[发明专利]一种交流电气化铁路接触网在线防冰与融冰控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流电气化铁路牵引供电系统的辅助装置，尤其涉及一种交流电气化铁路接触网的在线防冰和融冰系统及其控制方案。

背景技术

交流电气化铁路供电系统中，接触网在恶劣的环境温度和湿度等条件下会出现覆冰现象，造成机车受电弓受流失败和接触网舞动乃至倒杆、塌网等严重事故。如何防止或融化接触网覆冰是牵引供电系统必须面对和解决的问题。

当前，直流融冰是目前公认的成熟可行的技术。该技术通常采用晶闸管整流器作为核心的变流设备，辅以平波电抗器、交流滤波器等部件，但需要输电线路退出运营后，为覆冰线路提供直流融冰电流，利用输电线路的等效电阻形成的焦耳热融冰。该方案必须在覆冰现象形成后断开供电，并更改系统连接方案形成融冰电流通路，无法在不影响接触网正常供电的前提下实现防冰与融冰，因此，该方案如果应用到电气化铁路的供电系统，必将影响牵引供电系统的正常运行。

本发明提出一种不影响牵引网正常运行的在线防冰和融冰系统，利用牵引网末端无功发生装置产生无功电流，可提高牵引网末端电压。该电流流经接触网，利用接触网的等效电阻形成焦耳，实现热防冰和融冰。牵引网首端无功补偿装置补偿牵引网输出端口的无功分量，有功分量由牵引变压器提供，因此，系统可有效保证首端的功率因数。

发明内容

本发明的目的是提供一种电气化铁路牵引网在线防冰或融冰的系统方案。该系统可以在不影响牵引供电系统正常运行的前提下，实现在线防冰或融冰，同时可提高牵引网末端电压，并在牵引网首端补偿无功电流，提高牵引变压器输出端口的功率因数。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：

交流电气化铁路牵引网在线防冰与融冰装置的控制方法，实现牵引网有无机车受流的检测和融冰电流的控制，电臂末端融冰电流发生装置SVG1(1)间断性的产生或停止产生融冰电流；供电臂首端融冰电流补偿装置SVG2(2)与牵引网(4)及钢轨(5)的首端相接，在控制装置的控制下补偿末端SVG1的防冰或融冰电流与机车(6)产生的无功电流，

a、控制器利用无融冰电流的间隔期检测供电臂末端的电压；由控制器根据电压幅值的变动判断供电臂有无机车受流：

b、根据a的判断结果，在无机车受流的工况下产生感性无功融冰电流，在有机车受流的工况提供容性无功融冰电流。

本发明的目的还在于，提供一种交流电气化铁路接触网在线防冰和融冰系统装置，该装置包括供电臂末端的防冰或融冰电流发生装置SVG1(1)、供电臂首端的电流补偿装置SVG2(2)；供电臂末端的防冰或融冰电流发生装置SVG1(1)与牵引网(4)及钢轨(5)的末端相接，在控制装置的控制下产生防冰或融冰电流；供电臂首端融冰电流补偿装置SVG2(2)与牵引网(4)及钢轨(5)的首端相接，在控制装置的控制下补偿末端SVG1的防冰或融冰电流与机车(6)产生的无功电流。

末端防冰或融冰电流发生装置SVG1(1)和首端防冰或融冰电流与无功电流补偿装置SVG2(2)可以采用图2所示的基于电力电子开关器件(8)的单相变流器，该变流器可以是图2所示的两电平变换器结构，也可以是其它可控的无功补偿设备。基于图2的变流装置通过变压器(9)与接触网电压匹配，并通过连接电抗器(11)滤波，开关器件将直流电容(12)上的直流电压变换为交流调制输出，连接电抗器(11)抑制其中的谐波，使得变换器能够输出与指令电流一致的任意波形，该指令电流是控制器(13)根据传感器的检测的计算结果。控制器的计算步骤如图3所示：根据环境温度、风速等外部因数计算电流的幅值，根据末端电压检测设定感性或容性电流，从而或得无功电流指令；另一方面，通过控制直流电压获得有功电流的指令；最终计算合成实时指令电流，并根据变换器的输出电流计算可开关器件的控制信号。

供电臂末端SVG1(1)的控制器通过检测环境温度、风速等参数，计算防冰或融冰所需的无功电流的幅值，并根据供电臂机车有无情况，设定SVG1产生容性或感性的无功电流，最后计算实时指令电流，并产生PWM控制变流器输出防冰和融冰电流，其计算框图如图3所示。