CN113036728A - 一种铁路电力输送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁路电力输送装置，主要解决现有铁路电力输送中小电流信号检测成本高，灵敏度调节不方便的问题。该装置包括设置于用于铁路电力供应的牵引变电所内的馈线断路器，与馈线断路器相连的继电保护装置和输电线路，通过牵引网供电臂从输电线路上取电的取电线圈，与取电线圈依次相连的保护电路、整流电路、电压转换电路及功率输出电路，以及与保护电路相连的小电流信号发生检测电路。通过上述设计，本发明通过对小电流信号的分析判断输电装置的电力输送状态，保障电力输送装置处于安全工作状态，且能方便地通过电位器的调节调整小电流信号发生检测电路的检测灵敏度。因此，适于推广应用。

Description

一种铁路电力输送装置
技术领域
本发明涉及铁路电力设施技术领域，具体地说，是涉及一种铁路电力输送装置。
背景技术
电气化铁路是当前世界范围内铁路建设的首选，目前我国的电气化铁路建设里程处于世界前列。随着国家经济的发展和对西部地区的扶持，电气化铁路在青海、西藏、新疆、内蒙等偏远地带的发展越来越明显。电气化铁路的一个重要基础设施是电力输送装置。
在电力输送中，对电力输送装置的有效安全监控和保护是对铁路安全运营的一个重要保障，目前我国电气化铁路牵引网保护原理多基于负荷电流与短路电流差值，确保灵敏度后，采用阻抗或过流保护作为牵引网保护。
但是现有技术中，对于电力输送中对与中高压，特高压的感应信号产生的非常小的电流信号检测普遍采用成本很高，需要运用很多放大倍数很大的运算放大器芯片，且灵敏度调节需要通过人机界面的方式来设置输入灵敏度阈值，根据阈值判断小电流信号的发生，使用不方便，存在一定的隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁路电力输送装置，主要解决现有铁路电力输送中小电流信号检测成本高，灵敏度调节不方便的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种铁路电力输送装置，包括设置于用于铁路电力供应的牵引变电所内的馈线断路器，与馈线断路器相连的继电保护装置和输电线路，通过牵引网供电臂从输电线路上取电的取电线圈，与取电线圈依次相连的保护电路、整流电路、电压转换电路及功率输出电路，以及与保护电路相连的小电流信号发生检测电路。
进一步地，所述小电流信号发生检测电路包括与保护电路依次相连的升压转换电路、一级放大电路、二级放大电路、电位比较电路及钳位稳压电路；其中，所述钳位稳压电路与保护电路相连。
进一步地，所述升压转换电路包括与保护电路输出端相连的电阻R1，与电阻R1相连的电阻R2、R3，两端分别连接电阻R2另一端、电阻R3另一端的电阻R4，正极与电阻R2、R4的公共端相连且负极与电阻R3、R4的公共端相连并接地的二极管D1，正极与二极管D1的负极相连，负极与二极管D1的正极相连的二极管D2，一端与二极管D2的负极相连且另一端接地的电容C1，与二极管D2的负极相连的电阻R5，反相输入端与电阻R5的另一端相连的运算放大器A1，并联后一端与运算放大器A1的反相输入端相连且另一端与运算放大器A1的输出端相连的电阻R6、电容C2，并联后一端与运算放大器A1的正相输入端相连且另一端接地的电阻R7、电容C3，一端与运算放大器A1的正电源端相连且另一端接地的电容C4，以及一端与运算放大器A1的负电源端相连且另一端接地的电容C5；其中，一级放大电路与运算放大器A1的输出端相连。
进一步地，所述一级放大电路包括与运算放大器A1的输出端相连的电阻R8，两端分别与电阻R8的另一端、电容C5的接地端对应相连的电容C6，与电阻R8、电容C6的公共端相连的电容C7，一端与电容C5、电容C6的公共端相连且另一端与电容C7的另一端相连的电阻R9，与电阻R9、电容C7的公共端相连的电阻R10，正相输入端与电阻R10的另一端相连的运算放大器A2，一端与运算放大器A2的反相输入端相连且另一端接地的电阻R11，一端与运算放大器A2的反相输入端相连且滑动端及另一端与运算放大器A2的输出端相连的电位器RP1，一端与运算放大器A2的正电源端相连且另一端接地的电容C8，以及一端与运算放大器A2的负电源端相连且另一端接地的电容C9；其中，二级放大电路与运算放大器A2的输出端相连。
进一步地，所述二级放大电路包括与运算放大器A2的输出端相连的电阻R12，与电阻R12另一端相连的电容C10，正极与电容C10的另一端相连的二极管D3，一端与二极管D3的负极相连且另一端接地的电容C11，负极与二极管D3的正极相连且负极与电容C11的接地端相连的二极管D4，并联于电容C11两端的电阻R13，与二极管D3的负极相连的电阻R14，正相输入端与电阻R14的另一端相连的运算放大器A3，一端与运算放大器A3的反相输入端相连且另一端接地的瞬态抑制二极管TVS1，第3引脚与运算放大器A3的反相输入端相连的电位器接口CON1，一端与电位器接口CON1的第1引脚相连且另一端接地的电阻R15，一端与电位器接口CON1的第2引脚相连且另一端与运算放大器A3的输出端相连的电阻R16，一端与运算放大器A3的正电源端相连且另一端接地的电容C12，以及一端与运算放大器A3的负电源端相连且另一端接地的电容C13；其中，电位比较电路与运算放大器A3的输出端相连。
进一步地，所述电位比较电路包括与运算放大器A3的输出端的电阻R17，反相输入端与电阻R17另一端相连的运算放大器A4，与运算放大器A4的正相输入端相连的电阻R18、R19，与电阻R19另一端相连的电阻R20、R21，一端与电阻R18的另一端相连且另一端与运算放大器A4的输出端相连的电阻R22，一端与运算放大器A4的正电源端相连且另一端接地的电容C14，以及一端与运算放大器A4的负电源端相连且另一端接地的电容C15；其中，钳位稳压电路与运算放大器A4的输出端相连；电阻R20的另一端接12V电压，电阻R21的另一端接地。
进一步地，所述钳位稳压电路由一个钳位电阻R23和一个稳压二极管D5构成；其中，所述钳位电阻R23的一端与电阻R22和电阻R18的公共端相连，稳压二极管D5的负极与钳位电阻R23的另一端相连，稳压二极管D5的正极接地；稳压二极管D5与钳位电阻R23的公共端与保护电路相连。
进一步地，所述保护电路包括控制器，以及一端与控制器相连的且另一端与取电线圈相连的复位保险丝PTC；其中，所述升压转换电路的电阻R1与控制器相连。
进一步地，所述整流电路包括与控制器输出端口相连的整流桥B1，正极与整流桥B1的第1端相连且负极与整流桥B1的第3端相连的电容C16，以及负极与整流桥B1的第2端相连正极与整流桥B1的第4端相连的电容C17。
进一步地，所述功率输出电路包括与电压转换电路相连的电容C18、电感L1、电阻R24、R25及二极管D6，栅极与电阻R24另一端相连的电子开关管Q1，栅极与电阻R25另一端相连的电子开关管Q2，以及与电感L1另一端相连的二极管D7、电容C19；其中，电子开关管Q1的源极与电子开关管Q2的漏极相连，电子开关管Q2的源极接地，电子开关管Q1的漏极接地，二极管D7负极一端作为输出端。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过设置保护电路，并利用与保护电路相连的小电流信号发生检测电路对铁路电力输送过程中高压电产生的小电流进行检测，通过对小电流信号的分析判断输电装置的电力输送状态，保障电力输送装置处于安全工作状态。
(2)本发明中小电流信号发生检测电路成本低，只是采用常规的运算放大器即可，可以节省大量的成本，且电路反应迅速，不需要AD采集和CPU进行运算处理，通过模拟信号进行比较，即可输出反映出有无小电流信号的电平信号，无时间延迟，反应速度块，外部控制器只需要检测电平的高低即可以检测到小电流信号是否产生，且能方便地通过电位器的调节调整小电流信号发生检测电路的检测灵敏度。
附图说明
图1为本发明的整体电路结构示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-馈线断路器，2-继电保护装置，3-输电线路，4-取电线圈，5-保护电路，6-整流电路，7-电压转换电路，8-功率输出电路，9-升压转换电路，10-一级放大电路，11-二级放大电路，12-电位比较电路，13-钳位稳压电路。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1所示，本发明公开的一种铁路电力输送装置，包括设置于用于铁路电力供应的牵引变电所内的馈线断路器1，与馈线断路器1相连的继电保护装置2和输电线路3，通过牵引网供电臂从输电线路上取电的取电线圈4，与取电线圈4依次相连的保护电路5、整流电路6、电压转换电路7及功率输出电路8，以及与保护电路5相连的小电流信号发生检测电路。在对电力机车进行供电时，输电线路从牵引变电所取电供电，通过馈线断路器和继电保护装置对牵引变电所的输出端进行保护。输电线路输送的电力通过牵引网供电臂及取电线圈经过整流、转换等处理后输出供电力机车使用。在输电线路供电输出端，通过设置保护电路及小电流信号发生检测电路对高压产生的感应电流进行检测，可以实时检测电力输送装置的供电情况，保障供电的稳定性及安全性。
在本实施例中，所述小电流信号发生检测电路包括与保护电路5依次相连的升压转换电路9、一级放大电路10、二级放大电路11、电位比较电路12及钳位稳压电路13；其中，所述钳位稳压电路13与保护电路5相连。小电流信号先通过升压转换电路，将电流信号转化为小电压信号。小电压信号通过一级放大电路，对信号进行一级放大，然后通过二级放大电路对信号进行二级放大，放大以后的电压信号，通过电位比较电路和钳位稳压电路，最终输出符合保护电路中控制器的0和1信号。
具体地，所述升压转换电路包括与保护电路输出端相连的电阻R1，与电阻R1相连的电阻R2、R3，两端分别连接电阻R2另一端、电阻R3另一端的电阻R4，正极与电阻R2、R4的公共端相连且负极与电阻R3、R4的公共端相连并接地的二极管D1，正极与二极管D1的负极相连，负极与二极管D1的正极相连的二极管D2，一端与二极管D2的负极相连且另一端接地的电容C1，与二极管D2的负极相连的电阻R5，反相输入端与电阻R5的另一端相连的运算放大器A1，并联后一端与运算放大器A1的反相输入端相连且另一端与运算放大器A1的输出端相连的电阻R6、电容C2，并联后一端与运算放大器A1的正相输入端相连且另一端接地的电阻R7、电容C3，一端与运算放大器A1的正电源端相连且另一端接地的电容C4，以及一端与运算放大器A1的负电源端相连且另一端接地的电容C5；其中，一级放大电路与运算放大器A1的输出端相连。该电路的作为将小电流信号转化为小电压信号，同时相位反相。
在本实施例中，所述一级放大电路包括与运算放大器A1的输出端相连的电阻R8，两端分别与电阻R8的另一端、电容C5的接地端对应相连的电容C6，与电阻R8、电容C6的公共端相连的电容C7，一端与电容C5、电容C6的公共端相连且另一端与电容C7的另一端相连的电阻R9，与电阻R9、电容C7的公共端相连的电阻R10，正相输入端与电阻R10的另一端相连的运算放大器A2，一端与运算放大器A2的反相输入端相连且另一端接地的电阻R11，一端与运算放大器A2的反相输入端相连且滑动端及另一端与运算放大器A2的输出端相连的电位器RP1，一端与运算放大器A2的正电源端相连且另一端接地的电容C8，以及一端与运算放大器A2的负电源端相连且另一端接地的电容C9；其中，二级放大电路与运算放大器A2的输出端相连。当电位器RP1调大时，一级放大电路的放大倍数也变大，同时输出电压也变大。通过调节电位器RP1小电流调节，可实现对信号灵敏度的粗调。
在本实施例中，所述二级放大电路包括与运算放大器A2的输出端相连的电阻R12，与电阻R12另一端相连的电容C10，正极与电容C10的另一端相连的二极管D3，一端与二极管D3的负极相连且另一端接地的电容C11，负极与二极管D3的正极相连且负极与电容C11的接地端相连的二极管D4，并联于电容C11两端的电阻R13，与二极管D3的负极相连的电阻R14，正相输入端与电阻R14的另一端相连的运算放大器A3，一端与运算放大器A3的反相输入端相连且另一端接地的瞬态抑制二极管TVS1，第3引脚与运算放大器A3的反相输入端相连的电位器接口CON1，一端与电位器接口CON1的第1引脚相连且另一端接地的电阻R15，一端与电位器接口CON1的第2引脚相连且另一端与运算放大器A3的输出端相连的电阻R16，一端与运算放大器A3的正电源端相连且另一端接地的电容C12，以及一端与运算放大器A3的负电源端相连且另一端接地的电容C13；其中，电位比较电路与运算放大器A3的输出端相连。当电位器接口CON1接入的电阻调大时，二级放大电路的放大倍数也变大，同时输出电压也变大。通过调节电位器调节，实现对信号灵敏度的细调。
在本实施例中，所述电位比较电路包括与运算放大器A3的输出端的电阻R17，反相输入端与电阻R17另一端相连的运算放大器A4，与运算放大器A4的正相输入端相连的电阻R18、R19，与电阻R19另一端相连的电阻R20、R21，一端与电阻R18的另一端相连且另一端与运算放大器A4的输出端相连的电阻R22，一端与运算放大器A4的正电源端相连且另一端接地的电容C14，以及一端与运算放大器A4的负电源端相连且另一端接地的电容C15；其中，钳位稳压电路与运算放大器A4的输出端相连；电阻R20的另一端接12V电压，电阻R21的另一端接地。
在本实施例中，所述钳位稳压电路由一个钳位电阻R23和一个稳压二极管D5构成；其中，所述钳位电阻R23的一端与电阻R22和电阻R18的公共端相连，稳压二极管D5的负极与钳位电阻R23的另一端相连，稳压二极管D5的正极接地；稳压二极管D5与钳位电阻R23的公共端与保护电路相连。
在本实施例中，所述保护电路包括控制器，以及一端与控制器相连的且另一端与取电线圈相连的复位保险丝PTC；其中，所述升压转换电路的电阻R1与控制器相连；其中，所述电压转换电路采用XL7015降压型直流变换芯片。保护电路主要接收小电流信号发生检测信号发出的阈值报警，当整个输电线路感应电流超过阈值时，启动输电装置的保护机制。
在本实施例中，所述整流电路包括与控制器输出端口相连的整流桥B1，正极与整流桥B1的第1端相连且负极与整流桥B1的第3端相连的电容C16，以及负极与整流桥B1的第2端相连正极与整流桥B1的第4端相连的电容C17。
在本实施例中，所述功率输出电路包括与电压转换电路相连的电容C18、电感L1、电阻R24、R25及二极管D6，栅极与电阻R24另一端相连的电子开关管Q1，栅极与电阻R25另一端相连的电子开关管Q2，以及与电感L1另一端相连的二极管D7、电容C19；其中，电子开关管Q1的源极与电子开关管Q2的漏极相连，电子开关管Q2的源极接地，电子开关管Q1的漏极接地，二极管D7负极一端作为输出端。该电路通过电压转换芯片控制开关管的通断保障装置在进行输电过程中的稳定功率输出。
通过上述设计，本发明通过设置保护电路，并利用与保护电路相连的小电流信号发生检测电路对铁路电力输送过程中高压电产生的小电流进行检测，通过对小电流信号的分析判断输电装置的电力输送状态，保障电力输送装置处于安全工作状态，且能方便地通过电位器的调节调整小电流信号发生检测电路的检测灵敏度。因此，适于推广应用。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁路电力输送装置，其特征在于，包括设置于用于铁路电力供应的牵引变电所内的馈线断路器(1)，与馈线断路器(1)相连的继电保护装置(2)和输电线路(3)，通过牵引网供电臂从输电线路上取电的取电线圈(4)，与取电线圈(4)依次相连的保护电路(5)、整流电路(6)、电压转换电路(7)及功率输出电路(8)，以及与保护电路(5)相连的小电流信号发生检测电路。
2.根据权利要求1所述的一种铁路电力输送装置，其特征在于，所述小电流信号发生检测电路包括与保护电路(5)依次相连的升压转换电路(9)、一级放大电路(10)、二级放大电路(11)、电位比较电路(12)及钳位稳压电路(13)；其中，所述钳位稳压电路(13)与保护电路(5)相连。
3.根据权利要求2所述的一种铁路电力输送装置，其特征在于，所述升压转换电路包括与保护电路输出端相连的电阻R1，与电阻R1相连的电阻R2、R3，两端分别连接电阻R2另一端、电阻R3另一端的电阻R4，正极与电阻R2、R4的公共端相连且负极与电阻R3、R4的公共端相连并接地的二极管D1，正极与二极管D1的负极相连，负极与二极管D1的正极相连的二极管D2，一端与二极管D2的负极相连且另一端接地的电容C1，与二极管D2的负极相连的电阻R5，反相输入端与电阻R5的另一端相连的运算放大器A1，并联后一端与运算放大器A1的反相输入端相连且另一端与运算放大器A1的输出端相连的电阻R6、电容C2，并联后一端与运算放大器A1的正相输入端相连且另一端接地的电阻R7、电容C3，一端与运算放大器A1的正电源端相连且另一端接地的电容C4，以及一端与运算放大器A1的负电源端相连且另一端接地的电容C5；其中，一级放大电路与运算放大器A1的输出端相连。
4.根据权利要求3所述的一种铁路电力输送装置，其特征在于，所述一级放大电路包括与运算放大器A1的输出端相连的电阻R8，两端分别与电阻R8的另一端、电容C5的接地端对应相连的电容C6，与电阻R8、电容C6的公共端相连的电容C7，一端与电容C5、电容C6的公共端相连且另一端与电容C7的另一端相连的电阻R9，与电阻R9、电容C7的公共端相连的电阻R10，正相输入端与电阻R10的另一端相连的运算放大器A2，一端与运算放大器A2的反相输入端相连且另一端接地的电阻R11，一端与运算放大器A2的反相输入端相连且滑动端及另一端与运算放大器A2的输出端相连的电位器RP1，一端与运算放大器A2的正电源端相连且另一端接地的电容C8，以及一端与运算放大器A2的负电源端相连且另一端接地的电容C9；其中，二级放大电路与运算放大器A2的输出端相连。
5.根据权利要求4所述的一种铁路电力输送装置，其特征在于，所述二级放大电路包括与运算放大器A2的输出端相连的电阻R12，与电阻R12另一端相连的电容C10，正极与电容C10的另一端相连的二极管D3，一端与二极管D3的负极相连且另一端接地的电容C11，负极与二极管D3的正极相连且负极与电容C11的接地端相连的二极管D4，并联于电容C11两端的电阻R13，与二极管D3的负极相连的电阻R14，正相输入端与电阻R14的另一端相连的运算放大器A3，一端与运算放大器A3的反相输入端相连且另一端接地的瞬态抑制二极管TVS1，第3引脚与运算放大器A3的反相输入端相连的电位器接口CON1，一端与电位器接口CON1的第1引脚相连且另一端接地的电阻R15，一端与电位器接口CON1的第2引脚相连且另一端与运算放大器A3的输出端相连的电阻R16，一端与运算放大器A3的正电源端相连且另一端接地的电容C12，以及一端与运算放大器A3的负电源端相连且另一端接地的电容C13；其中，电位比较电路与运算放大器A3的输出端相连。
6.根据权利要求5所述的一种铁路电力输送装置，其特征在于，所述电位比较电路包括与运算放大器A3的输出端的电阻R17，反相输入端与电阻R17另一端相连的运算放大器A4，与运算放大器A4的正相输入端相连的电阻R18、R19，与电阻R19另一端相连的电阻R20、R21，一端与电阻R18的另一端相连且另一端与运算放大器A4的输出端相连的电阻R22，一端与运算放大器A4的正电源端相连且另一端接地的电容C14，以及一端与运算放大器A4的负电源端相连且另一端接地的电容C15；其中，钳位稳压电路与运算放大器A4的输出端相连；电阻R20的另一端接12V电压，电阻R21的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的一种铁路电力输送装置，其特征在于，所述钳位稳压电路由一个钳位电阻R23和一个稳压二极管D5构成；其中，所述钳位电阻R23的一端与电阻R22和电阻R18的公共端相连，稳压二极管D5的负极与钳位电阻R23的另一端相连，稳压二极管D5的正极接地；稳压二极管D5与钳位电阻R23的公共端与保护电路相连。
8.根据权利要求7所述的一种铁路电力输送装置，其特征在于，所述保护电路包括控制器，以及一端与控制器相连的且另一端与取电线圈相连的复位保险丝PTC；其中，所述升压转换电路的电阻R1与控制器相连。
9.根据权利要求8所述的一种铁路电力输送装置，其特征在于，所述整流电路包括与控制器输出端口相连的整流桥B1，正极与整流桥B1的第1端相连且负极与整流桥B1的第3端相连的电容C16，以及负极与整流桥B1的第2端相连正极与整流桥B1的第4端相连的电容C17。
10.根据权利要求9所述的一种铁路电力输送装置，其特征在于，所述功率输出电路包括与电压转换电路相连的电容C18、电感L1、电阻R24、R25及二极管D6，栅极与电阻R24另一端相连的电子开关管Q1，栅极与电阻R25另一端相连的电子开关管Q2，以及与电感L1另一端相连的二极管D7、电容C19；其中，电子开关管Q1的源极与电子开关管Q2的漏极相连，电子开关管Q2的源极接地，电子开关管Q1的漏极接地，二极管D7负极一端作为输出端。
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