Система электроснабжения электрифицированной железной дороги переменного тока
Изобретение относится к электрифицированным железным дорогам с системами питания контактной сети переменного тока, у которых смежные секции питаются от разных фаз трехфазной тяговой подстанции или от разных энергосистем. Система электроснабжения содержит секции контактной сети, разделенные нейтральной вставкой и подключенные к разным фазам тяговой подстанции или к двум соседним тяговым подстанциям. Нейтральная вставка выполнена из двух частей с тремя изоляционными промежутками. Система электроснабжения снабжена устройством непрерывного токосъема с нейтральной вставки, обеспечивающим путем поочередного замыкания и размыкания изоляционных промежутков подачу и снятие напряжения на соответствующие части нейтральной вставки по мере прохождения электроподвижного состава. Технический результат заключается в увеличении скорости движения поездов и повышении его надежности. 1 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к устройствам электроснабжения железнодорожного транспорта с электрической тягой и предназначено для использования в системах питания контактной сети в случаях, когда ее смежные секции питаются от разных фаз трехфазной тяговой подстанции или от разных энергосистем, в частности, соседних тяговых подстанций.
Изобретение решает задачу предотвращения замыкания токоприемниками электропоездов двух разных фаз тяговой подстанции, исключения возможного перетока электроэнергии по контактной сети разных энергосистем и обеспечения при этом пропуска поездов и локомотивов переменного тока без перерыва питания.
Известна система электроснабжения электрифицированной железной дороги переменного тока, содержащая две тяговые подстанции, включенную между ними контактную сеть, два тиристорных ключевых узла с индивидуальными синхронизированными с контактной сетью блоками управления и два трансформаторных датчика напряжения, при этом тиристорные ключевые узлы включены в рассечки контактной сети вблизи соответствующих тяговых подстанций [патент РФ №2001792 С1, В60М 3/02, заявл. 14.11.1990. опубл. 30.10.1993].
Эта система обладает повышенной экономичностью за счет снижения межподстанционного перетока мощности независимо от того, чем этот перетек вызван - различными уровнями напряжений или небольшим фазовым сдвигом одного напряжения по отношению к другому.
Однако в системе электроснабжения по патенту РФ №2001792 поставленная задача решается лишь частично и только для случая питания от разных энергосистем.
В применяемых на железных дорогах системах электроснабжения для повышения надежности работы контактные сети выполняются секционированными. Деление на секции необходимо для возможности отключения любой из секций в случаях повреждений на ней или для профилактических ремонтов участков контактной сети со снятием напряжения без перерыва движения поездов на остальных участках. Деление осуществляется воздушными промежутками, нейтральными вставками и секционными изоляторами. Токоприемник в момент прохода электропоезда по воздушному промежутку кратковременно замыкает обе секции контактной сети и там, где это по условию питания участков недопустимо, применяют нейтральные вставки, которые состоят из двух последовательно включенных воздушных промежутков. Нейтральные вставки устанавливаются в горловине станции около тяговой подстанции для того, чтобы устранять возможность междуфазного короткого замыкания при переходе токоприемника электроподвижного состава в местах раздела питания. При расположении тяговой подстанции на перегоне возле нее на каждом пути сооружают по одной нейтральной вставке [А.Ф.Пронтарский. Системы и устройства электроснабжения. М.: Издательство "Транспорт", 1971, с.45-48, рис.28; 30]. Нейтральные вставки необходимо выполнять также на стыке различных энергосистем для исключения возможности перетока электроэнергии по контактной сети [Правила устройства тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. М.: РФ "Полиграфресурсы" (по заказу Министерства путей сообщения), 1997, с.37-38].
Длину нейтральной вставки выбирают с таким расчетом, чтобы при любых возможных комбинациях поднятых токоприемников на подвижном составе полностью исключалось одновременное замыкание контактных проводов нейтральной вставки с проводами прилегающих к ней секций контактной сети двух различных фидерных зон. Протяженность нейтральной вставки должна быть достаточной для того, чтобы предотвратить возможность подключения электроподвижного состава к секциям контактной сети, питающихся от различных тяговых подстанций одновременно, и может составлять более 1 км. Прохождение электроподвижного состава на участке нейтральной вставки осуществляется либо по инерции при обязательном опускании токоприемника, либо с помощью тепловозной тяги в случае остановки состава на этом участке. На некоторых участках железной дороги, имеющих сложный рельеф, для проведения тяжелых и длинных составов необходимо использовать два локомотива, расположенных в голове и хвосте поезда. При попадании одного из локомотивов на участок с нейтральной вставкой может произойти разрыв состава (если на нейтральной вставке задний локомотив) или сход вагонов с путей (если на нейтральной вставке - передний).
Сущность изобретения заключается в системе электроснабжения электрифицированной железной дороги переменного тока, содержащей секции контактной сети, разделенные нейтральной вставкой и подключенные к разным фазам тяговой подстанции или к двум соседним тяговым подстанциям. Согласно изобретению в этой системе нейтральная вставка выполнена из двух частей с двумя изоляционными промежутками, а система электроснабжения снабжена устройством непрерывного токосъема с нейтральной вставки, обеспечивающим путем включения и выключения высоковольтных выключателей поочередное замыкание и размыкание изоляционных промежутков и подачу и снятие напряжения на соответствующие части нейтральной вставки по мере прохождения электроподвижного состава. В частном случае реализации заявляемой системы электроснабжения устройство непрерывного токосъема с частей нейтральной вставки содержит три выключателя, два датчика наличия тока и устройство управления, обеспечивающее автоматическое подключение переключаемых частей нейтральной вставки к той или иной секции контактной сети по мере прохождения электроподвижного состава, при этом выключатели соединены в последовательную цепь, подключенную к секциям контактной сети, между которыми располагаются обе части нейтральной вставки и три изоляционных промежутка; первый выключатель подключен параллельно первому изоляционному промежутку через первый датчик наличия тока, второй выключатель подключен параллельно второму изоляционному промежутку через первый и второй датчики наличия тока, третий выключатель подключен параллельно третьему изоляционному промежутку через второй датчик наличия тока; выходы датчиков наличия тока подключены ко входам устройства управления, выходы которого подключены к приводам упомянутых выключателей. В зависимости от конкретных условий использования изобретения высоковольтные выключатели устройства непрерывного токосъема могут быть выполнены в виде механических или вакуумных, или полупроводниковых контакторов.
Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в увеличении скорости движения электропоездов на участке с нейтральной вставкой и сокращении потерь от обрыва поездов и (или) выдавливания вагонов.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема заявляемой системы электроснабжения электрифицированной железной дороги переменного тока (для случая питания от одной тяговой подстанции).
В этой системе секции 1 и 2 контактной сети разделены нейтральной вставкой, выполненной из двух частей 31 и 32 с тремя изоляционными промежутками 5, 6, 7. Изоляционный промежуток 6 разделяет части нейтральной вставки между собой, а изоляционные промежутки 5 и 7 отделяют нейтральную вставку соответственно от секций 1 и 2 контактной сети. Система снабжена устройством непрерывного токосъема 8 с частей 31 и 32 нейтральной вставки, которое содержит три выключателя 9, 10 и 11, два датчика наличия тока 12 и 13 и устройство управления 14. Выключатели 9, 10, 11 соединены в последовательную цепь, которая присоединена к секциям 1 и 2 контактной сети. Выключатель 9 подключен параллельно изоляционному промежутку 5 через датчик 12, выключатель 10 подключен параллельно изоляционному промежутку 6 через датчик 12 с одной стороны и через датчик 13 с другой, а выключатель 11 подключен параллельно изоляционному промежутку 7 через датчик 13. Выходы датчиков 12 и 13 подключены к входам устройства управления 14, выходы которого подключены к приводам выключателей 9, 10, 11.
Устройство управления 14, позволяет автоматически подключать части нейтральной (в данном случае - переключаемой) вставки к той или иной секции контактной сети. Работа предлагаемой системы электроснабжения осуществляется следующим образом.
В отсутствие электропоездов на переключаемом участке каждая часть нейтральной ставки 31 и 32 подключена соответственно к ближайшей секции 1 и 2 контактной сети крайними выключателями 9 и 11, а средний выключатель 10 - разомкнут. Токи через датчики наличия тока 12 и 13 не текут.
При въезде электропоезда на переключаемый участок устройство управления 14 принимает сигнал о наличии тока с одного из датчиков 12 или 13 и переключает выключателями 9, 10, 11 ту часть нейтральной вставки, на которой нет электропоезда от секции контактной сети к части нейтральной вставки, на которой электропоезд есть. Например, при въезде электропоезда в зону действия части нейтральной вставки 31 устройство управления 14 принимает сигнал о наличии тока с датчика 12 и переключает выключателями 9, 10, 11 обе части нейтральной вставки к секции 1 контактной сети. При въезде электропоезда в зону действия части нейтральной вставки 32 устройство управления 14 принимает сигнал о наличии тока с датчика 13 и переключает выключателями 9, 10, 11 обе части нейтральной вставки от секции 2 к секции 1 контактной сети. Время отсутствия напряжения на частях нейтральной вставки в процессе переключения настолько мало, что не влияет на движение электропоезда.
После того как электропоезд покинет зону переключаемых частей нейтральной вставки, устройство управления 14 в отсутствие сигналов от датчиков наличия тока 12, 13 восстанавливает первоначальное состояние выключателей 9, 10, 11.
В случае питания контактной сети от разных энергосистем (двух тяговых подстанций) устройство непрерывного токосъема работает точно также.
При осуществлении изобретения в качестве переключателей предполагается использовать вакуумный переключатель ЗАН, имеющий ресурс 50000 коммутаций. В качестве датчика наличия тока предполагается использовать датчик контроля переменного тока ИТ-1, хорошо зарекомендовавший себя на пунктах группировки и выдающий сигнал о наличии тока, при значениях тока менее 5 А, т.е. позволяющий определить наличие электропоезда даже по потреблению им питания собственных нужд.
1. Система электроснабжения электрифицированной железной дороги переменного тока, содержащая секции контактной сети, разделенные нейтральной вставкой, подключенные к разным фазам тяговой подстанции или к двум соседним тяговым подстанциям, отличающаяся тем, что нейтральная вставка выполнена из двух частей с тремя изоляционными промежутками, а система электроснабжения снабжена устройством непрерывного токосъема с нейтральной вставки, обеспечивающим путем включения и выключения высоковольтных выключателей поочередное замыкание и размыкание изоляционных промежутков и подачу и снятие напряжения на соответствующие части нейтральной вставки по мере прохождения электроподвижного состава.
2. Система электроснабжения по п.1, отличающаяся тем, что устройство непрерывного токосъема с частей нейтральной вставки содержит три выключателя, два датчика наличия тока и устройство управления, обеспечивающее автоматическое подключение переключаемых частей нейтральной вставки к той или иной секции контактной сети по мере прохождения электроподвижного состава, при этом выключатели соединены в последовательную цепь, подключенную к секциям контактной сети, между которыми расположены обе части нейтральной вставки и три изоляционных промежутка, первый выключатель подключен параллельно первому изоляционному промежутку через первый датчик наличия тока, второй выключатель подключен параллельно второму изоляционному промежутку через первый и второй датчики наличия тока, третий выключатель подключен параллельно третьему изоляционному промежутку через второй датчик наличия тока, выходы датчиков наличия тока подключены ко входам устройства управления, выходы которого подключены к приводам упомянутых выключателей.
3. Система электроснабжения по п.2, отличающаяся тем, что выключатели устройства непрерывного токосъема выполнены в виде механических, или вакуумных, или полупроводниковых контакторов.
