課程設計---高速電氣化鐵路自動過電分相的研究

1、<p>　　接觸網(wǎng)技術課程設計報告</p><p><b>　　班 級： </b></p><p><b>　　學 號： </b></p><p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　指導教師： </b

2、></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　1．基本題目</b></p><p><b>　　1.1題目</b></p><p>　　高速電氣化鐵道自動過電分相的研究。</p><p><b>

3、　　1.2題目分析</b></p><p>　　隨著列車提速及高速電氣化鐵路的發(fā)展，自動過電分相就愈加顯得重要，對當前已有的高速電氣化鐵道自動過電分相的方式進行比較，得出各自的優(yōu)缺點，從而提出改進方案。</p><p>　　2. 題目：現(xiàn)有高速電氣化鐵道自動過電分相的研究</p><p>　　2.1車載斷電自動轉(zhuǎn)換電分相裝置</p><

4、;p><b>　　2.1.1系統(tǒng)概要</b></p><p>　　車載斷電自動轉(zhuǎn)換電分相裝置，是在電力機車控制室內(nèi)及電分相區(qū)域安裝必要的裝置和設備，以至于不需要人為干預而實現(xiàn)電力機車自動轉(zhuǎn)換的電分相裝置。是目前世界上所出現(xiàn)的三種自動過的電分相形式的一種，這種裝置在廣州鐵路（集團）公司研制成功，并且通過技術鑒定。</p><p>　　車載斷電自動轉(zhuǎn)換電分相裝置包括

5、四種設備：</p><p>　　地面感應裝置，簡稱地感器，它安裝在電分相區(qū)域中的相應位置，能準確為電力機車進行斷電過電分相提供準確的位置信息。</p><p>　　車載感應接收裝置，稱信號接收器，它是安裝在電力機車上，專門用于接收地感信息的裝置。</p><p>　　主電路設備，它是實現(xiàn)過電分相時斷開、分合主電路電源的主體設備。</p><p&g

6、t;　　控制設備，它是實現(xiàn)自動化及智能化的主體設備。</p><p>　　2.1.2車載斷電自動轉(zhuǎn)換電分相裝置的工作原理</p><p><b>　　1）地面感應器</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用在軌道上埋設磁性感應器的方式對分相區(qū)間進行定位，地感器采用三點交錯定位，其布置如圖1所示，其中圖（a）為單線區(qū)段地面感應器布置圖;圖（b）為復

7、線區(qū)段地面感應器平面布置圖。</p><p>　　(a) 單線路區(qū)段地面感應器的埋設方式</p><p>　　復線路區(qū)段地面感應器的埋設方式</p><p>　　圖1 地面感應器的定位</p><p>　　1# 地面感應器是機車過電分相的預備信號（單線反向時時4# 地面感應器），當機車接收到該信號時，控制裝置根據(jù)即時時速計算延時動作時間，一直

8、延時到執(zhí)行自動過電分相的系列動作。</p><p>　　2# 地面感應器是過電分相時的即時斷電信號，同時是機車反向運行時的恢復信號，為了防止沒有接收到過電分相的預備信號，它還起到應有的保護作用。當機車收到該信號時，控制裝置立即執(zhí)行自動過電分相的全部動作。</p><p>　　3# 地面感應器是通過電分相后的自動恢復信號，同時是機車反向運行時的立即斷電信號。當機車上感應器接收到該信號時，控制

9、裝置自動執(zhí)行合主斷路器、合輔機等系列動作。</p><p>　　其中，以機車運行方向為基準（以單線為例說明），1#、3# 地面感應器埋設在軌道右側(cè)，2#、4# 地面感應器埋設在軌道左側(cè)；1#、2# 地面感應器相距70m，2# 地面感應器與分相區(qū)首段相距45m，3#、4# 地面感應器的分布類似1#、2#地面感應器的分布，如圖1所示。</p><p>　　1# 地面感應器是車載斷電自動轉(zhuǎn)換過電

10、分相系統(tǒng)的延時斷電信號發(fā)生器（即反方向4# 地面感應器），當機車感應器接收到該信號時，控制裝置根據(jù)即時速度，計算延時時間，繼而執(zhí)行自動過電分相的系列動作。該設計考慮到最大運行速度為160km/h,而控制裝置在執(zhí)行斷開主斷路器前，指令劈相機和各輔機的順序動作時間為1.5s，據(jù)此確定1# 地面感應器與2# 地面感應器距離為：160×1000×1.5÷3600=66.7(m)。</p><p&

11、gt;　　為了保證當機車感應器可靠接收到1# 地面感應器的信號后，在接收到2# 地面感應器信號前，控制裝置可靠分斷主斷路器，應選擇1#、2# 地面感應器相距70m。</p><p>　　2# 地面感應器是車載過電分相系統(tǒng)的立即斷電信號發(fā)生器（或機車反方向運行時的恢復信號，即反方向3# 地面感應器）。當機車感應器接收到信號時，控制裝置立即同時執(zhí)行自動過電分相的全部動作，考慮到主斷路器的可靠分斷及裝置本身繼電器的動作

12、時間，控制裝置設計的“主斷分”脈沖寬度為1.0s，這樣就可以確定出2# 地面感應器距分相區(qū)首端距離為：160×1000×1.0÷3600=44.4(m)。</p><p>　　為了保證當機車感應器可靠接收到2# 地面感應器的信號后，控制裝置在分相區(qū)前可靠分斷主斷路器，應正確選擇2# 地面感應器與分相區(qū)的首端距離。</p><p>　　3# 地面感應器是車載過電

13、分相系統(tǒng)通過分相區(qū)后的自動恢復信號發(fā)生器（或機車反方向運行時的立即斷電信號，即反方向2# 地面感應器），當機車感應器接收到該信號時，控制裝置自動執(zhí)行合主斷、合輔機等系列動作。</p><p>　　4# 地面感應器是車載過電分相系統(tǒng)反方向運行時的延時斷電信號。</p><p>　　1#、2#、3#、4# 地面感應器采用的為永久性磁性體。通過綜合磁鐵性能、價格和系統(tǒng)可靠性等方面的因素，選用了釹

14、鐵硼永磁鐵型號為GLRM-30，它是一塊強磁性釹鐵硼材料的永磁鐵，體積為150mm×150mm×60mm，其性能指標如下：</p><p>　　·密度7.4g/cm3;</p><p>　　·硬度550HV；</p><p>　　·抗壓強度800MPa；</p><p>　　·

15、最大磁能積（BH max）230KT/m3;</p><p>　　·剩余磁感應強度BR1.1T。</p><p>　　這種裝置方法的優(yōu)點是安全可靠，既能保證信息準確，又具有安全防范的效果。</p><p><b>　　2）車載感應接收器</b></p><p>　　車載感應接收器主要用于接收地面感應器的

16、信號。為便于控制，地面感應器采用三點式布置，這就要求車上感應器必須分別安裝在機車的兩側(cè)。4個車載感應器分別固定在Ⅰ、Ⅱ端排障器下方兩側(cè)，感應信號采用屏蔽線直接送入控制盒。</p><p>　　在機車以前進方向為基準方向時，2#、4# 車載感應接收裝置應能最早接收到1# 地面感應器的信號，這個信號是預備信號，控制裝置自動啟動、計算延時等一系列動作。在機車繼續(xù)前進時，1#、3# 車載感應器應能先后接收到3# 地面感應

17、器的信號，這時，控制裝置應無條件執(zhí)行斷電過電分相的一系列動作。</p><p>　　反向運行時，動作過程類似。</p><p><b>　　3）控制裝置</b></p><p>　　控制裝置通過航空插座與機車的控制電路、速度信號和感應接收信號接通。各點的信號經(jīng)過控制裝置的各路信號調(diào)理電路調(diào)整，再通過可編程控制器進行信息處理。</p>

18、<p>　　在控制裝置中，處理較多的是感應接收信息和速度信息，要求控制裝置應準確接收分相區(qū)地面感應器的信號以及運行速度信號，以計算斷電、延時時間，因此也嚴格要求控制裝置本身的可靠性高，工作時不得對機車控制電路的運行產(chǎn)生影響。</p><p>　　控制裝置獲取各種信號的方法是將各檢測點的信號和控制信號引入控制裝置的接線端子。</p><p>　　控制裝置的主要功能是根據(jù)機車的運

19、行方向、機車運行速度、主斷路器的工作狀態(tài)及機車運行位置進行自動控制機車通過分相區(qū)間。在控制裝置的工作期間，當機車在非分相區(qū)運行時，司機可按照正常操作程序進行操作，當機車接近分相區(qū)間時，可由裝置自動控制通過分相區(qū)，也可由司機手動控制通過，無需進行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　車載斷電自動轉(zhuǎn)換過電分相系統(tǒng)的一個重要組成部分是分布在每個分相點的地面感應器。裝置通過地面感應器接收到的分布在分相點軌道兩邊的地面感應器信號，來

20、判斷是臨近分相點或是已經(jīng)過了分相點，并發(fā)出相應的控制信號。為了保證車載斷電自動轉(zhuǎn)換過電分相控制裝置的正常工作，機車的合主斷路器信號會使控制裝置初始化，并使各狀態(tài)標志位為等待過電分相點的狀態(tài)。</p><p><b>　　2.1.3系統(tǒng)特點</b></p><p>　　實踐和實驗均證明，車載斷電自動轉(zhuǎn)換過電分相裝置具有良好的工作性能，能可靠地執(zhí)行一系列過電分相的操作，同

21、時具有下述特點：</p><p>　?。?）該系統(tǒng)采用PLC作為控制單元，除完成自動過電分相的控制功能以外，還可以記錄并儲存若干信息，包括自動分合主斷路器時，機車的通過速度、主斷路器的分合時間、前后弓的升降狀態(tài)、1#~4# 車載感應器接收1#~4#地面感應器信號的情況、機車Ⅰ端（或Ⅱ端）是向“前”位還是向“后”位等信息。</p><p>　?。?）PLC存儲的數(shù)據(jù)可在DOS狀態(tài)下進行轉(zhuǎn)儲，

22、并可在DOS或Windows狀態(tài)下生成的報表以16進制表示狀態(tài)意義，在Windows狀態(tài)下生成的報表則一目了然，對自動過電分相時從接收到執(zhí)行完成各環(huán)節(jié)是否正常具有重要的參考意義。</p><p>　?。?）地面感應器和車載感應接收器應采用多套冗余控制模式，通過根據(jù)速度計算斷電和強迫斷電相結(jié)合，以確保自動過電分相安全可靠。</p><p>　　車載控制裝置執(zhí)行機構與PLC集中放置在控制盒里，

23、安裝較簡單，所占空間小，維修保養(yǎng)方便。車載感應接收器采用屏蔽線直接接入控制盒，避免了電磁干擾。</p><p>　?。?）進入自動過電分相區(qū)域時采用短暫蜂鳴提示，速度小于或大于5km/h時采用不同顏色燈來提示，自動過電分相裝置故障采用蜂鳴和閃紅燈長時間提示，確保自動過電分相時給司機的提示直觀明顯，又不至于對司機造成太大的干擾。</p><p>　?。?）控制裝置具有自檢功能，每自動過完一次

24、電分相區(qū)，裝置本事自行檢查一次，檢查是否有故障，確保下一個分相區(qū)準確可靠地自動過電分相。</p><p>　?。?）車載自動過電分相系統(tǒng)在每一種原件選型方面都進行了細致的研究，充分利用冗余量，與機車電氣聯(lián)結(jié)盡量簡單明了，不對機車控制回路產(chǎn)生任何不良影響，保留了原有手動過電分相的功能；當自動過電分相失效時，可轉(zhuǎn)為手動操作過電分相。</p><p>　　2.2地面電分相自動轉(zhuǎn)換裝置</p

25、><p><b>　　2.2.1系統(tǒng)組成</b></p><p>　　該系統(tǒng)是采用地面開關組成的自動轉(zhuǎn)換裝置，工作原理如圖2所示。</p><p>　　圖 2地面自動轉(zhuǎn)換電分相裝置工作原理圖</p><p>　　地面過電分相自動轉(zhuǎn)換裝置設在錨段關節(jié)的分相區(qū)，在錨段關節(jié)的分相區(qū)處嵌入一個中性段，其兩端分別由空氣絕緣器間隙1JY

26、、1JY與兩相絕緣網(wǎng)絕緣。兩臺真空負荷開關1ZK、2ZK分別跨接在1JY、1JY上，使絕緣網(wǎng)兩相能通過1ZK及2ZK分別向中性段供電；在線路邊設置四臺機車位置傳感器1CG、2CG、3CG、4CG1。無車通過時兩臺真空負荷開關均斷開，中性段無電。</p><p>　　當機車從A相駛來，到1CG處時，真空負荷開關1ZK閉合，中性段接觸網(wǎng)由A相供電，待機車進入中性段，到3CG處時，1ZK分斷，2ZK隨即迅速閉合，完成中

27、性段供電的換相交換。由于此時中性段已由B相供電，機車可以在不用任何附加操縱、負荷基本不變的條件下通過電分相區(qū)段，帶機車駛離4CG處后，2ZK分斷，裝置回零，各項設備恢復到無機車通過時的狀態(tài)。</p><p>　　當反向來車時，由控制系統(tǒng)自動識別，控制兩臺真空負荷開關以相反順序輪流斷開與閉合。</p><p><b>　　2.2.2工作原理</b></p>

28、<p>　　該系統(tǒng)的關鍵技術，是在硬件設備上要要研制出長壽命的真空負荷開關，從相間轉(zhuǎn)換上要采用可靠的邏輯控制系統(tǒng)，從軟件技術上則要解決變電所、電力機車和自動轉(zhuǎn)換裝置之間的兼容配合問題。</p><p><b>　　1）真空負荷開關</b></p><p>　　真空負荷開關是該系統(tǒng)的關鍵設備，它的任務是每當機車通過電分相區(qū)段時迅速地完成對機車供電相位的切換，

29、它不同于真空斷路器，也不同于V停反行用的真空負荷線路開關，它的運用特殊性決定了對它運用的特殊要求。</p><p>　　①為壓縮開關切換過程中的瞬間斷電時間，減輕對機車的機電沖動，在大波距的情況下，要求其分合閘速度快并有較高的響應速度；</p><p>　?、谝髶?jù)有較強的機械和電氣壽命。由于需要頻繁動作，要求其工作壽命長，且抗震動。</p><p>　　新型真空負

30、荷開關，在真空滅弧室中選用了大口徑、大波距的沖壓型波紋管，并采用預拉伸裝置技術，以減小波紋管大為面積的形變，提高其使用壽命。還采用了新型高壓消汽劑和可閥焊封裝等新技術、新工藝，在開關整體裝配設計上加強減震環(huán)節(jié)，開關機構采用既簡單又實用的電磁合拍式。由于采取克一系列有效地技術措施，使開關的機械和電氣壽命超過6萬次。</p><p>　　真空負荷開關的主要技術參數(shù)如下：</p><p>　　&

31、#183;額定工作電壓27.5kV（工頻有效值）；</p><p>　　·工頻耐壓 95kV，持續(xù)1min（斷口間及本地對地）；</p><p>　　·額定關合電壓流 20kA；</p><p>　　·額定工作電流 1000kA；</p><p>　　·合閘時間 不大于70ms；</p>

32、<p>　　·分閘時間 不大于40ms；</p><p>　　·沖擊耐壓 185kV（1.5/40μS全波）；</p><p>　　·電氣壽命 大于5萬次；</p><p>　　·機械壽命 大于5萬次；</p><p>　　·安裝形式 小車式、帶固定鎖。</p><

33、;p><b>　　2）控制系統(tǒng)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)換裝置控制系統(tǒng)是實現(xiàn)對各執(zhí)行部件精確可靠的自動控制和狀態(tài)監(jiān)視，系統(tǒng)控制原理如圖3所示。</p><p>　　該系統(tǒng)據(jù)有如下功能：</p><p>　?、儆凶銐虻倪壿嬤\算及控制功能，以實現(xiàn)裝置運行的自動化；</p><p>　?、谀茏詣訖z出裝置運行中出現(xiàn)的

34、各種故障并分類報警，便于查找排除；</p><p>　　③有較高的響應速度，以壓縮開關切換時的瞬間斷電時間；</p><p>　?、苡休^強的抗干擾性能，能在強電磁干擾條件下可靠工作；</p><p>　?、菽苓m應長時間無間歇的連續(xù)工作。</p><p>　　控制裝置采用了以可編程序控制器為核心的控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破魇且晕⑻幚砥鳛楹诵牡臋C電一

35、體化的自動控制裝置，它把計算機技術、控制技術和通信技術融為一體，它與被控制設備的連接適應性好，采用簡明的邏輯語言，具有很強的抗干擾能力，適用于工業(yè)控制的工業(yè)環(huán)境，功能強、性能優(yōu)。同時，再加上機車位置傳感器、輸入信號隔離、輸出驅(qū)動、電源、顯示、報警、試驗等部分，組成裝置的控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定、可靠。</p><p>　　機車位置傳感器是設置在電分相處的信號裝置，它要為機車提供準確的位置信息，對于電分相自動轉(zhuǎn)

36、換裝置而言，對機車位置的準確判斷是系統(tǒng)成功轉(zhuǎn)換的關鍵。我們選用的機車位置傳感器，應能在電氣化區(qū)段與其他閉塞信號軌道電路疊加使用，互不干擾，并且每臺為兩套電路雙機熱備用，以滿足系統(tǒng)無故障連續(xù)運行的要求。</p><p>　　電動斷電標是報警環(huán)節(jié)的一部分，它的“新”標及“準備斷電”標均有互成90°的兩個位置，即顯示位和菲顯示位。當裝置正常運行時，它處于菲顯示位，司機不斷電帶負荷過電分相；當裝置因故障檢修撤出

37、運行時，它自動轉(zhuǎn)到顯示位，提示司機按斷電過電分相操作。</p><p>　　圖3 控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2.2.3系統(tǒng)軟件特點</p><p>　?、龠x用可編程控制器作為控制系統(tǒng)的核心部件，使系統(tǒng)可靠工作；</p><p>　?、趯⑤敵鲋噶詈蛨?zhí)行結(jié)果的反饋信號隨時比較，進行閉環(huán)監(jiān)控；</p><p>　　

38、③對連接在兩相上的真空負荷開關的合閘命令采用軟件和硬件的雙重連鎖，以確保不出現(xiàn)兩相同合的敵對狀態(tài)；</p><p>　?、艹绦蛟O計注意功能及優(yōu)化，使之既能滿足監(jiān)控要求，又盡可能壓縮程序掃描時間；</p><p>　?、堇眉訌娦统绦蚩刂破鞯母咚佥斎攵耍岣哧P鍵信號的響應速度；</p><p>　?、薏捎糜布綦x和軟件識別雙重措施進一步提高抗干擾能力。</p&g

39、t;<p>　　2.3.柱上式網(wǎng)上斷載自動過電分相裝置</p><p>　　柱上式網(wǎng)上斷載自動過電分相裝置，是三種自動轉(zhuǎn)換過電分相裝置的一種模式。它的特點是其自動轉(zhuǎn)換過電分相的設備在支柱上；其次在過電分相的瞬間，對電力機車實行斷電；另外是設備簡單，節(jié)省地面空間，且減少維護費用。</p><p>　　網(wǎng)上斷載自動過電分相裝置，是在接觸網(wǎng)的電分相中性區(qū)域安心黃相應實現(xiàn)自動過電分相

40、的裝置設備，是現(xiàn)在無人為干擾的情況下，機車自動通過電分相區(qū)域。其基本原理如圖。</p><p>　　圖4 網(wǎng)上斷載自動過電分相裝置示意圖</p><p>　　圖4中L1、L2為磁控線包，K1、K2為真空滅弧室，MDA位過電壓吸收器，x-y段為中性段絕緣滑道，2、3為兩個分段絕緣器。假使機車由左至右行駛，由A相駛?cè)?，依次?jīng)過ab、cd、xy、ef、gh各區(qū)段，進入B相。當機車行駛到1—2的位

41、置，即進入線包受流區(qū)時，機車通過磁控線包L1受流，真空滅弧室K1合閘，2—x區(qū)段帶電。當機車駛過2以后，離開了控制線包受流區(qū)，進入K1供電的分短區(qū)，真空滅弧室分閘，機車斷載。此時機車不帶電通過2—3之間的電分相x-y主絕緣區(qū)。通過了3以后，機車通過B相的受流線包L2得到B相的電流，經(jīng)過4以后，由B相供電。機車反方向行駛時，同理，依次由B相過渡到A相。</p><p>　　2.3.1過渡過程中的過電壓</p&

42、gt;<p>　　在網(wǎng)上斷載自動轉(zhuǎn)換過電分相的系統(tǒng)中，過電壓的出現(xiàn)有兩種不同的類型：一是載流過電壓，二是重燃過電壓。</p><p>　　在高壓供電電路中產(chǎn)生載流過電壓是必然的，但高壓防護的常規(guī)技術及設施也比較成熟，大多采用的是過電壓出現(xiàn)后用RC回路活氧化鋅能量吸收裝置。該裝置中采用了在電流零點上截流的方法，通過改善過電壓的變化率或降低峰值的方法以使過電壓得到緩解。</p><p

43、>　　上述設計中，把電磁控制回路能量的釋放確定在一個恒定的時間范圍內(nèi)，用設定幾何結(jié)構的分段絕緣器進行配合，與分合時間為20～25ms的開關主回路進行組合。通過對電力機車受電弓受流滑板的滑動調(diào)節(jié)，形成一個電磁系統(tǒng)控制能量負反饋回路，同步與跟蹤主回路電流過零點的封閉反饋網(wǎng)絡，由網(wǎng)絡自身的負反饋使裝置精確的截流在電流的過零點上。由于實現(xiàn)了電流過零開斷，因此截流值趨向于零，克服了過電壓的產(chǎn)生，同時也解決了重燃過電壓的產(chǎn)生。</p&g

44、t;<p>　　2.3.2涌流的限制</p><p>　　在網(wǎng)上斷載過電分相裝置的自動切換的換向中，瞬間失電是不可避免的，而失電后另一相加電時，電力機車的涌流很大。根據(jù)資料，日本制式的自動過電分相裝置，其涌流值可達到正常工作電流的6～7倍，易造成電力機車主斷路器和牽引變電所的跳閘。在該裝置的設計中加強了L1和L2的阻抗作用，使涌流得到了大幅度的限制。</p><p>　　經(jīng)過

45、實測和實驗證明，涌流峰值在電力機車主變壓器原邊為正常工作電流的1.84～2.57倍，即在280～360之間，沒有超過400A的保護整定值。而機車輔機電路的涌流值為正常工作電流的2.5～3.75倍，即在1160～2100A之間，沒有超過2800A的保護整定值。</p><p>　　為保護機車在過渡過程中有充分余量保障不跳閘，根據(jù)涌流時間短的特點，把機車主變電器過流保護與輔機電路過流保護，在電流整定值不變的的前提下，

46、把原來快速靈敏的功能改為0.2s（機車主變壓器過流保護）和0.4s（輔機電路過度保護）的延遲型保護，使機車保護回路延時問題得到了妥善解決。</p><p>　　2.3.3裝置的機械﹑電氣壽命的技術保障措施</p><p>　　1）機械壽命的技術保障</p><p>　　從工作原理圖中可以看出，控制開關是一種特殊的結(jié)構，控制回路與滅弧室主回路都處在同一電位上，工作時控

47、制回路直接串聯(lián)在供電電路之內(nèi)，由供電電流直接提供電磁能量控制主回路分合閘。這一特殊形式就有一個重要的問題要解決，即每個電力機車的牽引電流變化很大，一般從幾十安到250A間，電流小了電磁力不足，電流過大了，裝置的電磁吸合沖擊力過大，對機械壽命影響很大。</p><p>　　該裝置采用了利用電磁飽和來恒定電磁吸合范圍的設計方法，在牽引電流達到30A時可具備正常的工作能力。當牽引電流大于40A時，該裝置進入飽和狀態(tài)，保

48、證電磁力恒定，這種設計方法實現(xiàn)了盡管電流有大范圍的變化，但是電磁吸合力在恒定許可的范圍內(nèi)，保障了機械結(jié)構的可靠性。</p><p>　　2）電氣壽命的技術保障</p><p>　　（1）從工作原理中可以看出，控制回路與主回路實現(xiàn)了等電位設計，避免了主電路高壓對控制回路的絕緣沖擊，降低了對控制回路電磁線包的絕緣要求。</p><p>　?。?）從原理圖中可以看出，裝置

49、合閘時，真空滅弧室是空載無電流的，防止了合閘彈跳電弧燒損觸頭本身的問題，真空滅弧室只承擔了分斷電流的任務。</p><p>　?。?）該裝置采用的是瞬時工作制，實現(xiàn)大冗余量的設計手段，在無機車通過時裝置處于無任何電流的狀態(tài)。在機車通過時，自動過電分相的工作過程不到1s，而主回路真空滅弧室從受流到截流時間在20ms以內(nèi)。裝置采用的真空滅弧室熱穩(wěn)定參數(shù)為4s﹑4kA，電力機車單機網(wǎng)測電流不會超過300A,可見電分相裝

50、置在工作時功率余量是很大的。在工作時間為1s以內(nèi)的瞬時工作制電路中，電熱元件的功率余量可以擴大為額定時工作容量的10～12倍進行衡量，額定電流為400A，滅弧室可擴大為4kV以上。</p><p>　　2.3.4網(wǎng)上斷載過電分相裝置的適用范圍及特點</p><p>　?。?）適應全天候和海拔2500m以下的電氣化鐵路。</p><p>　?。?）適應大坡度2％以下重

51、載列車的上下坡運行，并能適應單機雙機或三機各種牽引方式。</p><p>　?。?）裝置能適應根據(jù)要求局部改造的各類電力機車，并能運行于常速重載線路。</p><p>　　（4）整體裝置安裝在支柱上，具有良好的安全防范效果，同時無需征用土地建房和配備值班人員，有利于降低投資和推廣使用。</p><p>　　（5）裝置的機械壽命和電氣壽命均為10萬次。</p&g

52、t;<p>　?。?）裝置結(jié)構簡單，使用方便，維修簡易。</p><p>　　2.4三種自動過電分相方式的比較</p><p>　　2.4.1車載斷電自動轉(zhuǎn)換電分相裝置的優(yōu)越性、實用性和待完善的問題</p><p>　?。?）采用自動過電分相代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動操作過電分相，較大地減輕了乘務員的勞動強度，能有效地避免由于乘務員疏忽、操作不當而引起的燒電分相絕

53、緣器、變電所跳閘而中斷供電等事故以及由此造成的經(jīng)濟損失。</p><p>　?。?）地面感應器采用免維護的材料，基本上可以達到一勞永逸，不僅提高了地面感應器的安全可靠性，還可以大大降低成本。</p><p>　?。?）在高速運行區(qū)段，自動過電分相更是顯示出了其強大的優(yōu)越性，不但避免了乘務員對過電分相的頻繁操作，而且使過電分相區(qū)提高了安全度，并較大地減少了速度損失。</p>&

54、lt;p>　　車載斷電自動過電分相系統(tǒng)，從總體上講是技術先進、設計合理、結(jié)構緊湊的一種較為理想的方案和系統(tǒng)，但從高速度、大坡道及更廣泛的意義講，也有不完善的地方及要改進的以下各方面：</p><p>　?。?）斷電區(qū)較長，有一定速度損失，按目前的控制模式，用來使主斷路器強迫斷開和合閘所用的地面感應器距分相區(qū)還有45m，所以在大坡道低速行駛時，自動過電分相斷電和合閘相距時間較長，機車速度損失多大，這種情況尚需

55、完善改進。擬根據(jù)接收到的不同地面感應器信號時的通過速度、升前弓和升后弓、接收感應器所處位置進行精確計算斷電和合電。如斷主斷路器時受電弓離分相絕緣器距離為10~15m；合主斷路器時受電弓離分相絕緣器距離為20m左右，較大程度地減少了速度損失和斷電距離。</p><p>　?。?）該系統(tǒng)是與機車其他控制系統(tǒng)分開的、獨立的自動過電分相控制系統(tǒng)，雖在檢修和運用方面具有較強的獨立性，但也存在兩個控制系統(tǒng)并存的資源上的浪費。

56、</p><p>　?。?）若用于高速電氣化鐵路，有些電路還需進一步優(yōu)化，并在高速線路上做相應運行試驗。</p><p>　　2.4.2地面電分相自動轉(zhuǎn)換裝置與供電設備、機車的兼容問題</p><p>　　地面型電分相自動轉(zhuǎn)換裝置的工作原理，就是將電力機車這一復雜的大功率負荷，在瞬間進行換相的前提下，實現(xiàn)帶負荷轉(zhuǎn)換。這種帶負載的切換勢必產(chǎn)生較大的過渡過程，這對機車電

57、氣設備、供電系統(tǒng)電氣設備及其運行安全危害極大。因此，如何降低合閘電壓時完善和提高該系統(tǒng)工作性能的方向，而其有效手段是選擇合閘相位，使其電沖擊達到最小。</p><p>　　通過研究、試驗，研制成功了智能選項開關。智能選相開關的研制成功不僅可以解決地面型電分相自動轉(zhuǎn)換裝置的過電壓問題，并使該裝置與相關設備的兼容問題圓滿解決。</p><p>　　2.4.3柱上式網(wǎng)上斷載自動過電分相裝置改進與

58、優(yōu)化</p><p>　?。?）柱上式網(wǎng)上斷載自動過電分相裝置是一種結(jié)構簡單的自動電分相方式，在實現(xiàn)消除截流過電壓和重燃過電壓時，是采用電流零點上截流的方法，在電磁控制回路能量釋放研究方面，還需完善及優(yōu)化，以消除明顯的電弧及火花現(xiàn)象。</p><p>　　（2）在換相加電過程中，涌流的限制同樣是一個待研究的問題，應合理確定L1和L2的阻抗作用。</p><p>　　

59、（3）該設備目前只能滿足100km/h的運行要求，為適應高速電氣化鐵路的需要，適應更高速度的運行要求，還需解決許多技術問題。</p><p><b>　　3.結(jié)論與體會</b></p><p>　　在本次課程設計中，我主要負責車載斷電自動轉(zhuǎn)換電分相裝置的分析與研究以及設計報告的匯總。</p><p>　　作為一名電氣工程及其自動化專業(yè)大四的學生

60、，我覺得能做類似的課程設計是十分有意義的，而且是十分有必要的，本次通過對現(xiàn)有高速電氣化鐵道自動過電分相的研究進行設計，使我受益匪淺。</p><p>　　這次課程設計主要是以上學期剛學過的《高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)》為參考和理論出發(fā)點，并對其中第六章的理論進行更進一步的分析，最后得出相應的結(jié)論。</p><p>　　首先，以前所學的知識在這次設計計算中得到了復習和加深；</p>

61、<p>　　其次，我對Microsoft office應用軟件，以及Auto CAD 軟件掌握的也更多了些；這次的設計作圖圖較多，因此就需要用上面兩種軟件來繪圖，并作出相應標注。</p><p>　　再次，從這次設計計算中，我的綜合能力也得到了點提高；大家齊心協(xié)力，各盡其能，才使得本次設計計算能夠順利完成。</p><p>　　此外，這次課程設計中，我也學到了作為工科專業(yè)應該擁有

62、的一些素養(yǎng)。在計算過程中應該細心，應該合作，決不能浮躁，畢竟，稍微算錯一個數(shù)據(jù)，下面的任務也將無法順利進行。這次的專業(yè)課程設計令我受益匪淺，是我的專業(yè)知識更加得到牢固，為本學期的畢業(yè)設計做了一個開場白。</p><p>　　最后，通過課程設計使我認識到由于所學知識的局限性以及缺乏經(jīng)驗，我的設計可能不夠合理，也不夠完善。因此，我需要在今后的學習中不斷的積累知識，使自己有所進步。由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批

63、評指正。</p><p><b>　　參考書目</b></p><p>　　[1] 于萬聚著.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng). 成都:西南交通大學出版社,2002.</p><p>　　[2] 李愛敏主編.接觸網(wǎng)生產(chǎn)實習指導.北京:中國鐵道出版社,2000.</p><p>　　[3] 李偉主編.接觸網(wǎng).北京:中國鐵道出版社,20