ЭНЕРГОСИСТЕМА ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ БЕЗ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВО ВСЕМ ПРОЦЕССЕ И БЕЗ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ НА ИНТЕРВАЛАХ Российский патент 2018 года по МПК B60M1/12 B60L9/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Система тягового электропитания представляет собой источник энергии, который гарантирует безопасную, стабильную и эффективную работу высокоскоростных поездов, ответственный за стабильное, бесперебойное и надежное электропитание высокоскоростной моторвагонной секции поезда, а также представляет собой важный вид инфраструктуры электрифицированных железных дорог. Энергосистема электрифицированной железной дороги согласно данному изобретению предусматривает применение системы электропитания без обратной последовательности во всем процессе, в частности, контактирующую на участках на интервалах, и без опертых сетей электропитания на промежуточных участках. Данное изобретение значительно упрощает структуру опор сети электропитания электрифицированной железной дороги и является важной инновацией, которая экономит материалы, безопасна и высоконадежна.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Система внешнего электропитания существующих электрифицированных высокоскоростных железных дорог состоит главным образом из тяговых подстанций, и вдоль одной электрифицированной высокоскоростной железной дороги предусмотрено множество тяговых подстанций. Основным оборудованием тяговой подстанции является тяговый трансформатор, который повышает трехфазную мощность, генерируемую электростанцией, или ступенчато снижает полезную мощность трехфазного высокого напряжения до 110 кВ (220 кВ для высокоскоростной электрифицированной железной дороги), а потом преобразует в мощность однофазного переменного тока промышленной частоты напряжением 27,5 кВ (номинальное напряжение составляет 25 кВ) для питания двух однофазных линий электропитания подвесной контактной системы пути в одном направлении и пути в обратном направлении железной дороги, соответственно. Поскольку однофазная система электропитания проста по конструкции, дешева по затратам на сооружение и удобна в эксплуатации и техническом обслуживании, в существующих электрифицированных поездах обычно используют мощность однофазного переменного тока промышленной частоты, как показано на Фиг.5.

Для выдерживания нагрузки однофазной сети тягового электропитания, нужно предусмотреть сложную структуру механических опор. Механическую опору для однофазной сети электропитания формируют путем расположения в определенном порядке множества анкерных участков (секций между анкерными опорами контактной сети). Анкерные участки соединены друг с другом несущими тросами, а для выдерживания всего веса контактной сети электропитания используются опоры анкерных участков и крепящие соединительные провода сети электропитания для заданного положения и высоты. Каждый анкерный участок содержит устройства компенсации анкеровки, множество позиционирующих устройств в качестве консолей (консольных позиционирующих устройств), электрическое соединительное устройство, устройства подвески, структуру участка средней анкеровки и устройство для воздушного перехода (крестовину). Устройства компенсации анкеровки расположены на двух концах каждого анкерного участка, установлены на верхней части опоры анкерного участка и соединяют два конца несущих тросов и контактные провода каждого пролета подвесной контактной системы для автоматического регулирования провисания несущих тросов и контактных проводов и гарантии натяжения несущих тросов и контактных проводов. Каждый анкерный участок снабжен множеством позиционирующих устройств в качестве консолей и устройствами подвески. Промежуток между каждыми двумя соседними позиционирующими устройствами в качестве консолей для каждого анкерного участка составляет 35-45 м. Позиционирующие устройства в качестве консолей установлены на верхней части опоры анкерного участка для поддержания подвесок и позиционирования контактных проводов, несущих тросов и подвесок в пределах пространства, предусмотренного проектом, и передачи нагрузки подвесок на опору. Стыковочная часть двух соседних анкерных участков известна как «стык анкерных участков», который требуется в основном для того, чтобы обеспечить плавный переход пантографа электрифицированного поезда с одного анкерного участка на другой, хороший контакт и нормальное потребление токов. Промежуток между каждыми двумя соседними устройствами подвески для каждого анкерного участка составляет 7,5-8,5 м. Устройства подвески установлены между несущими тросами и контактными проводами. Соединение концов несущих тросов или контактных проводов с опорой называется анкеровкой, а вес контактных проводов передается на несущие тросы. Посредством добавления точек подвески контактных проводов можно повысить качество потребления тока пантографа и электрифицированной железной дороги. Между устройством компенсации анкеровки и структурой участка средней анкеровки предусмотрен воздушный переход, находящийся между двумя контактными проводами, расположенными над стрелочным переводом рельсов электрифицированной железной дороги, для гарантии плавного перехода пантографа с одного контактного провода на другой и достижения, по существу, одинаковых длин обоих контактных проводов в начальных точках контакта с целью достижения перевода. В середине каждого анкерного участка предусмотрена структура участка средней анкеровки. На анкерных участках подвесной контактной системы с компенсацией на обоих концах крепление следует осуществлять в центральном месте каждого анкерного участка. Контактные провода крепятся к несущим тросам посредством средних анкерных зажимов и вспомогательных оттяжек, чтобы предотвратить перемещение подвесок к любому из них и гарантировать равномерное натяжение несущих тросов и контактных проводов и улучшить условия контакта между пантографами и подвесной контактной системой, а также чтобы предотвратить размыкание несущих тросов и контактных проводов подвесной контактной системы и не допустить повреждений подвесной канатной системы, которые могут быть причинены - в некоторой степени - после размыкания. На внутренней стороне устройства компенсации анкеровки предусмотрено электрическое соединительное устройство, находящееся между устройством компенсации анкеровки и структурой участка средней анкеровки, для соединений электрических цепей контактных проводов каждой секции с целью электропитания для гарантии проводимости электрических цепей. Опорное устройство состоит из консоли, стяжки (или поджимного патрубка) и изолятора, чтобы сделать подвески поддерживающими все оборудование подвесной контактной системы и передать нагрузку на опору. Позиционирующие устройства включают в себя позиционирующие трубки, искатели и опоры для закрепления подвесной контактной системы в заданное положение, отстоящее от центра пути, таким образом, что подвесная контактная система не выйдет за обеспечиваемый рабочий диапазон пантографов, а износ между пантографами будет происходить равномерно.

Для безопасного выдерживания всей нагрузки сети тягового однофазного электропитания следует предусмотреть сложную структуру механических опор. Таким образом, для достижения механической обработки и технологического монтажа и отладки сопроводительных деталей и компонентов, а также строительства по проекту, планового технического обслуживания и ремонта, и т.п., требуется огромный объем финансовых, материальных и трудовых ресурсов. Чтобы упростить или частично сократить структуру механических опор, необходимо, чтобы энергосистема электрифицированной железной дороги состояла главным образом из системы внешнего электропитания, системы ввода электропитания извне внутрь, и системы внутреннего электропитания. Чтобы решить проблему, заключающуюся в создании ситуации, когда во всем процессе сети специального электропитания высокого напряжения отсутствует необходимость прохождения разделения, а ток обратной последовательности не вызывается, автор подал в Китае патентные заявки №№ 201410182358.0 и 201410239724.1 на изобретения, которые во всей их полноте включены сюда посредством ссылки. Благодаря разным компоновочным последовательностям восьмивагонных моторвагонных секций типа CRH1, типа CRH2, типа CRH3 и типа CRH5 на высокоскоростных железных дорогах Китая и разным положениям размещения пантографов на крышах вагонов поездов, в китайской патентной заявке № 201410182358.0 на изобретение предложена инновационная конструкция главным образом для восьмивагонных моторвагонных секций типа CRH2 и типа CRH3, а в китайской патентной заявке № 201410239724.1 на изобретение предложена инновационная конструкция главным образом для восьмивагонных моторвагонных секций типа CRH1 и типа CRH5. Эти две патентные заявки на изобретения сходны в том, что: однофазная мощность, выдаваемая со вторичной обмотки тягового трансформатора, улучшается до двухфазной мощности; однофазный пантограф улучшается до двухфазного пантографа; рубильники центральных участков или изоляторы центральных участков не предусматриваются; две однофазные линии (магистрали) электропитания подводятся к двум двухфазным рубильникам посредством двух скользящих контакторов на верхних концах пантографа и потом соответственно соединяются с двумя основными блоками в пределах моторвагонной секции поезда посредством двухфазных рубильников, а эти два основных блока независимы и изолированы друг от друга с помощью идентичных структур цепей. Поэтому во всей сети электропитания нейтральная секция для прохождения разделения фаз не предусматривается, а ток обратной последовательности в трехфазной сети специального электропитания не вызывается.

Хотя две вышеупомянутые патентные заявки на изобретение решают проблему, заключающуюся в создании ситуации, когда во всей сети электропитания отсутствует необходимость прохождения системы разделения фаз, а ток обратной последовательности вызываться не должен, существует настоятельная необходимость в решении проблемы сложной структуры механических опор для поддержания сети тягового электропитания.

Сущность изобретения

Ввиду вышеизложенного, в данном изобретении предложена энергосистема электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах, состоящая главным образом из системы внешнего электропитания, системы ввода электропитания извне внутрь, и системы внутреннего электропитания.

Эти три части, то есть, система внешнего электропитания, система ввода электропитания извне внутрь, и система внутреннего электропитания согласно данному изобретению, соответственно описываются ниже.

В системе внешнего электропитания предусмотрено одно средство для пути в одном направлении и пути в обратном направлении железной дороги, соответственно, и таким образом предусмотрены два средства, причем упомянутые два средства параллельны и симметричны друг другу, и эти два средства идентичны. Для любого из пути в одном направлении и пути в обратном направлении предусмотрен ряд опор анкерных участков, а на верхних частях опор анкерных участков предусмотрено множество позиционирующих устройств; к каждому позиционирующему устройству в качестве консолей прикреплены два несущих троса, параллельных друг другу, и каждый несущий трос неподвижно соединен с одним концом подвески, а другой конец подвески соединен с контактным проводом электропитания. Оба несущих троса, обе подвески и оба контактных провода электропитания параллельны друг другу и взаимно изолированы для гарантии того, что короткое замыкание не произойдет никогда. Подвеска расположена между несущим тросом и контактным проводом электропитания, а также передает всю нагрузку контактного провода электропитания на несущий трос, посредством чего нагрузка передается на опору анкерного участка. Промежуток между каждыми двумя соседними позиционирующими устройствами в качестве консолей - среди консолей анкерного участка - предпочтительно составляет 35-45 м, промежуток между каждыми двумя соседними подвесками для каждого анкерного участка предпочтительно составляет 7,5-8,5 м. Специальное электропитание трехфазного (A, B и C) высокого напряжения 110 кВ (220 кВ для высокоскоростных поездов) подводится к первичной стороне тягового трансформатора S, а две однофазные линии α и β электропитания напряжением по 27,5 кВ (номинальное напряжение составляет 25 кВ) отходят от вторичной стороны тягового трансформатора S, причем однофазная линия α электропитания и однофазная линия β электропитания соответственно подключены к двум однофазным контактным проводам.

В системе ввода электропитания извне внутрь однофазные пантографы улучшены до двухфазных пантографов, а двухфазные пантографы предусмотрены на соответствующих крышах вагонов моторвагонной секции поезда. Обе однофазные линии электропитания подведены к двухфазным рубильникам K1α и K1β или K2α и K2β посредством скользящих контакторов αʹ и βʹ, предусмотренных на левом рычаге La и правом рычаге Ra двухфазного пантографа, соответственно, а двухфазные рубильники K1α и K1β или K2α и K2β соответственно соединены с основными блоками TUB1 и TUB2 в пределах моторвагонной секции поезда соответственно. Между левым рычагом La и правым рычагом Ra двухфазного пантографа предусмотрены изоляторы для гарантии приемлемой изоляции между этими двумя рычагами.

В системе внутреннего электропитания, снабжение движущей энергией и вспомогательное электропитание восьмивагонной моторвагонной секции поезда сконфигурированы в качестве основного блока TUB1, а установленная на поезде батарея любой моторвагонной секции поезда сконфигурирована в качестве основного блока TUB2. Когда двухфазный пантограф T1 поднимается, двухфазный пантограф T2 должен опускаться, и когда двухфазный пантограф T1 нужно поднять, сначала выключают двухфазные рубильники K2α и K2β, а двухфазные рубильники K1α и K1β включают. Фаза α двухфазных рубильников K1α отвечает за электропитание основного блока TUB1 снабжения движущей энергией и вспомогательного электропитания, а фаза β двухфазных рубильников K1β отвечает за электропитание основного блока TUB2 установленной на поезде батареи. Основные блоки TUB1 и TUB2 - это основные блоки, которые независимы друг от друга, взаимно изолированы и одинаковы по структуре.

Данное изобретение сочетает технические инновации системы внешнего электропитания, системы ввода электропитания извне внутрь, и системы внутреннего электропитания. Моторвагонная секция поезда во время эксплуатации последовательно проходит по множеству участков движения, включая участки L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂, L₃₂ движения, и т.п. Когда моторвагонная секция поезда попадает на участок L₁₁ движения, двухфазный пантограф T1 поднимается, двухфазный пантограф T2 опускается, скользящий контактор αʹ на левом рычаге двухфазного пантограф T1 соединен с основным блоком TUB1 вспомогательного электропитания и снабжения движущей энергией моторвагонной секции поезда, а скользящий контактор βʹ на правом рычаге двухфазного пантографа T1 соединен с основным блоком TUB2 установленной на поезде батареи. Когда моторвагонная секция поезда попадает на участок L₂₁ движения, двухфазный пантограф T2 поднимается, двухфазный пантограф T1 опускается, скользящий контактор αʹ на левом рычаге двухфазного пантограф T2 соединен с основным блоком TUB2 установленной на поезде батареи, а скользящий контактор βʹ на правом рычаге двухфазного пантограф T2 соединен с основным блоком TUB1 вспомогательного электропитания и снабжения движущей энергией моторвагонной секции поезда. Когда однофазная линия α и однофазная линия β независимо и попеременно отбирают мощности из фаз A, B и C сети специального электропитания высокого напряжения на участках на интервалах, мощность однофазной линии α электропитания и мощность однофазной линии β можно симметрично регулировать автоматически. Таким образом, две однофазные линии электропитания не оснащены нейтральным участком для прохождения разделения фаз, а ток обратной последовательности в трехфазной сети электропитания высокого напряжения не вызывается. Когда моторвагонная секция поезда попадает на участок L₁₂, L₂₂ или L₃₂ движения, оба двухфазных пантографа T1 и T2 опускаются, и эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₁₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной на участке L₁₁ движения; эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₂₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной на участке L₂₁ движения; а эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₃₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной на участке L₃₁ движения. Таким образом, на этих участках подвесная контактная система для электропитания не требуется, а подавать мощность для поддержания работы моторвагонной секции поезда может установленная на поезде батарея и, конечно же, для достижения цели данного изобретения структура опор сети электропитания на этих участках не требуется.

Ни один из участков L₁₂, L₂₂ и L₃₂ движения не снабжен сетью тягового (электро)питания, так что строительство тоннелей, путепроводов, станционных путей, подземных коллекторов, и т.п., при разработке магистралей можно специально предписывать именно на этих определенных участках движения. Таким образом, при разработке магистралей тоннели, путепроводы, станционные пути, подземные коллекторы, и т.п., преднамеренно предусматриваются на участках L₁₂, L₂₂ или L₃₂ движения. В процессе строительства тоннелей, путепроводов, станционных путей, подземных коллекторов, и т.п., железной дороги можно сэкономить много тяговых трансформаторов, и на структуре опор сети электропитания экономится большое количество материалов, деталей и компонентов, подвергнутых механической обработке, а также затраты на техническое обслуживание и ремонт, и безопасность железной дороги повышается.

Кроме того, однофазный пантограф на пути в одном направлении или пути в обратном направлении на выходе тягового трансформатора улучшен до двухфазного пантографа, а скользящие контакторы αʹ и βʹ соответственно предусмотрены на верхнем конце левого рычага и верхнем конце правого рычага двухфазного пантографа и находятся соответственно в надлежащем скользящем контакте, обеспечивая подключение однофазной линии α электропитания и однофазной линии β электропитания, идущих от тягового трансформатора. Хорошая изоляция между левом рычагом и правым рычагом пантографа достигается посредством изоляторов M₁ и M₂. Наличие исходного однофазного контактного пантографа, улучшенного до двухфазного контакторного пантографа имеет преимущество стабильного и плавного механического контакта, а также более надежной и стабильной передачи электроэнергии по сравнению с приемом мощности контактов только с помощью одного однофазного контактора, предусмотренного в середине пантографа. В начальной и конечной точках двух контактных проводов однофазных линий α и β электропитания предусмотрены сильноточные гасящие резисторы Rα и Rβ сопротивлением 200 Ом - 1800 Ом. В момент вступления моторвагонной секции поезда в контакт с контактной сетью электропитания или выхода из контакта с ней, когда сильноточные резисторы вызывают непрерывное уменьшение или увеличение напряжения, искра тока из-за мгновенного увеличения или уменьшения напряжения не генерируется. Конфигурация пути в одном направлении и пути в обратном направлении железной дороги также может обеспечивать структуру опор в трехфазной компоновке. Опорам анкерных участков и позиционирующим устройствам в качестве консолей на боковых сторонах пути в одном направлении и пути в обратном направлении придана конструкция L-типа, а опорам анкерных участков и позиционирующим устройствам в качестве консолей, расположенным между путем в одном направлении и путем в обратном направлении, можно придать конструкцию T-типа, что приведет не только к экономии затрат на строительство в соответствии с проектом, но и к повышению стабильности, надежности и безопасности структуры опор сети специального электропитания.

Данное изобретение обладает следующими полезными эффектами.

1. Консоли крепятся к верхним частям опор анкерных участков, а к консоли крепятся два несущих троса, взаимно изолированные и параллельные друг другу. Каждый несущий трос соединен с верхним концом подвески, а нижний конец подвески соединен с контактным проводом электропитания. Две подвески и два контактных провода электропитания параллельны друг другу и взаимно изолированы. Два контактных провода соответственно электрически подключены к однофазной линии α электропитания и однофазной линии β электропитания, идущим от тягового трансформатора. Подключение однофазной линии α электропитания и однофазной линии β электропитания соответственно предусматривают скользящий контакт со скользящим контактором αʹ и скользящим контактором βʹ двухфазного пантографа и подключение к системе вспомогательного электропитания и снабжения движущей энергией и к установленной на поезде батарее в пределах моторвагонной секции поезда посредством двухфазных рубильников K1α и K1β или K2α и K2β. Поскольку однофазная линия α электропитания и однофазная линия β электропитания соответственно обеспечивают электропитание основного блока TUB1 и основного блока TUB2, основной блок TUB1 и основной блок TUB2 взаимно независимы и симметричны друг другу. Поэтому нейтральный участок не предусматривается, а ток обратной последовательности в фазах A, B и C электропитания трехфазного высокого напряжения не вызывается.

2. На участках движения, где оба двухфазных пантографа T1 и T2 опускаются, электроэнергия, аккумулированная установленной на поезде батареей, достаточна для снабжения моторвагонной секции поезда движущей энергией и вспомогательным электропитанием. Поэтому электропитание от однофазной линии α электропитания и однофазной линии β электропитания подвесной контактной системы на выходном конце тягового трансформатора не требуется. Также не требуются ни нейтральный участок, ни структура опор сети электропитания.

3. Исходный однофазный пантограф заменен двухфазным пантографом, и когда скользящий контактор αʹ и скользящий контактор βʹ пантографа оказываются в скользящем контакте, обуславливая подключение однофазной линии α электропитания и однофазной линии β электропитания, а однофазная линия α электропитания и однофазная линия β электропитания параллельны друг другу и изолированы друг от друга, механическая плавность скользящего контакта пантографа, качество передачи электроэнергии и надежность электропитания повышаются.

4. На обоих концах каждого участка движения предусмотрены сильноточные гасящие резисторы Rα и Rβ (сопротивлением 200 Ом - 1800 Ом), и поэтому мгновенная искра при размыкании или соединении не появится, когда двухфазный пантограф мгновенно отсоединяется или вступает в контакт с сетью электропитания посредством линий α и β.

5. Когда двухфазный пантограф T1 поднимается, а двухфазный пантограф T2 опускается, левый рычаг двухфазного пантограф соединяется с однофазной линией α электропитания, а правый рычаг двухфазного пантографа соединяется с однофазной линией β электропитания. Когда двухфазный пантограф T1 опускается, а двухфазный пантограф T2 поднимается, левый рычаг двухфазного пантографа вступает в контакт с линией β однофазного электропитания, а правый рычаг двухфазного пантографа вступает в контакт с линией α однофазного электропитания. Этот способ попеременного контактного электропитания может обеспечить симметрию отбора мощности из фаз A, B и C трехфазного электропитания высокого напряжения.

6. Поскольку на нескольких участках движения нет сети электропитания и средств опоры для нее, на таких участках движения можно предусмотреть участки тоннелей, путепроводов, подземных коллекторов, станционных путей, стрелочных путей, и т.п., вследствие чего можно значительно сократить издержки строительства, повысить безопасность движения и снизить сложность пространственных сетей электропитания.

7. Конфигурация пути в одном направлении и пути в обратном направлении железной дороги также может обеспечивать структуру опор в трехфазной компоновке. Опорам анкерных участков и позиционирующим устройствам в качестве консолей на боковых сторонах пути в одном направлении и пути в обратном направлении придана конструкция L-типа, а опорам анкерных участков и позиционирующим устройствам в качестве консолей, расположенным между путем в одном направлении и путем в обратном направлении, можно придать конструкцию T-типа, что приводит не только к экономии затрат на строительство в соответствии с проектом, но и повышает стабильность, надежность и безопасность структуры опор сети специального электропитания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 представлен схематический вид спереди энергосистемы электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг.2 представлен схематический вид снизу согласно фиг.1;

на фиг.3(a) представлен вид сбоку по линии B1-B1 согласно фиг.1, а на фиг.3(b) представлен вид сбоку по линии B2-B2 согласно фиг.1;

на фиг.4 представлена упрощенная схема нагрузки снабжения движущей энергией и нагрузки вспомогательного электропитания, также установленной на поезде батареи восьмивагонной моторвагонной секции поезда;

на фиг.5 представлена упрощенная схема внешнего однофазного электропитания существующей электрифицированной железной дороги;

на фиг.6(a)-6(d) представлена упрощенная схема компоновочных последовательностей и мест нахождения двухфазных пантографов четырех восьмивагонных моторвагонных секций разных типов, при этом:

на фиг.6(a) представлена упрощенная схема составления поездов с моторвагонными секциями типа CRH1;

на фиг.6(b) представлена упрощенная схема составления поездов с моторвагонными секциями типа CRH2;

на фиг.6(c) представлена упрощенная схема составления поездов с моторвагонными секциями типа CRH3;

на фиг.6(d) представлена упрощенная схема составления поездов с моторвагонными секциями типа CRH5.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Ниже будет приведено дальнейшее описание конкретных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

Как показано на фиг.1, энергосистема электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения содержит опоры анкерных участков. Позиционирующие устройства в качестве консолей крепятся к верхним частям опор анкерных участков, а два параллельных несущих троса крепятся к каждому позиционирующему устройству в качестве консоли с расстоянием 1,94 м между несущими тросами. Между несущими тросами и контактными проводами расположены подвески. Верхние концы двух параллельных подвесок соединены с двумя несущими тросами, а нижние концы двух подвесок соединены с двумя контактными проводами. Два параллельных контактных провода соответственно соединены с двумя однофазными линиями α и β электропитания, идущими от вторичной обмотки тягового трансформатора S. На пути в одном направлении и пути в обратном направлении железной дороги предусмотрены две структуры линий, изолированные друг от друга и параллельные друг другу. На верхних частях каждого ряда опор 2 анкерных участков предусмотрены позиционирующие устройства 3 в качестве консолей, и к каждому позиционирующему устройству 3 в качестве консоли крепятся два несущих троса 4, параллельных друг другу. Между несущими тросами 4 предусмотрены подвески 5 и два однофазных контактных провода 1 электропитания. Промежуток между каждыми двумя соседними позиционирующими устройствами 3 в качестве консолей, предназначенными для каждого анкерного участка, составляет 35-45 м. Промежуток между каждыми двумя соседними подвесками 5 для каждого анкерного участка составляет 7,5-8,5 м. Промежуток между двумя параллельными подвесками на каждом позиционирующем устройстве 3 в качестве консоли составляет не менее 1,94 м. Подвески 5 переносят все веса контактных проводов 1 электропитания на несущие тросы 4, а несущие тросы 4 переносят всю нагрузку оборудования контактных проводов 1 электропитания на опоры 2 анкерных участков. Как показано на фиг.2, специальное электропитание трехфазного (A, B и C) высокого напряжения 110 кВ (220 кВ для высокоскоростных поездов) подводится к первичной обмотке тягового трансформатора S, а две однофазные линии α и β электропитания по 27,5 кВ (номинальное напряжение составляет 25 кВ) идут от вторичной обмотки тягового трансформатора S. Однофазная линия α электропитания и однофазная линия β электропитания соединены с двумя контактными проводами 1 электропитания. Во избежание таких явлений, как искра при размыкании и ферромагнитный резонанс при размыкании, в начальной и конечной точках двух однофазных контактных проводов электропитания предусмотрены сильноточные гасящие резисторы Rα и Rβ сопротивлением 200 Ом - 1800 Ом. Для пути в одном направлении и пути в обратном направлении железной дороги можно задать структуру опор в трехлинейной компоновке, в которой опорам анкерных участков и консолям на боковых сторонах пути в одном направлении и пути в обратном направлении придана конструкция L-типа (L-образная), а опорам анкерных участков и позиционирующим устройствам в качестве консолей, расположенным между путем в одном направлении и путем в обратном направлении, можно придать конструкцию T-типа (T-образную), что приводит не только к экономии затрат на строительство в соответствии с проектом, но и повышает стабильность, надежность и безопасность структуры опор сети специального электропитания. Как показано на фиг.3, на соответствующих крышах вагонов моторвагонной секции поезда предусмотрены двухфазный пантограф T1 и двухфазный пантограф T2. На верхнем конце левого рычага La и верхнем конце правого рычага Ra каждого двухфазного пантографа соответственно предусмотрены скользящий контактор αʹ и скользящий контактор βʹ. Скользящий контактор αʹ и скользящий контактор βʹ находятся в приемлемом скользящем контакте с двумя однофазными проводами электропитания. Между левым рычагом La и правым рычагом Ra двухфазного пантографа предусмотрены изоляторы M₁ и M₂. Промежуток между левым рычагом La и правым рычагом Ra двухфазного пантографа составляет не менее 1,94 м. Мощность передается со скользящего контактора αʹ и скользящего контактора βʹ в систему электропитания внутри моторвагонной секции поезда посредством левого рычага La и правого рычага Ra двухфазного пантографа, что имеет преимущества стабильного и плавного механического контакта, пониженного износа контакта пантограф-несущий трос, более надежной передачи электроэнергии и высокого качества электропитания по сравнению со случаем, в котором предусмотрен лишь один однофазный контактор в середине пантографа.

Как показано на фиг.4, две однофазные фидерные линии α и β электропитания переносят мощность со скользящего контактора αʹ и скользящего контактора βʹ в систему электропитания внутри моторвагонной секции поезда посредством левого рычага La и правого рычага Ra двухфазного пантографа, и эти однофазные линии α и β электропитания соединены с двухфазными рубильниками K1α и K1β или соединены с двухфазными рубильниками K2α и K2β.

В соответствии с данным изобретением, моторвагонная секция во время эксплуатации будет последовательно проходить через множество участков движения, включая участки L₁₁, L₁₂, L₂₁ L₂₂, L₃₂ движения, и т.п.

В заключение хотелось бы сказать, что, когда моторвагонная секция поезда попадает на участок L₁₁ движения, двухфазный пантограф T1 поднимается, двухфазный пантограф T2 опускается, двухфазные рубильники K2α и K2β выключаются, двухфазный рубильник K1α соединяется с основным блоком TUB1 снабжения движущей энергией и вспомогательного электропитания в пределах моторвагонной секции поезда, а двухфазный рубильник K1β соединяется с основным блоком TUB2 установленной на поезде (аккумуляторной) батареи. Когда моторвагонная секция поезда попадает на участок L₁₂ движения после прохождения участка L₁₁ движения, электроэнергия, аккумулированная установленной на поезде батареей на участке L₁₁ движения, достаточна для обеспечения снабжения движущей энергией и вспомогательного электропитания, потребляемых моторвагонной секцией поезда на участке L₁₂ движения, а оба двухфазных пантографа T1 и T2 на участке L₁₂ движения опущены. Когда моторвагонная секция поезда попадает на участок L₂₁ движения, двухфазный пантограф T1 опускается, двухфазный пантограф T2 поднимается, двухфазные рубильники K1α и K1β выключаются, двухфазный рубильник K2α соединен с основным блоком TUB2 установленной на поезде батареи, а двухфазный рубильник K2β соединен с основным блоком TUB1 снабжения движущей энергией и вспомогательного электропитания в пределах моторвагонной секции поезда; электроэнергия, аккумулированная установленной на поезде аккумуляторной батареей на участке L₁₁ движения, достаточна для обеспечения снабжения движущей энергией и вспомогательного электропитания, необходимых для участка L₂₂ движения; а оба двухфазных пантографа T1 и T2 на участке L₂₂ движения опущены. Когда моторвагонная секция движется дальше, попадая на участок L₃₁ движения, двухфазный пантограф T1 поднимается, двухфазный пантограф T2 опускается, двухфазные рубильники K2α и K2β выключаются, двухфазный рубильник K1α соединен с основным блоком TUB1 снабжения движущей энергией и вспомогательного электропитания в пределах моторвагонной секции поезда, а двухфазный рубильник K1β соединен с основным блоком TUB2 установленной на поезде батареи; электроэнергия, аккумулированная установленной на поезде аккумуляторной батареей на участке L₃₁ движения, достаточна для обеспечения снабжения движущей энергией и вспомогательного электропитания, потребляемых моторвагонной секцией на участке L₃₂ движения, а оба двухфазных пантографа T1 и T2 на участке L₃₂ движения опущены. По аналогии, двухфазный пантограф T1 поднимается, двухфазный пантограф T2 опускается, двухфазный пантограф T1 опускается, а двухфазный пантограф T1 поднимается. Поэтому основной блок TUB1 и основной блок TUB2 попеременно отбирают мощность из сети электропитания. В соответствии с данным изобретением, поскольку конфигурация снабжения движущей энергией и вспомогательного электропитания в пределах поезда рассчитана на эксплуатацию основного блока TUB1, а конфигурация электропитания установленной на поезде батареи рассчитана на эксплуатацию основного блока TUB2, количество электричества, необходимое для снабжения движущей энергией и вспомогательного электропитания в пределах поезда, приблизительно составляет как раз то, которое необходимо для электропитания установленной на поезде батареи. На соответствующих участках, каждый раз, когда двухфазный пантограф T1 поднимается, однофазная линия α электропитания всегда соединяется с основным блоком TUB1, а однофазная линия β электропитания всегда соединяется с основным блоком TUB2. Каждый раз, когда двухфазный пантограф T2 поднимается, если однофазная линия α электропитания по-прежнему соединена с основным блоком TUB1, а однофазная линия β электропитания по-прежнему соединена с основным блоком TUB2, в однофазную линию α электропитания и однофазную линию β электропитания соответственно будет вноситься накапливаемая погрешность, потому что количество электричества, необходимое для основного блока TUB1, приблизительно составляет как раз то, которое необходимо для основного блока TUB2. В сети трехфазного электропитания, накапливаемая погрешность будет вносить ток обратной последовательности в трехфазную сеть электропитания из-за асимметрии однофазного электропитания. Если основной блок TUB1 и основной блок TUB2 попеременно отбирают мощность из сети электропитания каждый раз, когда двухфазный пантограф T1 поднимается или двухфазный пантограф T2 поднимается, ток обратной последовательности, обуславливаемый асимметрией накопления погрешности отбора мощности будет снижен во всем процессе. Очевидно, что вышеупомянутая проблема решается желательным образом в данном изобретении, за счет чего дисбаланс электропитания трехфазной сети электропитания высокого напряжения, обуславливаемый накапливанием некоторого количества электричества, не возникнет, а негативное влияние тока обратной последовательности снижается. Подводя итог, следует отметить, что когда моторвагонная секция поезда попадает на участок L₁₂, L₂₂, L₃₂ движения или аналогичный участок, оба двухфазных пантографа T1 и T2 опускаются, а эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₁₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной в на участке L₁₁ движения, эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₂₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной на участке L₂₁ движения, а эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₃₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной на участке L₃₁ движения. На участках L₁₂, L₂₂ и L₃₂ движения не требуется ни подвесная контактная система (контактная цепь) для электропитания, ни структура опор сети электропитания, а нормальная эксплуатация моторвагонной секции поезда может продолжаться полностью на основе электроэнергии, аккумулированной установленной на поезде батареей на участках L₁₁, L₂₂ и L₃₂ движения. Таким образом, решение задачи проектирования, предусматривающее отсутствие тока обратной последовательности во всем процессе и отсутствие структуры опор сети электропитания на участках согласно изобретению, может быть найдено.

Ниже, со ссылками на фиг.6(a)-6(d), описывается возможное применение данного изобретения в высокоскоростных электрифицированных поездах.

В настоящее время, высокоскоростные электрифицированные поезда в Китае подразделяются на четыре типа, причем все они представляют собой восьмивагонные моторвагонные секции поезда. В соответствии с данным изобретением, однофазные пантографы, изначально предусматриваемые на крышах разных вагонов моторвагонной секции поезда, улучшены до двухфазных пантографов. Как показано на фиг.6(a), двухфазные пантографы восьмивагонной моторвагонной секции поезда типа CRH1 предусмотрены на крышах второго вагона в качестве прицепного вагона и седьмого вагона в качестве прицепного вагона. Как показано на фиг.6(b), двухфазные пантографы восьмивагонной моторвагонной секции поезда типа CRH2 предусмотрены на крышах четвертого вагона в качестве прицепного вагона и шестого вагона в качестве локомотива. Как показано на фиг.6(c), двухфазные пантографы восьмивагонной моторвагонной секции поезда типа CRH3 предусмотрены на крышах второго вагона в качестве прицепного вагона и седьмого вагона в качестве прицепного вагона. Как показано на фиг.6(d), двухфазные пантографы восьмивагонной моторвагонной секции поезда типа CRH4 предусмотрены на крышах третьего вагона в качестве прицепного вагона и шестого вагона в качестве прицепного вагона. Когда двухфазный пантограф T1 поднимается, двухфазный пантограф T2 должен опускаться, или когда двухфазный пантограф T1 опускается, двухфазный пантограф T2 должен подниматься. Две однофазные линии α и β электропитания, идущие от вторичной обмотки тягового трансформатора S, проходят через скользящий контактор αʹ и скользящий контактор βʹ на верхнем конце левого рычага La и верхнем конце правого рычага Ra двухфазного пантографа, соответственно, и входят в моторвагонную секцию через двухфазные рубильники K1α и K1β или K2α и K2β.

Данное изобретение подробно описано выше в связи с конкретными вариантами осуществления. Очевидно, что решения изложенные выше и проиллюстрированные на чертежах, следует интерпретировать как возможные, а не ограничивающие данное изобретение. По прочтении данного изобретения, специалистам в данной области техники станет ясно, что в описанные здесь признаки или их комбинации можно внести изменения или модификации, и все эти изменения или модификации следует считать заключенными в рамки объема притязаний данного изобретения.

Перечень позиций чертежей

A, B, C - трехфазная сеть специального электропитания высокого напряжения

D - Локомотив

F - Фидерная линия

G - Генератор

R: Рельс

S - Тяговый трансформатор

T - Подвесная контактная система

α, β - Две линии однофазного электропитания

T1, T2 - Двухфазный пантограф

TM1 - Повышающий трансформатор

TM2 - Понижающий трансформатор

K1α, K1β и K2α, K2β - Двухфазный рубильник

Rα и Rβ - Сильноточный гасящий резистор

αʹ и βʹ Скользящие контакторы на верхнем конце левого рычага La и верхнем конце правого рычага Ra

M1, M2: Изолятор между левым рычагом La и правым рычагом Ra

1 - Контактный провод электропитания

2 - Опора анкерного участка

3 - Позиционирующее устройство в качестве консоли

4 - Несущий трос

5 - Подвеска

Изобретение относится к энергосистеме электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах. Энергосистема состоит из системы внешнего электропитания, системы ввода электропитания извне внутрь и системы внутреннего электропитания. В системе внешнего электропитания предусмотрено одно средство для пути в одном направлении и пути в обратном направлении железной дороги. Эти два средства параллельны, симметричны и идентичны друг другу. Для этих средств на верхних частях ряда опор анкерных участков предусмотрено множество позиционирующих устройств в качестве консолей. К каждому позиционирующему устройству в качестве консолей прикреплены два несущих троса. Тросы параллельны друг другу. Каждый несущий трос неподвижно соединен с одним концом подвески. Другой конец подвески соединен с контактным проводом электропитания. Оба несущих троса, обе подвески и оба контактных провода электропитания параллельны друг другу и взаимно изолированы для защиты от короткого замыкания. Подвеска расположена между несущим тросом и контактным проводом электропитания. Подвеска передает нагрузку контактного провода электропитания на опору анкерного участка через несущий трос. Достигается снижение тока обратной последовательности, обуславливаемого асимметрией накопления погрешности отбора во всем процессе. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Энергосистема электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах, состоящая главным образом из системы внешнего электропитания, системы ввода электропитания извне внутрь, и системы внутреннего электропитания, при этом

в системе внешнего электропитания предусмотрено одно средство для пути в одном направлении и пути в обратном направлении железной дороги соответственно, и таким образом предусмотрены два средства, причем упомянутые два средства параллельны и симметричны друг другу, и эти два средства идентичны, а для обоих средств на верхних частях ряда опор анкерных участков предусмотрено множество позиционирующих устройств в качестве консолей, и к каждому позиционирующему устройству в качестве консолей прикреплены два несущих троса, параллельных друг другу, причем каждый несущий трос неподвижно соединен с одним концом подвески, а другой конец подвески соединен с контактным проводом электропитания, а оба несущих троса, обе подвески и оба контактных провода электропитания параллельны друг другу и взаимно изолированы для гарантии, что короткое замыкание не произойдет никогда, подвеска расположена между несущим тросом и контактным проводом электропитания и передает всю нагрузку контактного провода электропитания на несущий трос, посредством чего нагрузка передается на опору анкерного участка.

2. Энергосистема электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах по п.1, причем

в системе ввода электропитания извне внутрь двухфазные пантографы Т1 и Т2 предусмотрены на соответствующих крышах вагонов восьмивагонной моторвагонной секции поезда типа CRH1, типа CRH2, типа CRH3, или типа CRH5, на верхнем конце левого рычага La и верхнем конце правого рычага Ra каждого двухфазного пантографа соответственно предусмотрены скользящие контакторы α' и β', а мощность одной фазы α и мощность одной фазы β от вторичной стороны тягового трансформатора подключены к двухфазным рубильникам K1α и K1β или K2α и K2β посредством скользящих контакторов α' и β' и вводятся в систему внутреннего электропитания.

3. Энергосистема электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах по п.2, причем

в системе внутреннего электропитания снабжение движущей энергией и вспомогательное электропитание любой восьмивагонной моторвагонной секции поезда сконфигурированы в качестве основного блока TUB1, а установленная на поезде батарея любой моторвагонной секции поезда сконфигурирована в качестве основного блока TUB2, причем моторвагонная секция поезда во время эксплуатации последовательно проходит через множество участков движения, включая участки L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂, L₃₂ движения; когда двухфазный пантограф T1 нужно поднять, сначала выключают двухфазные рубильники K2α и K2β, а двухфазные рубильники K1α и K1β включают, так что фаза α двухфазного рубильника K1α отвечает за электропитание основного блока TUB1 снабжения движущей энергией и вспомогательного электропитания, а фаза β двухфазного рубильника K1β отвечает за электропитание основного блока TUB2 установленной на поезде батареи; когда моторвагонная секция поезда попадает на участок L₁₁ движения, двухфазный пантограф T1 поднимается, двухфазный пантограф Т2 опускается, скользящий контактор α' на левом рычаге двухфазного пантографа Т1 соединяется с основным блоком TUB1 снабжения движущей энергией и вспомогательного электропитания моторвагонной секции поезда, а скользящий контактор β' на правом рычаге двухфазного пантографа Т1 соединяется с основным блоком TUB2 установленной на поезде батареи; когда моторвагонная секция поезда попадает на участок L₂₁ движения, двухфазный пантограф Т2 поднимается, двухфазный пантограф T1 опускается, скользящий контактор α' на правом рычаге двухфазного пантографа Т2 соединяется с основным блоком TUB2 установленной на поезде батареи, а скользящий контактор β' на левом рычаге двухфазного пантографа Т2 соединяется с основным блоком TUB1 вспомогательного электропитания и снабжения движущей энергией моторвагонной секции поезда; поскольку одна фаза α и одна фаза β независимо отбирают мощность из трехфазной сети электропитания высокого напряжения на интервалах, а двухфазные пантографы Т1 и Т2 поднимаются или опускаются попеременно, одну фазу α и одну фазу β можно симметрично регулировать автоматически, и поэтому две однофазные линии электропитания не снабжены нейтральным участком для прохождения разделения фаз, а ток отрицательной последовательности в сети трехфазного электропитания высокого напряжения не вызывается.

4. Энергосистема электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах по п.3, причем

одна фаза α и одна фаза β независимо отбирают мощность из трехфазной сети электропитания высокого напряжения на интервалах, а двухфазные пантографы Т1 и Т2 поднимаются или опускаются попеременно, так что одна фаза α и одна фаза β не будут вызывать увеличение накапливаемого тока отрицательной последовательности в трехфазной сети электропитания.

5. Энергосистема электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах по п.3, причем

когда моторвагонная секция поезда попадает на участок L₁₂, L₂₂ или L₃₂ движения, оба двухфазных пантографа T1 и T2 опускаются, а эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₁₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной на участке L₁₁ движения, эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₂₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной на участке L₂₁ движения, и эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₃₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной на участке L₃₁ движения, поэтому на участках L₁₂, L₂₂ и L₃₂ движения ни подвесная контактная система для электропитания, ни структура опор сети электропитания не требуется, а моторвагонная секция поезда может работать нормально.

6. Энергосистема электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах по п.4, причем

когда моторвагонная секция поезда попадает на участок L₁₂, L₂₂ или L₃₂ движения, оба двухфазных пантографа T1 и T2 опускаются, а эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₁₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной на участке L₁₁ движения, эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₂₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной на участке L₂₁ движения, и эксплуатация моторвагонной секции поезда на участке L₃₂ движения полностью основана на электроэнергии, аккумулированной на участке L₃₁ движения, поэтому на участках L₁₂, L₂₂ и L₃₂ движения ни подвесная контактная система для электропитания, ни структура опор сети электропитания не требуется, а моторвагонная секция поезда может работать нормально.

7. Энергосистема электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах по п.4, причем

ни один из участков L₁₂, L₂₂ и L₃₂ движения не снабжен сетью тягового электропитания, и при разработке магистралей тоннели, путепроводы, станционные пути и подземные коллекторы преднамеренно предусматриваются на участках L₁₂, L₂₂ и L₃₂ движения.

8. Энергосистема электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах по п.5, причем

ни один из участков L₁₂, L₂₂ и L₃₂ движения не снабжен сетью тягового электропитания, и при разработке магистралей тоннели, путепроводы, станционные пути и подземные коллекторы преднамеренно предусматриваются на участках L₁₂, L₂₂ и L₃₂ движения.

9. Энергосистема электрифицированной железной дороги без обратной последовательности во всем процессе и без сетей электропитания на интервалах по п.1, причем

опорам анкерных участков и позиционирующим устройствам в качестве консолей, предусмотренным на внешней стороне пути в одном направлении или пути в обратном направлении, соответственно придана конструкция L-типа, а опорам анкерных участков и позиционирующим устройствам в качестве консолей, расположенным между путем в одном направлении и путем в обратном направлении, придана конструкция T-типа.