一种降低地铁列车轨道电位系统技术方案

本发明专利技术提出了一种降低地铁列车轨道电位系统，包括回流线、负阻变换器和连接回流线及走行轨的开关单元。该系统应用于现有的地铁轨道交通直流牵引供电系统中，通过调节负阻变换器的输出阻抗，使得牵引变电所的回流点，经由负阻变换器、回流线，到闭合开关单元之间的阻抗接近为零，进而把这一区段走行轨上的列车电流转移到回流线上，使得闭合开关单元的电位接近牵引变电所回流点的电位。该系统能够大幅降低现有系统中的轨道电位，进而大大减小迷流腐蚀。该系统亦可用于降低基于直流自耦变压器供电的新型直流牵引供电系统中列车的轨道电位，或用于降低交流牵引供电系统中列车的轨道电位。

A reduction of rail potential system for subway trains

The invention provides a track potential system for reducing the subway train, including a reflux line, a negative resistance converter, and a switch unit connecting the reflux line and the running rail. The system is applied to the existing DC traction power supply system of metro rail transit. By adjusting the output impedance of the negative resistance converter, the reflux point of the traction substation, via the negative impedance converter, the reflux line and the closed switch unit, is close to zero, and then the train current on this section is transferred on the line rail. To the reflux line, the potential of the closed switch unit is close to the potential of the return point of the traction substation. The system can greatly reduce the track potential in the existing system and greatly reduce the current corrosion. The system can also be used to reduce the track potential of the train in a new DC traction power supply system based on the DC autotransformer, or to reduce the track potential of the train in the AC traction power supply system.

【技术实现步骤摘要】
一种降低地铁列车轨道电位系统
本专利技术涉及电气化轨道交通和电力电子变换
，具体说是一种降低地铁列车轨道电位系统。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，电气化轨道交通系统逐步向高压大功率牵引发展，并逐步演化为干线轨道交通和城市轨道交通等形式。在轨道交通技术日益成熟的今天，以地铁为主的城市轨道交通作为一种载客量大、效率高的交通运输方式，已经成为各大城市解决道路拥堵问题、提升发展空间的优选方案。对于城市轨道交通，普遍采用直流供电方式，目前世界各国主要采用两种电压制式：一种为750VDC，另一种为1500VDC。对于干线轨道交通，既有直流供电方式也有交流供电方式。直流供电方式一般为直流3000V电压制式(如前苏联、朝鲜等)。欧洲许多国家和地区已经逐步由直流供电方式改造为交流供电方式。交流供电方式有来自公共电网的单相工频交流制和铁路专供电网的单相分频交流制。单相工频交流制为25kV/50Hz(如中国、法国等)或25kV/60Hz(如日本新干线、法国高铁等)，单相分频交流制为15kV/16.7Hz(如德国、瑞士、挪威等)。不同供电制式下系统的馈电方式也不同。直流3000V和单相交流电压制式采用架空接触网馈电，直流750V电压制式采用受流轨(也称为“第三轨”、“接触轨”)馈电，直流1500V电压制式既有架空接触网馈电也有受流轨馈电。无论干线铁路轨道交通系统，还是地铁等城市轨道交通系统，绝大多数情况是：列车的车轮是钢轮，列车的走行轨是钢轨。为了降低轨道交通系统的综合建造成本，钢轮和钢轨的列车系统往往采用走行轨回流，即列车牵引电流通过走行轨返回到牵引变电所中。城市轨道交通系统，由于直流供电电压等级较低，列车回流电流大，轨道电位和迷流腐蚀等问题比较突出。为了解决好迷流腐蚀的防护问题，世界上只有几条城市轨道交通线路没有采用走行轨回流，而是采用专用轨(也称“第四轨”)回流。因此世界各国的城市轨道交通系统普遍存在如下问题：(1)随着运营时间的推移，由于受到不可避免的污染、潮湿、渗水、漏水等因素的影响，车站以及区间隧道中的轨地绝缘性能降低或先期防护措施失效，将增大由走行轨泄漏到土壤介质中的杂散电流，即迷流。迷流的存在会造成地铁周围的埋地金属管道、通讯电缆外皮以及车站和区间隧道主体结构中的钢筋发生电化学腐蚀，缩短金属管、线的使用寿命，降低地铁钢筋混凝土主体结构的强度和耐久性，酿成灾难性的事故。(2)为了防止轨道电位升高对车站人员造成伤害，在每个牵引站内设有轨道电位限制装置。由于走行轨的钢材料电阻率比较大，因此当流过大电流时轨道电位过高易导致轨道电位限制装置频繁动作。同时，轨道电位的升高也限制着牵引变电所的供电距离，严重增加了整个系统的供电成本。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提出了一种降低地铁列车轨道电位系统，包括回流线、负阻变换器和连接回流线及走行轨的开关单元。该系统应用于现有的地铁轨道交通直流牵引供电系统中，通过调节负阻变换器的输出阻抗，使得牵引变电所的回流点，经由负阻变换器、回流线，到闭合开关单元之间的阻抗接近为零，进而把这一区段走行轨上的列车电流转移到回流线上，使得闭合开关单元的电位接近牵引变电所回流点的电位。该系统能够大幅降低现有系统中的轨道电位，进而大大减小迷流腐蚀(迷流，也称为杂散电流)。该系统亦可用于降低基于直流自耦变压器(DCAT)供电的新型直流牵引供电系统中列车的轨道电位，或用于降低交流牵引供电系统中列车的轨道电位。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种降低地铁列车轨道电位系统，应用于现有的地铁轨道交通直流牵引供电系统中，包括：回流线5、负阻变换器6和开关单元7；其中，回流线5沿着走行轨3设置，负阻变换器6仅设置在直流牵引变电所1中，开关单元7沿着走行轨3设置若干个；所述负阻变换器6的第一输出端子61连接到直流牵引变电所1的负极端12，负阻变换器6的第二输出端子62连接到回流线5；所述开关单元7的第一端子71连接到走行轨3，开关单元7的第二端子72连接到回流线5。在上述方案的基础上，所述开关单元7的数量和相邻两个开关单元7之间走行轨区段的距离，由直流牵引变电所1的供电能力和供电线路长度、列车负荷和列车运行追踪间隔距离决定。在上述方案的基础上，当列车4在走行轨3上运行时，沿着走行轨3设置的若干开关单元7按照如下逻辑顺序闭合或断开：如果列车4所在位置的走行轨3上没有开关单元7，则列车4两端最近的开关单元7闭合，其他开关单元7断开；如果列车4所在位置的走行轨3上有开关单元7，则该开关单元7闭合，列车4两端最近的开关单元7根据需要闭合或断开，其它开关单元7断开。在上述方案的基础上，所述列车4回流电流的主要路径为：电流从列车4的车轮所在位置沿着走行轨3流动一小段距离，然后沿着闭合的开关单元7、回流线5和负阻变换器6返回到直流牵引变电所1的负极端12。在上述方案的基础上，调节负阻变换器6的输出阻抗，使得该阻抗值基本抵消闭合的开关单元7所在位置到直流牵引变电所1的负极端12之间的回流线区段长度的阻抗值，进而使得闭合的开关单元7所在位置到直流牵引变电所1的负极端12之间的走行轨区段上基本没有回流电流，从而降低列车4运行时的轨道电位。在上述方案的基础上，所述降低地铁列车轨道电位系统可应用于基于直流自耦变压器供电的新型直流牵引供电系统中，只需将负阻变换器6的第一输出端子61连接到直流自耦变压器与走行轨相连的中性点，从而降低新型直流牵引供电系统中列车运行时的轨道电位。在上述方案的基础上，所述降低地铁列车轨道电位系统可应用于交流牵引供电系统中，当走行轨的回流电流通过自耦变压器或吸流变压器方式回流时，只需将负阻变换器6的第一输出端子61连接到自耦变压器或吸流变压器与走行轨相连的回流点，从而降低交流牵引供电系统中列车运行时的轨道电位。本专利技术所述的降低地铁列车轨道电位系统，包括回流线、负阻变换器和连接回流线及走行轨的开关单元。该系统应用于现有的地铁轨道交通直流牵引供电系统中，通过调节负阻变换器的输出阻抗，使得牵引变电所的回流点，经由负阻变换器、回流线，到闭合开关单元之间的阻抗接近为零，进而把这一区段走行轨上的列车电流转移到回流线上，使得闭合开关单元的电位接近牵引变电所回流点的电位。该系统能够大幅降低现有系统中的轨道电位，进而大大减小迷流腐蚀。该系统亦可用于降低基于直流自耦变压器(DCAT)供电的新型直流牵引供电系统中列车的轨道电位，或用于降低交流牵引供电系统中列车的轨道电位。与已有技术相比，本专利技术为列车电流提供了一条“专用”回流通路，从“源头”上有效克服了现有轨道交通直流牵引供电系统中，由于采用走行轨回流所带来的轨道电位、杂散电流等问题，有利于提高地铁周围的埋地金属管道、通讯电缆外皮以及车站和区间隧道主体结构中的钢筋等使用寿命；通过增加回流线、负阻变换器和开关单元，其中负阻变换器安装在直流牵引变电所内，开关单元体积较小，非常适合安装在隧道等狭窄空间；同时，在无需增加现有列车绝缘等级的前提下，大幅降低了走行轨上的压降，且有效增大了直流牵引变电所供电距离。值得注意的是，本专利技术不仅适用于现有轨道交通直流牵引供电系统，还可应用于基于直流自耦变压器(DCAT)供电的新型直流牵引供电系统，又或者应用在自耦变压器(AT)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低地铁列车轨道电位系统，应用于现有的地铁轨道交通直流牵引供电系统中，其特征在于，包括：回流线(5)、负阻变换器(6)和开关单元(7)；其中，回流线(5)沿着走行轨(3)设置，负阻变换器(6)仅设置在直流牵引变电所(1)中，开关单元(7)沿着走行轨(3)设置若干个；所述负阻变换器(6)的第一输出端子(61)连接到直流牵引变电所(1)的负极端(12)，负阻变换器(6)的第二输出端子(62)连接到回流线(5)；所述开关单元(7)的第一端子(71)连接到走行轨(3)，开关单元(7)的第二端子(72)连接到回流线(5)。

【技术特征摘要】
1.一种降低地铁列车轨道电位系统，应用于现有的地铁轨道交通直流牵引供电系统中，其特征在于，包括：回流线(5)、负阻变换器(6)和开关单元(7)；其中，回流线(5)沿着走行轨(3)设置，负阻变换器(6)仅设置在直流牵引变电所(1)中，开关单元(7)沿着走行轨(3)设置若干个；所述负阻变换器(6)的第一输出端子(61)连接到直流牵引变电所(1)的负极端(12)，负阻变换器(6)的第二输出端子(62)连接到回流线(5)；所述开关单元(7)的第一端子(71)连接到走行轨(3)，开关单元(7)的第二端子(72)连接到回流线(5)。2.如权利要求1所述的降低地铁列车轨道电位系统，其特征在于，所述开关单元(7)的数量和相邻两个开关单元(7)之间走行轨区段的距离，由直流牵引变电所(1)的供电能力和供电线路长度、列车负荷和列车运行追踪间隔距离决定。3.如权利要求1所述的降低地铁列车轨道电位系统，其特征在于，当列车(4)在走行轨(3)上运行时，沿着走行轨(3)设置的若干开关单元(7)按照如下逻辑顺序闭合或断开：如果列车(4)所在位置的走行轨(3)上没有开关单元(7)，则列车(4)两端最近的开关单元(7)闭合，其他开关单元(7)断开；如果列车(4)所在位置的走行轨(3)上有开关单元(7)，则该开关单元(7)闭合，列车(4)两端最近的开关单元(7)根据需要闭合或断开，其它开关单元(7)断开。4.如权利要求3所述的降低地铁列车轨道...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑琼林，杨晓峰，王淼，游小杰，李虹，黄先进，
申请(专利权)人：北京交通大学，北京易菲盛景科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11