一种地铁接触网上网组合混合式直流断路器的制作方法

本发明涉及电气设备及电气工程技术领域，具体为一种地铁接触网上网组合混合式直流断路器。

背景技术：

目前，我国绝大部分城市轨道交通牵引直流母线采用单母线接线，正线每座牵引变电所馈出4回dc1500v出线，分别接至接触网上、下行，并通过直流快速断路器串联上网隔离开关向接触网供电。线路发生短路故障时，通过直流快速断路器进行故障的隔离；正常运行时，正线相邻牵引变电所对其间接触网实现双边供电；当正线任意一座牵引变电所解列时(端头牵引变电)，由正线相邻的牵引变电所通过解列牵引变电所的接触网越区隔离开关越区大双边(单边)供电。采用接触网越区隔离开关进行越区供电时，由于隔离开关不能进行带电闭合和断开，就需要相邻两个变电所停电倒闸，故障恢复时同样需要相邻两个变电所停电倒闸，从而导致接触网长时间停电，对列车正常运行和市民出行安全造成极大的影响。

为了避免在切换越区供电过程中人为造成的接触网长时间停电问题，采取的改进是方案是，将接触网越区隔离开关换成可以带电操作的直流断路器，但是这样的改进方案不仅增加了成本，而且目前国内地铁接触网上网直流断路器一直被国外垄断，价格昂贵。

并且目前的国外进口直流断路器都为机械式的断路器，其动作比较慢，且动作过程中会产生电弧，容易烧坏触头或造成火灾。所以急切需要完全具有中国知识产权的安全可靠，成本低廉的直流断路器问世。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种地铁接触网上网组合混合式直流断路器，不仅可以解决地铁在切换越区供电时的接触网人为停电问题，而且采用了具有通态损耗低、动作速度快和无弧关断等优点的混合式直流断路器，又将三个直流断路器共用一个转移支路，减少了全控型功率器件的数量，降低了成本。技术方案如下：

一种地铁接触网上网组合混合式直流断路器，包括四个端口、能量吸收支路、三条通流支路和通过晶闸管相互连接的一条转移支路；

端口1和端口2与牵引变电所连接，端口3和端口4与接触网连接；

每条通流支路均包括相互串联的快速机械开关和辅助全控型功率开关管，转移支路包括多个相互串联的全控型功率开关管；

端口1与第一通流支路一端相连，同时与晶闸管t1的正极相连，第一通流支路的另一端与端口3、晶闸管t4的正极、晶闸管t3的负极和第三通流支路的一端相连；晶闸管t1的负极与转移支路m4的一端、能量吸收支路的一端、晶闸管t5的负极和晶闸管t6的正极相连；转移支路m4的另一端与能量吸收支路的另一端、晶闸管t4的负极、晶闸管t3的正极和晶闸管t2的负极相连；

端口2与晶闸管t2的正极相连，同时依次与第二通流支路中的一端相连，第二通流支路的另一端与晶闸管t5的正极、晶闸管t6的负极，及端口4相连，同时与第三通流支路的另一端相连。

进一步的，所述辅助全控型功率开关管包括多个相互串联的全控型功率开关管；且辅助全控型功率开关管中全控型功率开关管数量少于转移支路中的更进一步的，所有全控型功率开关管分别与一个二极管反并联。

更进一步的，所述转移支路和第三通流支路中的串联全控型功率开关组为两组数量相同的反向串联全控型功率开关。

更进一步的，所述能量吸收支路为金属氧化物可变电阻mov，用于在断路器关断时，吸收线路中的能量。

本发明的有益效果是：

(1)将本发明应用于地铁供电线路中，当正线任意一座牵引变电所解列时，由正线相邻的牵引变电所进行越区大供电时，或者牵引变电所恢复供电，越区大供电退出时，都不必进行相邻两个变电所停电倒闸，而导致接触网长时间停电，对列车正常运行和市民出行安全造成极大的影响。

(2)本发明采用的是将混合式直流断路器，利用了混合式断路器通态损耗低、动作速度快和无弧可靠关断等优点。本发明是将三个混合式直流断路器巧妙结合，共用一个转移支路，可以减少全控型功率器件的数量，降低断路器成本，打破国际垄断。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为地铁直流牵引供电系统简易图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明结构如图1所示，包括四个端口、能量吸收支路、三条路通流支路和通过晶闸管相互连接在一起的一条转移支路；三条通流支路都包括相互串联的快速机械开关和辅助全控型功率开关管，辅助全控型功率开关管有若干相互串联的全控型功率开关管组成。转移支路也由若干相互串联的全控型功率开关管组成，其中辅助全控型功率开关管中全控型功率开关管数量少于转移支路中的。

端口1与第一通流支路一端相连，同时与晶闸管t1的正极相连，第一通流支路的另一端与端口3、晶闸管t4的正极、晶闸管t3的负极和第三通流支路的一端相连；晶闸管t1的负极与转移支路m4的一端、能量吸收支路的一端、晶闸管t5的负极和晶闸管t6的正极相连；转移支路m4的另一端与能量吸收支路的另一端、晶闸管t4的负极、晶闸管t3的正极和晶闸管t2的负极相连。端口2与晶闸管t2的正极相连，同时第二通流支路中的一端相连，第二通流支路的另一端与晶闸管t5的正极、晶闸管t6的负极，及端口4相连，同时与第三通流支路的另一端相连。

地铁直流牵引供电系统如图2所示，本发明将应用在图2中标记的虚线框中。本发明具体运行过程为：当某牵引变电所都正常工作时，第三通流支路中的k3关闭，此牵引变电所下馈出的二回线路分别经过端口1、第一通流支路(k1、m1)和端口3与端口2、第二通流支路(k2、m2)和端口4对两个相邻接触网实现双边供电。

当某一线路出现短路故障时，如接端口3下的线路出现故障，晶闸管t1、转移支路m4、晶闸管t3将导通，第一通流支路中的m1将关闭，端口1处的故障电流开始从第一通流支路中的m1向转移支路转移，随后快速机械开关k1在零电流零电压条件下无弧快速关断，带机械开关达到安全开距后，转移支路m4中的全控型开关管关断，将故障隔离，线路中的残余能量通过能量吸收支路进行吸收。在此过程中，晶闸管t2、晶闸管t5、晶闸管t6关闭，端口2处的一回线路供电不受影响。当此牵引变电所出现故障解列时，端口1和端口2处于分断状态，相邻牵引变电所通过第三通流支路(k3、m3)进行越区供电，发生故障或者退出越区供电时，第三通流支路中的m3、晶闸管(t3、t4、t5、t6)、转移支路m4和能量吸收支路组成一个新的混合式直流断路器对故障进行切除或者相邻牵引变电所进行隔离。

技术特征：

1.一种地铁接触网上网组合混合式直流断路器，其特征在于，包括四个端口、能量吸收支路、三条通流支路和通过晶闸管相互连接的一条转移支路；

端口1和端口2与牵引变电所连接，端口3和端口4与接触网连接；

每条通流支路均包括相互串联的快速机械开关和辅助全控型功率开关管，转移支路包括多个相互串联的全控型功率开关管；

端口1与第一通流支路一端相连，同时与晶闸管t1的正极相连，第一通流支路的另一端与端口3、晶闸管t4的正极、晶闸管t3的负极和第三通流支路的一端相连；晶闸管t1的负极与转移支路m4的一端、能量吸收支路的一端、晶闸管t5的负极和晶闸管t6的正极相连；转移支路m4的另一端与能量吸收支路的另一端、晶闸管t4的负极、晶闸管t3的正极和晶闸管t2的负极相连；

端口2与晶闸管t2的正极相连，同时第二通流支路中的一端相连，第二通流支路的另一端与晶闸管t5的正极、晶闸管t6的负极，及端口4相连，同时与第三通流支路的另一端相连。

2.根据权利要求1所述的地铁接触网上网组合混合式直流断路器，其特征在于，所述辅助全控型功率开关管包括多个相互串联的全控型功率开关管；且辅助全控型功率开关管中全控型功率开关管数量少于转移支路中的。

3.根据权利要求2所述的地铁接触网上网组合混合式直流断路器，其特征在于，所有全控型功率开关管分别与一个二极管反并联。

4.根据权利要求2所述的地铁接触网上网组合混合式直流断路器，其特征在于，所述转移支路和第三通流支路中的串联全控型功率开关组为两组数量相同的反向串联全控型功率开关。

5.根据权利要求1所述的一种地铁接触网上网组合混合式直流断路器，其特征在于，所述能量吸收支路为金属氧化物可变电阻mov，用于在断路器关断时，吸收线路中的能量。

技术总结
本发明公开了一种地铁接触网上网组合混合式直流断路器，属于电气设备及电气工程技术领域。它包括三条通流支路、一条转移支路和能量吸收支路。通流支路包括快速机械开关、辅助全控型功率开关管；转移支路包括多个全控型功率开关管；能量吸收支路包括金属氧化物可变电阻；三条通流支路与转移支路和能量吸收支路之间通过晶闸管连接，转移支路与能量吸收支路并联。本发明能够解决地铁接触网上网线路故障隔离以及牵引变电所之间跨区供电线路的连接和带电隔离技术难度大、成本高等问题。

技术研发人员：杨平;张飞虎;陈曦;彭宇圣
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2020.03.07
技术公布日：2020.06.26