конденсатор 30 вновь быстро заряжается через диод 32 и зарядное сопротивление 33. Заграждающий диод 34 препятствует тому, чтобы при испытании побочный ток мог протекать через гасящую индуктивность 36 и сопротивление 35.

Выполненный таким образом гасящий, зарядный и испытательный узел 18 имеет свои важные вводы между сборной линией 41 на стороне входа и сборной линией 42 на стороне выхода, причем сборная линия 41 на стороне входа соединена с катодами диодов связи 26 и анодами первого гасящего тиристора 37, второго гасящего тиристора 29 и испытательного тиристора 27. Сборная линия 42 на стороне выхода соединена с обоими гасящими конденсаторами 30, 38 с помощью привода с положительным потенциалом зарядной ветви 31, с гасящей индуктивностью 36 и анодом заграждающего диода 34. В качестве вентилей 24, 25 участка движения по инерции (фиг. 1) могут использоваться как тиристоры, так и диоды.

Другой пример выполнения гасящего, зарядного и испытательного узла 18 представлен на фиг. 3. При этом в качестве гасящего и зарядного блока используется схема встречного включения, состоящая из тиристоров 43, 44, 45 и 46. В диагонали этой тиристорной схемы включены гасящий конденсатор 47, а также измерительный индикаторный прибор 48 для измерения напряжения. При этом дополнительная зарядка осуществляется через тиристоры 43, 44, в то время как необходимое принудительное гашение происходит через тиристоры 45, 46, или соответственно имеется возможность обратного принципа действия тиристорных пар 43, 44 или 45, 46.

В остальном принцип действия практически соответствует принципу действия поясненного выше примера выполнения в соответствии с фиг. 2.

Другой пример выполнения выпрямительной подстанции показывает фиг. 4. При этом модификация испытательного блока для ответвления пути 13, 14 достигается благодаря тому, что дополнительно к контактному проводу 21 участка движения по инерции, который в этом примере выполнения подключен непосредственно к минусовому полюсу 17 выпрямительного узла 2, предусмотрен испытательный контактный провод 50. К этому испытательному контактному проводу 50 подключены аноды испытательных тиристоров 51, катоды которых подключены к коммутационному полюсу 7а фидерного выключателя 7 (фидерный выключатель 8 на фиг. 4 не показан). Испытательный контактный провод 50 с помощью соединительной линии 49 соединен со сборной линией 42 на стороне выхода гасящего, зарядного и испытательного узла 18 и тем самым с катодом заграждающего диода 34 гасящего, зарядного и испытательного узла 18.

В этом примере выполнения необходим еще диод связи 52, анод которого подключается к сборной линии 42 на стороне выхода гасящего, зарядного и испытательного узла 18, а анод этого диода подключен к положительному полюсу 5 выпрямительного узла 2. В этом случае коммутационная схема в режиме испытания работает таким образом, что при испытании ответвления пути 13 зажигается испытательный тиристор 27 и тиристор 51 линейного испытания ответвления 13, или при испытании ответвления 14 проверяются испытательный тиристор 27 и тиристор 51 линейного испытания ответвления 14 (на чертеже не показано).

Диод связи в соответствии с диодом связи 52 согласно фиг. 4 применяется также в других примерах выполнения в соответствии с фиг. 2 и 3. Благодаря этому достигается преимущество, заключающееся в том, что при необходимости коммутирующие или гасящие токи находят более короткий путь прохождения.

Вентили 24, 25 участка движения по инерции могут быть также выполнены в виде тиристоров.

Таким образом, в соответствии с отрицательно проходящим процессом испытания неисправное ответвление 13 и 14 также может быть полностью отсоединено от контактного провода 21 участка движения по инерции, так что это ответвление при возможном втором процессе гашения и испытания вследствие случая неисправности на другом участке пути не может действовать в качестве побочного подключения.

С помощью решения в соответствии с изобретением указывается предпочтительная схема для отсоединения неисправного ответвления пути от сети, а также гашения и повторного включения центрального выпрямительного узла с целью беспрепятственной эксплуатации не имеющих повреждений участков пути и для проведения процесса линейного испытания поврежденного ответвленного пути, причем для схемы ответвления пути могут использоваться простые и не требующие большого технического обслуживания средства коммутации. При этом однако возможно надежное быстрое отключение в случае перегрузок или коротких замыканий. В частности, могут использоваться простые и недорогостоящие диферные выключатели для отсоединения поврежденных ответвлений пути от сети. Гасящий, зарядный и испытательный узел 18 позволяет с помощью электронных выключателей, предпочтительно тиристоров, проводить просто и без больших затрат линейное испытание, причем могут использоваться особые преимущества практически не имеющего сопротивления линейного испытания. Одновременно полностью сохраняются возможности для обратной подачи энергии торможения.

Формула изобретения

1. Выпрямительная подстанция для электроснабжения подвижного состава железной дороги на постоянном токе, содержащая центральный выпрямительный узел с принудительной коммутацией, подключаемый и отключаемый в случае неисправности централизованно, выходные полюса которого подключены к сборной шине постоянного тока, связанной с ходовыми рельсами и через фидерные выключатели с ответвлениями для питания участков контактной сети, отличающаяся тем, что центральный выпрямительный узел выполнен в виде трехфазного полууправляемого выпрямителя с блоком электронных выключателей в качестве его управляемой части, при этом между входными выводами выпрямителя и выводами фидерных выключателей, расположенных со стороны участков контактной сети, включен комбинированный гасящий, зарядный и испытательный узел, который предназначен для контроля ответвлений пути при кратковременном отключении электронных выключателей выпрямителя, отключения фидерного выключателя выявленного поврежденного ответвления и повторного включения электронных выключателей выпрямителя.

2. Подстанция по п.1, отличающаяся тем, что трехфазный полууправляемый выпрямитель состоит из тиристорной и диодной частей.

3. Подстанция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что гасящий, зарядный и испытательный узел содержит входную сборную линию, связанную с катодами присоединительных диодов, выходную сборную линию и включенные между линиями гасящий и зарядный блоки и испытательную ветвь.

4. Подстанция по п.3, отличающаяся тем, что в гасящем, зарядном и испытательном узле между выходной сборной линией и минусовым полюсом трехфазного полууправляемого выпрямителя включена опорная ветвь, состоящая из последовательно соединенных катушки индуктивности и резистора.

5. Подстанция по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что в гасящем, зарядном и испытательном узле гасящий блок и испытательная ветвь отделены от ответвления посредством развязывающего диода, включенного в выходную сборную линию.

6. Подстанция по одному из пп. 3- 5, отличающаяся тем, что в гасящем, зарядном и испытательном узле между концом выходной сборной линии со стороны ответвления и минусовым полюсом трехфазного полууправляемого выпрямителя включен центральный диод.

7. Подстанция по одному из пп. 1 6, отличающаяся тем, что гасящий блок гасящего, зарядного и испытательного узла состоит из двух гасящих ветвей, в каждой из которых последовательно включены гасящий тиристор и гасящий конденсатор, а зарядный блок выполнен в виде зарядного источника питания, одним полюсом подключенного к объединенным выводам гасящих конденсаторов, а другим полюсом через общий зарядный резистор и индивидуальные заграждающие диоды соединенного с необъединенными выводами гасящих конденсаторов.

8. Подстанция по одному из пп. 1 6, отличающаяся тем, что гасящий и зарядный блоки гасящего, зарядного и испытательного узла выполнены в виде двухтактного тиристорноого моста, в диагональ которого включены параллельно гасящий конденсатор и индикаторный прибор для измерения напряжени.

9. Подстанция по одному из пп. 1 8, отличающаяся тем, что соединение гасящего, зарядного и испытательного узла с выводами фидерных выключателей со стороны пути выполнено через контактный провод участка движения по инерции и подключенные к нему испытательные вентили.

10. Подстанция п. 9, отличающаяся тем, что в качестве испытательных вентилей использованы тиристоры.

11. Подстанция по п.9, отличающаяся тем, что в качестве испытательных вентилей использованы диоды.

12. Подстанция по одному из пп. 1 8, отличающаяся тем, что между выходной сборной линией гасящего, зарядного и испытательного узла и положительным полюсом трехфазного полууправляемого выпрямителя включен диод связи.

13. Подстанция по п.12, отличающаяся тем, что соединение гасящего, зарядного и испытательного узла с выводами фидерных выключателей выполнено через испытательный контактный провод и подключенные к нему испытательные вентили.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4