一种城市轨道钢轨电位限制器的过电压抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种城市轨道钢轨电位限制器的过电压抑制方法，使用的过电压抑制装置具体包括：不可控型功率半导体器件VD1～VD4、半控型功率半导体器件VT1、耗散电阻R、无极性电容C、充电电源UR、直流接触器K1、固态继电器K2和控制系统；当钢轨电位限制器复归时，直流接触器K开始分闸，控制系统触发半控型功率半导体器件VT1导通，组成强迫换流回路，抑制直流接触器K分断的截流过电压；电容器反向充电后，半控型功率半导体器件VT1截止，强迫换流回路的电流为零。本发明专利技术不需要压敏电阻或者避雷器，当线路遭受频繁过电压冲击时，能反复、快速抑制钢轨过电压。制钢轨过电压。制钢轨过电压。

【技术实现步骤摘要】
一种城市轨道钢轨电位限制器的过电压抑制方法


[0001]本专利技术属于轨道交通直流供电
，具体涉及一种城市轨道钢轨电位限制器的过电压抑制方法。

技术介绍

[0002]城市轨道交通一般为750V或1500V直流供电。直流回流系统中，绝大部分城市轨道交通系统把钢轨作为回流轨。城市轨道交通列车通过受电弓向接触网或者第三轨取流，电流由钢轨流向牵引供电所负极。由于钢轨与大地无法做到绝对绝缘，电流在钢轨中流通时会泄漏至大地，此部分电流被称之为杂散电流。
[0003]城市轨道交通直流牵引供电系统中的过电压产生主要是由于钢轨电位限制器中直流接触器分闸时改变了回流系统等值结构和参数，造成高阶振荡电路的暂态过程，从而引起过电压。产生的过电压导致钢轨电位限制器的频繁动作及误动作。由于钢轨电位限制器钢轨与大地短接，钢轨对地泄漏的杂散电流将会急剧上升，导致埋地金属管道腐蚀、直流偏磁等现象的加剧。
[0004]当钢轨电位达到钢轨电位限制器OPVD的I段电压保护阈值U1(通常为90V)时，钢轨电位限制器将钢轨与大地短接，有效降低钢轨电位。当钢轨电位达到钢轨电位限制器OPVD的II段电压保护阈值U2(通常为150V)，钢轨电位限制器无延时使接触器直接合闸并闭锁。当钢轨电位达到钢轨电位限制器OPVD的III段电压保护阈值U3(通常为600V)时，晶闸管模块将无延时导通，直流接触器接收到晶闸管导通信号后，合闸并永久闭锁。
[0005]随着城市电网中直流电力系统的不断发展，许多学者将目光投向城市直流供配电系统，研制一系列的过电压限制装置。其主要依靠避雷器MOV的阈值特性，通过达到避雷器MOV的导通阈值来对雷击过电压进行抑制。在城市直流供配电系统中，过电压主要来源于雷击过电压，因此其过电压抑制装置主要是通过氧化物避雷器动作进行降压。雷击过电压具有频率低、发生间隔长等特点，氧化锌避雷器的使用次数和恢复时间可以满足雷击过电压的作用。
[0006]直流牵引供电系统与城市直流供配电系统有所不同：相对于城市直流供配电系统而言，直流牵引供电系统中的钢轨电位限制器误动作频率极高且动作时间间隔小于避雷器的恢复时间。若将避雷器MOV方案应用于直流牵引供电系统，避雷器MOV无法起限制过电压的效果且需要频繁更换。因此直流供配电系统中的基于氧化物避雷器的过电压限制装置不适用于直流牵引供电系统。
[0007]鉴于以上情况，一种适用于直流牵引供电系统中的过电压抑制方法的研究十分有必要。限制由于钢轨电位限制器误动作产生的过电压，当线路遭受频繁过电压冲击时，能反复、快速抑制钢轨过电压。

技术实现思路

[0008]为解决现有城市轨道钢轨电位限制器分闸产生的过电压导致钢轨电位异常升高
问题，本专利技术提供一种城市轨道钢轨电位限制器的过电压抑制方法。
[0009]本专利技术的一种城市轨道钢轨电位限制器的过电压抑制方法，在大地和钢轨之间设置直流接触器K，直流接触器K两段并联过电压抑制装置，过电压抑制装置设置直流接触器K1后分两条支路，一支路为不可控型功率半导体器件VD1和VD2阳极串联，二支路为不可控型功率半导体器件VD3和VD4阴极串联，VD1阳极和VD3阴极之间依次串联耗散电阻R、无极性电容C和半控型功率半导体器件VT1，无极性电容C两端并联充电电源UR和固态继电器K2。电流方向不同时采用不同抑制方法，具体的：
[0010]电流从大地流向钢轨时：
[0011]S1：当钢轨电位达到钢轨电位限制器的I、II或者III段动作整定值时，触发其直流接触器K合闸，钢轨电位被钳制为0；电流从大地经钢轨电位限制器的直流接触器K流向钢轨。
[0012]S2：控制系统接收到钢轨电位限制器发出的合闸信号后，直流接触器K1、固态继电器K2闭合，充电电源UR给无极性电容C充电。
[0013]S3：钢轨电位限制器合闸信号消失时，固态继电器K2断开，控制系统触发半控型功率半导体器件VT1导通和不可控型功率半导体器件VD2和VD3、限流元件R和无极性电容C构成强迫换流回路产生与i
k
反向的换流电流i
c
，使直流接触器K处的电流i
k
急速下降，在换流电流i
c
与直流接触器K电流i
k
相等时，i
k
＝0。
[0014]S4：直流接触器K分断、无极性电容C进行反向充电，半控型功率半导体器件VT1关断，直流接触器K两端开始出现恢复电压。
[0015]S5：控制系统接收到钢轨电位限制器发出的分闸到位的辅助触点信号后，钢轨过电压抑制装置的直流接触器K1断开。
[0016]电流从钢轨流向大地时：
[0017]S1：当钢轨电位达到钢轨电位限制器的I、II或者III段动作整定值时，触发其直流接触器K合闸，钢轨电位被钳制为0；电流从钢轨经钢轨电位限制器的直流接触器K流向大地。
[0018]S2：控制系统接收到直流接触器K发出的合闸信号后，直流接触器K1、固态继电器K2闭合，充电电源UR给无极性电容C充电。
[0019]S3：钢轨电位限制器合闸信号消失时，固态继电器K2断开，控制系统触发半控型功率半导体器件VT1导通和不可控型功率半导体器件VD1和VD4、限流元件R和无极性电容C构成强迫换流回路产生与i
k
反向的换流电流i
c
，使直流接触器K处的电流i
k
急速下降，在换流电流i
c
与直流接触器K电流i
k
相等时，i
k
＝0。
[0020]S4：直流接触器K分断、无极性电容C进行反向充电，半控型功率半导体器件VT1关断，直流接触器K两端开始出现恢复电压。
[0021]S5：控制系统接收到钢轨电位限制器发出的分闸到位辅助触点信号后，钢轨过电压抑制装置的直流接触器K1断开。
[0022]进一步的，不可控型功率半导体器件VD1～VD4为单向导通的不可控型器件，单向导通的不可控型器件是电力二极管单个器件或其组合；半控型功率半导体器件VT1为单向导通的半控型器件，单向导通的半控型器件是以下器件的单个器件或组合：晶闸管及其派生器件。单向导通的半控型器件应包含的能力更强、可以控制其导通和关断全控型器件，例如
IGBT、GTO及其派生器件。限流元件是电阻和同类元件的单个器件或其组合。
[0023]本专利技术的有益技术效果为：
[0024]本专利技术能实现城市轨道交通钢轨电位限制器的直流接触器分闸产生的截流过电压。
[0025]本专利技术在完成抑制过电压操作后，使各开关模块恢复至初始状态，极大提高了过电压抑制装置的寿命、安全性和可靠性；
[0026]本专利技术可替代现阶段永久并联RC支路保护方法，也避免了由于加装并联RC支路导致的直流牵引供电系统电气参数改变造成的不良影响。
附图说明
[0027]图1为本专利技术过电压抑制装置结构示意图。
[0028]图2为当电流从大地流向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道钢轨电位限制器的过电压抑制方法，其特征在于，大地和钢轨之间设置直流接触器K，直流接触器K两段并联过电压抑制装置，过电压抑制装置设置直流接触器K1后分两条支路，一支路为不可控型功率半导体器件VD1和VD2阳极串联，二支路为不可控型功率半导体器件VD3和VD4阴极串联，VD1阳极和VD3阴极之间依次串联耗散电阻R、无极性电容C和半控型功率半导体器件VT1，无极性电容C两端并联充电电源UR和固态继电器K2；电流方向不同时采用不同抑制方法，具体的：电流从大地流向钢轨时：S1：当钢轨电位达到钢轨电位限制器的I、II或者III段动作整定值时，触发其直流接触器K合闸，钢轨电位被钳制为0；电流从大地经钢轨电位限制器的直流接触器K流向钢轨；S2：控制系统接收到钢轨电位限制器发出的合闸信号后，直流接触器K1、固态继电器K2闭合，充电电源UR给无极性电容C充电；S3：钢轨电位限制器合闸信号消失时，固态继电器K2断开，控制系统触发半控型功率半导体器件VT1导通和不可控型功率半导体器件VD2和VD3、限流元件R和无极性电容C构成强迫换流回路产生与i
k
反向的换流电流i
c
，使直流接触器K处的电流i
k
急速下降，在换流电流i
c
与直流接触器K电流i
k
相等时，i
k
＝0；S4：直流接触器K分断、无极性电容C进行反向充电，半控型功率半导体器件VT1关断，直流接触器K两端开始出现恢复电压；S5：控制系统接收到钢轨电位限制器发出...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘炜，唐宇宁，潘哲，周林杰，黄晓鹏，李松原，熊蓬，杨乾锋，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：