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一种电气化铁路接触网融冰系统
来源：广搜网
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发布日期： 21:17:18
&&&&发明人：周方圆 王卫安 黄燕艳 谭胜武周靖 段世彦 龙礼兰 石二磊王才孝 朱建波 文韬 邱文俊吴明水 胡前 刘彤 何政军（摘要：本发明涉及一种电气化铁路接触网融冰系统，在接触网两变电所的相邻供电臂上分别设置第一同步无功发生器和第二同步无功发生器；第一同步无功发生器，用于在融冰时生成感性无功，传送到接触网；第二同步无功发生器，用于在融冰时生成与所述感性无功等量的容性无功，传送到接触网。所述第二同步无功发生器通过第一开关(203) 与一变电所的供电臂连接，还通过第二开关(202) 与另一变电所的供电臂连接。本发明实现无功电流从供电臂上流动，产生焦耳热量融冰。本发明产生的无功功率不会影响上级牵引供电系统，当不需要融冰时，两台同步无功发生器由各自变电站供电，实现实时补偿无功功率，提高牵引网力率的目的。）
分别设置第一同步无功发生器和第二同步无功发生器；第一同步无功发生器，用于在融冰时生成感性无功，传送到接触网；第二同步无功发生器，用于在融冰时生成与所述感性无功等量的容性无功，传送到接触网。2. 如权利要求1 所述的系统，其特征在于，所述第二同步无功发生器通过第一开关与一变电所的供电臂连接，还通过第二开关与另一变电所的供电臂连接。3. 如权利要求2 所述的系统，其特征在于，所述系统还包括控制器，所述控制器包括功率控制模块，用于在融冰时指令第一同步无功发生器和第二同步无功发生器分别生成感性无功和容性无功。4. 如权利要求3 所述的系统，其特征在于，所述控制器包括开关模块，用于在跨区融冰时控制第一开关断开，第二开关合闸；在无功补偿时控制第一开关合闸，第二开关断开。5. 如权利要求4 所述的系统，其特征在于，所述系统还包括覆冰预警装置，所述控制器还包括计算模块；覆冰预警装置，用于获取气候监测数据和接触网覆冰状态数据，发送到控制器；计算模块，用于依据气候监测数据和接触网覆冰状态数据判断是否进入融冰状态，如是，启动功率控制模块和开关模块。6. 如权利要求5 所述的系统，其特征在于，所述覆冰预警装置包括用于获取气候监测数据的气候监测器，所述气候监测器包括风速传感器、温度传感器和湿度传感器：所述风速传感器，用于获取环境风速；所述温度传感器，用于获取环境温度；所述湿度传感器，用于获取环境湿度。7. 如权利要求5 所述的系统，其特征在于，所述覆冰预警装置包括用于接触网覆冰状态数据的覆冰状态监测器，所述覆冰状态监测器包括承载质量传感器、轴向倾角传感器和径向倾角传感器：所述承载质量传感器，用于监测接触网的承载质量；所述轴向倾角传感器，用于监测接触网的轴向倾角；所述径向倾角传感器，用于监测接触网的径向倾角。8. 如权利要求1-7 任一项所述的系统，其特征在于，所述同步无功发生器包括变压器和多个逆变器，所述变压器有多个并联的辅助绕组，各辅助绕组分别连接一逆变器。9. 如权利要求1-7 任一项所述的系统，其特征在于，所述同步无功发生器包括变压器和多个采用H 桥结构的功率模块，所述各功率模块串联连接。一种电气化铁路接触网融冰系统技术领域[0001] 本发明涉及电力系统供电领域，特别涉及一种电气化铁路接触网融冰系统。背景技术[0002] 随着中国铁路运输的蓬勃发展，铁路在国家经济建设和国防建设中担负着越来越重要的作用，预计到2020 年，全国铁路营运里程将跨越式发展至10 万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达50％以上，中国铁路将形成“四横四纵”的高速铁路网的宏伟蓝图。[0003] 最近几年，受全球气候变暖影响，极端天气、气候灾害事件更为频繁，在国外和我国的南方、华中、华东地区均出现了历史罕见的冰雪凝冻灾害，尤其在湖南、贵州、广西、江西大部分地区受灾严重，电力设施遭受了前所未有的破坏，因冻雨、冰雪危害而引起供电中断的事故十分严重和频繁。为确保列车在冻雨及冰雪等极端灾害天气情况下安全运行，对电气化铁路接触网防冰的需求也日益突出。[0004] 铁路牵引供电接触网覆冰后，一方面将会严重的影响机车受流；另一方面当机车的受电弓与覆冰导线接触时，会产生拉弧现象，对导线和受电弓磨损加大，有时会造成接触网的严重破坏，进而出现接触网舞动乃至倒杆、塌网等事故，使列车失去运行的动力，严重影响列车的安全、可靠、和正点运行。因此，对接触网尤其是接触导线采取必要的防冰措施是亟待攻克的技术难点。[0005] 目前，铁路牵引供电接触网较多采用回路中增加电抗器或电阻器方式。该方式在牵引接触网回路中串入固定分级电抗器，无机车情况下，产生电流维持牵引供电接触网的热量，实现防冰目的。从理论上讲，采用该方式防冰技术简单、有效，通过大电流产生焦耳热进行防冰，但是，该方式在运行过程中装置损耗比较大，同时对供电系统产生大量谐波，进而导致牵引供电力率过低、严重影响供电质量，且需停车投入运行、操作复杂，无法实现在线控制和动态投切。发明内容[0006] 本发明的目的提供一种电气化铁路接触网融冰系统，该系统能够实现接触网的融冰，且可实现系统动态无功平衡，减少系统损耗。[0007] 本发明一种电气化铁路接触网融冰系统，在接触网两变电所的相邻供电臂上分别设置第一同步无功发生器和第二同步无功发生器；第一同步无功发生器，用于在融冰时生成感性无功，传送到接触网；第二同步无功发生器，用于在融冰时生成与所述感性无功等量的容性无功，传送到接触网。[0008] 优选的，所述第二同步无功发生器通过第一开关与一变电所的供电臂连接，还通过第二开关与另一变电所的供电臂连接。[0009] 优选的，所述系统还包括控制器，所述控制器包括功率控制模块，用于在融冰时指令第一同步无功发生器和第二同步无功发生器分别生成感性无功和容性无功。[0010] 优选的，所述控制器包括开关模块，用于在跨区融冰时控制第一开关断开，第二开关合闸；在无功补偿时控制第一开关合闸，第二开关断开。[0011] 优选的，所述系统还包括覆冰预警装置，所述控制器还包括计算模块；覆冰预警装置，用于获取气候监测数据和接触网覆冰状态数据，发送到控制器；计算模块，用于依据气候监测数据和接触网覆冰状态数据判断是否进入融冰状态，如是，启动功率控制模块和开关模块。[0012] 优选的，所述覆冰预警装置包括用于获取气候监测数据的气候监测器，所述气候监测器包括风速传感器、温度传感器和湿度传感器：所述风速传感器，用于获取环境风速；所述温度传感器，用于获取环境温度；所述湿度传感器，用于获取环境湿度。[0013] 优选的，所述覆冰预警装置包括用于接触网覆冰状态数据的覆冰状态监测器，所述覆冰状态监测器包括承载质量传感器、轴向倾角传感器和径向倾角传感器：所述承载质量传感器，用于监测接触网的承载质量；所述轴向倾角传感器，用于监测接触网的轴向倾角；所述径向倾角传感器，用于监测接触网的径向倾角。[0014] 优选的，所述同步无功发生器包括变压器和多个逆变器，所述变压器有多个并联的辅助绕组，各辅助绕组分别连接一逆变器。[0015] 优选的，所述同步无功发生器包括变压器和多个采用H 桥结构的功率模块，所述各功率模块串联连接。[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：[0017] 本发明需要融冰时，同步无功发生器生成感性无功Q，传送到接触网；同步无功发生器同时生成容性无功-Q，传送到接触网。这样，实现无功电流从供电臂上流动，产生焦耳热量融冰。此时，该系统产生的无功功率不会影响上级牵引供电系统，当不需要融冰时，两台同步无功发生器由各自变电站供电，实现实时补偿无功功率，提高牵引网力率的目的。附图说明[0018] 图1 是本发明电气化铁路接触网融冰系统结构图；[0019] 图2 是本发明电气化铁路接触网融冰系统另一实施例结构图；[0020] 图3 是本发明同步无功发生器结构图；[0021] 图4 是本发明同步无功发生器另一实施例结构图。具体实施方式[0022] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0023] 本发明在接触网两变电所的相邻供电臂上分别设置同步无功发生器(SVG)，需要融冰时，指令一台同步无功发生器发出感性无功Q，另一台同步无功发生器发生等量的容性无功-Q，从而使无功电流从供电臂上流动，产生焦耳热量达到融冰效果。[0024] 参见图1，示出电气化铁路接触网融冰系统结构。分别在牵引变电所A 的β 供电臂和牵引变电所B 的α 供电臂分别安装同步无功发生器11 和同步无功发生器12。同步无功发生器11 通过开关101 连接β 供电臂；同步无功发生器12 通过开关202 连接α 供电臂，还通过开关203 与接触网连接。接触网通过开关102 连接β 供电臂，通过开关201 连接α 供电臂。[0025] 需要融冰时，同步无功发生器11 生成感性无功Q，传送到接触网；同步无功发生器12 同时生成容性无功-Q，传送到接触网。这样，实现无功电流从供电臂上流动，产生焦耳热量融冰。此时，该系统产生的无功功率不会影响上级牵引供电系统，当不需要融冰时，两台同步无功发生器由各自变电站供电，实现实时补偿无功功率，提高牵引网力率的目的。[0026] 当然，本发明也可由同步无功发生器11 生成容性无功-Q，同步无功发生器12 生成感性无功Q，实现接触网融冰。[0027] 本发明可通过控制器和覆冰预警装置控制同步无功发生器11 和同步无功发生器12，在需要融冰时自动启动，进行融冰；在不需要融冰时，进行无功功率补偿。[0028] 参见图2，示出电气化铁路接触网融冰系统另一实施例结构。控制器13 包括功率控制模块131、开关模块132 和计算模块133，覆冰预警装置20 包括气候监测器21 和覆冰状态监测器22。其中，气候监测器21 风速传感器211、温度传感器212 和湿度传感器213 ；覆冰状态监测器22 包括承载质量传感器221、轴向倾角传感器222 和径向倾角传感器223。[0029] 风速传感器211 获取环境风速；温度传感器212 获取环境温度；湿度传感器213 获取环境湿度。气候监测器21 将环境风速、环境温度和环境湿度等数据作为气候监测数据，发送到计算模块133。[0030] 承载质量传感器221 监测接触网的承载质量；轴向倾角传感器222 监测接触网的轴向倾角；径向倾角传感器223 监测接触网的径向倾角。覆冰状态监测器22 将承载质量、轴向倾角、径向倾角等数据作为接触网覆冰状态数据发送到计算模块133。[0031] 计算模块133 依据气候监测数据和接触网覆冰状态数据判断是否需要启动融冰模式，如是启动功率控制模块131 和开关模块132，如否，不做处理。[0032] 一般情况下，影响接触网覆冰主要取决于环境气温(0℃以下)、相对湿度( 日平均相对湿度大于80％ )、风速( 小于3m/s) 三个因素。计算模块133 将这三个因素作为判定覆冰条件的临界点，逻辑判断出接触网是否达到覆冰临界点，并综合接触网的承载质量、轴向倾角、径向倾角等参数，综合判断是否需要进入融冰模式。具体判断方式和计算方法为现有技术，不再赘述。[0033] 功率控制模块131 用于在融冰时指令同步无功发生器11 和同步无功发生器12 分别生成感性无功和容性无功，进行接触网融冰。[0034] 开关模块132 控制开关301、开关302 和开关303，及开关102、开关201 和开关202相应动作，配合功率控制模块131。[0035] 功率控制模块131 和开关模块132 的具体控制步骤如下。[0036] (I) 启动融冰模式：[0037] 指令同步无功发生器11 和同步无功发生器12 同时停止运行；[0038] 指令开关102、开关201 和开关202 断开；[0039] 指令分区亭的开关301、开关302 和开关303 合闸；[0040] 指令开关102 和203 开关合闸；[0041] 指令同步无功发生器11 和同步无功发生器12 同时工作，分别发出容性无功-Q 和感性无功Q。[0042] (II) 融冰模式到无功补偿模式；[0043] 融冰完成后需要由融冰模式重新回到无功补偿模式，其操作如下：[0044] 指令同步无功发生器11 和同步无功发生器12 同时停止运行；[0045] 指令开关102 和开关203 断开；[0046] 指令开关301、开关302 和开关303 断开；[0047] 指令开关102、开关201 和开关202 合闸；[0048] 指令同步无功发生器11 和同步无功发生器12 进入无功补偿模式。[0049] 本发明的同步无功发生器11 和同步无功发生器12 既可以采用级联式也可以采用升压式。[0050] 参见图3，示出本发明同步无功发生器结构图，同步无功发生器包括变压器T1 和多个逆变器，变压器T1 有多个并联的辅助绕组，各辅助绕组分别连接一逆变器。逆变器的数量n 由同步无功发生器的总容量Q 和单个逆变器的容量q 决定：n ＝ Q/q。[0051] 如图4，示出本发明同步无功发生器另一实施例结构图。同步无功发生器包括变压器和多个采用H 桥结构的功率模块，各功率模块串联连接。[0052] 同步无功发生器11 和同步无功发生器12 的容量Q 相等，Q ＝ U×I。其中U 为牵引网的额定电压，融冰电流I 由接触网的截面积、天窗时间、当地气候条件等决定。[0053] 本发明在接触网出现覆冰时，进入融冰模式，系统损耗小；在天气良好时，进入无功补偿模式，可以根据负载情况进行动态无功补偿，改善铁路供电系统的电能质量，达到节能减排的功效。[0054] 以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
发明人：周方圆 王卫安 黄燕艳 谭胜武周靖 段世彦 龙礼兰 石二磊王才孝 朱建波 文韬 邱文俊吴明水 胡前 刘彤 何政军
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电气化铁路接触网距离
在距接触网带电体不足2 米范围内施工或作业,接触网必须停电。文件《电气化铁路区段安全作业细则》 你说到的是,支柱靠近线路侧的一面,在轨平面上距线路中心的值,叫做侧面限界。其值范围为2.5m-3.1m,主要考虑机车安全限界以及行车速度 6500mm。单位是毫米。铁路线路两侧应当设立铁路线路安全保护区。铁路线路安全保护区的范围,从铁路线路路堤坡脚、路堑坡顶或者铁路桥梁(含铁路、道路两用桥,下同)外侧起向外的距离分别为: ...1.人员携带物件,工具等与高压需保持2米以上的距离 2.机动车等通过电气化铁路时的高度不得超过4.2米&从地面算起& 3.遇有接触网断线或在接触网上挂有线头等物件时...接触网贯通线和接触线的电压相等,都是25kv(19kv-27.5kv)。C 【答案解析】电气化铁路接触网触电伤害事故的主要隐患有:电化区段作业安全意识不牢,作业中违章上车顶或超出安全距离接近带电部位;接触网网下作业带电违章作业;接触... 日本接触网技术资料表明,日本国铁接触网施工在架设承力索、接触线时,采用了一定数... 用测量杆挂到钩头鞍子中,测量承力索悬挂点到线路轨平面的距离,误差控制在±3 mm 。...虽然电气 化铁路使用的电压比高压线路低得多,由于是单相,接触网离铁轨不高,这里的场强还 是比距离高压输电线十米远处要大至少一个数量级。站在铁道上的人的头部处的...接触悬挂。支持装置。定位装置。基础。支柱
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&&&&&&& 摘要：摘要：铁路运输在我国经济发展建设中占据着重要位置，是人们出行、货物长途运输的主要方式，电气化铁路是一种以电力为能源的现代化铁路运输工具，是铁路事业发展中的一大进步。近年来，高速铁路在世界范围内蓬勃发展，而高速铁路的发展需要大量高性能的接触网线材。本文主要针对电气化铁路接触网线材选型与节能进行简要分析。
&&&&&&& 关键词：电气化铁路；接触网；线材选型；节能
&&&&&&& 1接触网线材性能分析及选型
&&&&&&& 选取不同的工艺（工艺1、3、4、5）和材质生产的接触网线材进行性能对比分析。表1为工艺1和工艺3生产的接触网线材性能参数，表2为工艺4和工艺5生产的接触网线材性能参数。从表1和表2中可以发现，线材截面积越大，电阻越小，拉断力越高。铁标对接触网线材的形状、尺寸、结构都有严格的要求，对比发现：同规格的接触网线材，工艺3生产的接触网线材ＣＴＳ120和ＣＴＳ150的直流电阻比工艺1生产的约降低5．2％，工艺3生产的ＣＴＭＨ120和ＣＴＭＨ150的直流电阻比工艺1生产的约降低9．6％，工艺5生产的ＪＴ－ＭＨ95、ＪＴＭＨ120的直流电阻比工艺4生产的约降低15％；工艺3和工艺5生产的线材的拉断力稍高于工艺1和工艺4生产的线材。另外，工艺3生产的ＣＴＭ120和ＣＴＭ150的拉断力比工艺1生产的ＣＴＳ120和ＣＴＳ150的拉断力高约5ｋＮ，每千米电阻低约0．01&O，满足ＯＣＳ－2对接触线的性能要求；工艺5生产的ＪＴ－ＭＨ120和ＪＴＭＨ150的拉断力比工艺4生产的ＪＴ－ＭＨ120和ＪＴＭＨ150的拉断力高约3ｋＮ，每千米电阻低约0．03&O，满足ＯＣＳ－2对绞线的性能要求。目前，锡锭1ｔ约12万元，镁锭1ｔ约0．6万元，ＣＴＳ接触线的材质是铜锡合金（锡含量约0．15％～0．55％），ＣＴＭ接触线的材质是铜镁合金（镁含量约0．1％～0．3％），则1万ｔ的ＣＴＭ接触线需要镁锭30ｔ，镁锭的费用约1８万元；1万ｔ的ＣＴＳ接触线需要锡锭约55ｔ，锡锭的费用约660万元。在高速铁路接触网线材选型时，要综合考虑线材的机电性能和经济性，以达到既满足使用要求又降低能源消耗的目的。因此，电气化铁路接触网线材应优先考虑使用工艺3和工艺5生产的线材。200～250ｋｍ／ｈ电气化铁路接触网线材选型时，应该优先考虑采用工艺3生产的ＣＴＭ120和ＣＴＭ150来代替ＣＴＳ120和ＣＴＳ150。
&&&&&&& 2接触网线材节能效果分析
&&&&&&& 接触网是铁路电气化工程的主构架，是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路，输电线路损耗主要由电晕损耗和电阻损耗组成。在一般的电力系统计算中可忽略电晕损耗，输电线路损耗主要由线材的电阻决定。电阻损耗能量计算方法见式（1），Ｑ为电阻损耗能量（ｋＷ?ｈ）；Ｉ为负荷电流（Ａ）；&为负荷损失小时数（ｈ）；Ｒ为线路总电阻（&O），考虑到交流电流通过接触网线材时的趋肤效应和邻近效应以及标称尺寸的近似性，损耗计算时采用交流电阻。
&&&&&&& Ｑ＝Ｉ2Ｒ&（1）
&&&&&&& 由于电气化铁路一般采用单相工频交流供电，则表1和表2中直流电阻需要转化为交流电阻才能用于电阻损耗的计算。取ｆ为50Ｈｚ，将传统的接触网线材和新型的接触网线材的直流电阻（见表1和表2）代入式（2）和式（3）计算得到集肤效应系数ｋ1，并根据求得的集肤效应系数和式（4）计算得到交流电阻（见表1和表2）。依据铁标（ＴＢ／Ｔ　2８09－2005和ＴＢ／Ｔ　）中ＣＴＳ120和ＣＴＳ150的电阻温度系数0．003　65，ＣＴＭＨ120和ＣＴＭＨ150的电阻温度系数0．001　８5，ＪＴＭＨ95、ＪＴＭＨ120的电阻温度系数0．004，将表1和表2中20℃时的交流电阻换算成150℃时的交流电阻（表1和表2最后一列）。
&&&&&&& 式中&导体吸收系数；Ｓｉ为日照强度，Ｗ／ｍ2。
其中环境条件：风速ｖ为0．5ｍ／ｓ；日照强度Ｓｉ为1　000Ｗ／ｍ
&&&&&&& 2；导体表面吸收系数&为0．9；导体辐射系数ｋｅ为0．9；环境温度Ｔ0为40℃；导体工作温度ＴＣ为150℃。综上式（6）～式（10）和表1，表2中交流电阻计算值，计算传统和新型的接触网线材的载流量，见表3。可以发现新型的接触网线材的载流量较传统线材有了一定的提升，其中ＣＴＭ120和ＣＴＭ150的载流量与传统的ＣＴＳ120和ＣＴＳ150相比，载流量提高了约13％。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 表3& 接触网线材载流量
&&&&&&& 若&取一年365天（共８　７60ｈ），Ｉ取表3的载流量数值，Ｒ取ＲＡＣ的值，根据式（1）计算接触网线材电阻引起的损耗。对比分析传统和新型接触网线材节能情况，发现与传统线材相比，新型接触网线材ＣＴＳ120和ＣＴＳ150的节能约5．2％，ＣＴＭＨ120和ＣＴＭＨ150节能约9．6％，ＪＴＭＨ95、ＪＴＭＨ120节能约15％。
&&&&&&& 结论
&&&&&&& 电气化铁路已成为了现代铁路发展的主流方向，目前我国已经全面进入了电气化铁路时代。接触网设备故障问题，严重影响了电气化铁路发展，我国应针对接触网故障维修中的不足，提出相应措施，制定科学、可行的维修策略，加强定期维护，做好事前维护，从而降低故障发生几率。
参考文献：
[1]周墨菁.电气化铁路技术中如何对接触网故障进行维护[J].湖北工程技术学院，2012.
[2]王慧灵.试论电气化铁路线路故障维修技术在铁路电力线路中的应用[J].江苏水利电力工程学院，2012.
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