EP3231075A1 - Anordnung für eine bahnstromversorgung und verfahren zum betrieb der anordnung - Google Patents

Anordnung für eine bahnstromversorgung und verfahren zum betrieb der anordnung

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EP3231075A1
EP3231075A1 EP16700448.0A EP16700448A EP3231075A1 EP 3231075 A1 EP3231075 A1 EP 3231075A1 EP 16700448 A EP16700448 A EP 16700448A EP 3231075 A1 EP3231075 A1 EP 3231075A1
Authority
EP
European Patent Office
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arrangement
circuit breaker
power converter
power supply
control device
Prior art date
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Ceased
Application number
EP16700448.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Altmann
Roberto Bianchi
Albrecht Brodkorb
Klaus-Peter Dillmann
Rainer Gruber
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3231075A1 publication Critical patent/EP3231075A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/025—Disconnection after limiting, e.g. when limiting is not sufficient or for facilitating disconnection
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    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
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    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for a traction power supply with a power converter and a method for operating the arrangement.
  • a traction power supply with AC voltage switching systems are usually provided, which connect a serving for energy supply AC voltage network by means of a static frequency converter to an AC voltage network other frequency.
  • a rectifier is used instead of an inverter.
  • the connection and disconnection of a load or the shutdown in the event of a fault occurs by means of circuit breakers, which can switch off currents with appropriate design of the circuit breaker within about 15 ms. Short circuits are a common type of fault.
  • disconnectors are used, which make a disconnection path for safe shutdown after opening a circuit breaker.
  • DC currents can turn off particularly quickly and safely, while at the same time causing only low energy losses.
  • This is achieved by using two switching branches connected in parallel: a first branch has a load switch with semiconductor technology and an ultrafast disconnect switch, while a second branch has a plurality of semiconductor switching devices each having arrestor banks (barriers) connected in parallel. If a short circuit occurs, the diverter switch in the first branch interrupts the flow of current and the ultra-fast disconnector opens; Subsequently, by means arranged in the second branch semiconductor switching devices a secure
  • the object of the invention is to provide an arrangement for a traction power supply which can be manufactured comparatively inexpensively and safely, reliably, with low maintenance and with high availability during operation of the traction power supply.
  • the invention achieves this object by an arrangement for a traction power supply with a power converter, characterized in that the power converter is suitable for lowering its output voltage to a predefined voltage level in the event of a fault.
  • a power converter that is suitable, its output voltage in case of failure to a predetermined voltage level lower this lowering also during an operational shutdown eg for maintenance purposes. Accordingly, an inventive converter can just as quickly raise its output voltage to the intended operating level in response to a corresponding signal.
  • Such a power converter can limit the current within a few microseconds from the occurrence of a short circuit or even almost completely extinguished. This can be used to replace the previously common circuit breakers with fast disconnectors. If a short circuit occurs, the current from the converter is set to zero.
  • a short circuit can be conventionally recognized by a railroad protection device, such as a protective relay, which transmits the command to switch off the affected supply section to a control device of the power converter. After lowering the output voltage, the circuit breaker of the faulty section is normally opened. Thereafter, the current is increased by the controller back to the normal operating state to supply the functional lines again.
  • the power switch technology sets limits on the usable voltage in the DC rail power supply. This is in the solution according to the invention offers the opportunity to exceed today's voltage limits, not the case, since the shutdown of the short-circuit currents no longer must be done by circuit breakers.
  • a switch-disconnector can be used.
  • the output voltage of the converter is quickly adjusted in the event of a fault so that even in the event of a short circuit, only the rated voltage and the rated current of the traction power supply are present.
  • the switch-disconnector disconnects the feeder section affected by the fault, but during this process the other faulty feeder sections can continue to be supplied.
  • the power converter is connected on the input side to a three-phase alternating voltage supply, wherein the power converter has a parallel-connected current branch for each phase.
  • the power converter is connected on the input side to a single-phase AC voltage supply. This is an advantage because it is technically particularly easy to implement when connecting a single-phase AC power supply. In a single-phase AC power supply, the power converter consequently also has only one current branch.
  • each current branch has a plurality of semiconductor switching devices connected in series.
  • a single semiconductor switching device is not voltage resistant enough for a shutdown of the rated voltage.
  • several semiconductor switching devices meet this requirement.
  • Numerous semiconductor switching devices are provided, with the aid of which a frequency change of the alternating voltage frequency from the frequency of the supply network to the frequency of the traction power supply is carried out. In a traction power supply with DC voltage is regulated to a frequency of zero Hz.
  • the AC voltage supply is connected in each branch, that the branch is connected on the one hand via at least one semiconductor switching device to a return line and on the other hand via at least one semiconductor switching device to an output line.
  • the return line is often set to ground potential.
  • At least one disconnecting switch which is suitable for switching off a current flow at the predetermined voltage level, is arranged downstream of the converter on the output side. This is an advantage because it can be dispensed with a circuit breaker.
  • the at least one disconnect switch is a load disconnect switch which is suitable for switching off a current flow with the rated voltage of the traction current supply as a predetermined voltage level.
  • the at least one disconnecting switch is a disconnecting switch which is suitable for switching currentless at a predetermined voltage level of zero volts. This is an advantage because in the event of a fault, the entire downstream traction power supply is switched off for a short time, which is particularly safe. Using a power disconnect switch disconnects the voltage from the power converter to zero.
  • the disconnecting switch is a fast disconnecting switch which has an acceleration mechanism for rapid production of an isolating distance. This is an advantage because it must be ensured for interruption-free operation of the traction power supply that a shutting down of a short circuit occurs safely within fractions of a second, preferably in the millisecond range of less than 50 ms.
  • the acceleration mechanism has a spring for generating a spring tension. This is an advantage because by means of a preloaded spring, which has been biased by a motor, for example, a safe shutdown can be achieved in the event of a short circuit in fractions of a second by forming a sufficient separation distance.
  • at least one disconnecting switch is followed by a feed section of a contact line.
  • additional circuit breakers are additionally provided, each of which is followed by a further feed section of the catenary. This is an advantage because in this way one feed section can be switched independently of all other feed sections.
  • a control device for controlling the power converter is provided.
  • the control device is usually already provided in a power converter to set the frequency of the output voltage, in particular in modern, modular power converters.
  • This control device can be upgraded by adapting software and possibly hardware to a shutdown of the output voltage or to allow a lowering of the output voltage in case of failure.
  • a circuit breaker control device which is suitable, in the event of a fault, to switch off the supply section affected by the fault by opening the disconnecting switch provided for this supply section.
  • the circuit breaker control device monitors in particular in a switchgear with several circuit breakers their position, the switching position and readiness for switching - possibly the spring preload of the acceleration mechanism. If an error occurs, the circuit breaker control device is instructed by a protective device to open the relevant disconnector.
  • the power converter is a static frequency rectifier. This is an advantage because static frequency converters are widely used and proven in traction power supply.
  • the power converter is suitable for providing a DC voltage as the output voltage.
  • the power converter is suitable for providing a single-phase AC voltage as the output voltage.
  • the invention solves this problem by a method according to claim 13.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention results from the dependent claim 14. It follows for the method according to claim 13 and the dependent claim 14, mutatis mutandis, the same advantages as explained above for the inventive arrangement.
  • a preferred embodiment of the arrangement according to the invention is explained in more detail by a figure. It is obvious to a person skilled in the art that the exemplary embodiment does not intend to limit the invention to a specific combination of features, but rather can be combined with all of the embodiments explained in the description section.
  • a three-phase AC power supply 40 is provided with three phases L1, L2, L3.
  • Each phase L1, L2, L3 is connected to the input side of a transformer 36 via lines 37, 38, 39.
  • the transformer 36 is at its output side via the lines 33,34,34 each with one of the three phases to a
  • the converter 27 is a modular static frequency converter which has a parallel-connected current branch 29, 30, 31 for each phase L1, L2, L3.
  • the alternating voltage supply is connected in such a way by means of the lines 33, 34, 35 that the
  • a control device 25 is connected to the power converter via a communication connection 26. which controls the modules of the power converter so that an intended output frequency at the output line 20 is set. Depending on the design of the modules, other numbers of modules may also be used. the, are per branch 12 to 28 modules typical. Overall, can be used in a three-phase design of the power converter 27 up to 72 modules.
  • the output line 20 carries a single-phase AC voltage to a switchgear 21 with rapid disconnectors 1-19 for currentless switching, each of which a feed section 6- 12 is arranged downstream.
  • a circuit breaker controller 22 monitors and controls the circuit breakers 13-19.
  • the disconnect switch control device 22 is connected to the switchgear 21 and the control device 25 via communication links 23, 24.
  • the feed section 6 is shown in more detail and has a catenary 5, which via a current collector 4 a
  • a short circuit occurs in the supply section 5, it is detected by a protective device (not shown).
  • the protective device gives the control device 25 a signal to set the output voltage of the power converter to zero. If this has been done, all supply sections 6-12 are de-energized, the circuit breaker 13-19 are still closed. Then, the protector of the disconnect switch controller 22 gives a signal to open the disconnect switch 19.
  • the circuit breaker 19 is opened and causes a safe shutdown of the short circuit on the feed section 5 by forming a separation distance. After the circuit breaker 19 has been opened, by means of the control device 25, the

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung (1) für eine Bahnstromversorgung mit einem Stromrichter (27), dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (27) geeignet ist, im Fehlerfall seine Ausgangsspannung auf ein vorgegebenes Spannungsniveau abzusenken. Ferner ist ein Verfahren zum Betrieb der Anordnung Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Anordnung für eine Bahnstromversorgung und Verfahren zum Betrieb der Anordnung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine Bahnstromversorgung mit einem Stromrichter sowie ein Verfahren zu Betrieb der Anordnung . Bei einer Bahnstromversorgung mit WechselSpannung werden üblicherweise Schaltanlagen vorgesehen, die ein zur Energieversorgung dienendes Wechselspannungsnetz mittels eines statischen Frequenzumrichters an ein Wechselspannungsnetz anderer Frequenz anschließen. Dient ein Gleichspannungsnetz zur Ener- gieversorgung, wird anstatt eines Umrichters ein Gleichrichter eingesetzt. Das Zu- und Abschalten einer Last oder das Abschalten im Fehlerfall erfolgt mittels Leistungsschaltern, die Ströme bei entsprechender Auslegung des Leistungsschalters innerhalb von etwa 15 ms abschalten können. Dabei bilden Kurzschlüsse eine häufige Fehlerart. Außerdem werden Trennschalter eingesetzt, die stromlos nach Öffnen eines Leistungsschalters eine Trennstrecke für eine sichere Abschaltung herstellen . Herkömmliche Trennschalter weisen häufig Schaltzeiten in der Größenordnung von einigen Sekunden, typischerweise 5 Sekunden, auf. Bekannt sind auch Lasttrennschalter, die zwar einen Betriebsstrom abschalten können, aber nicht für die Abschaltung eines Kurzschlussstromes ausgelegt sind. Diese Last- trennschalter können folglich den Nennstrom einer Anlage abschalten, häufig sind sie dabei genauso schnell wie Leistungsschalter und benötigen ebenfalls nur einige Dutzend Millisekunden für eine Abschaltung. Aus der Produktbroschüre „Sitras SFC plus - Statischer Fre- quenzStromrichter für die AC-Bahnstromversorgung" , 2012, Produktinformation Version 1.0.2 Nr. A6Z00015351872 , ist als Statischer Frequenzstromrichter ein modular aufgebauter Mul- ti -Level Direkt Stromrichter bekannt, der eine dreiphasige VersorgungsSpannung direkt in eine einphasige WechselSpannung zur Bahnstromversorgung umwandelt. Ein Bahntransformator wird zur direkten Speisung der Fahrleitung nicht benötigt, da der Stromrichter eine hohe AusgangsSpannung bereit stellt.
Aus der Veröffentlichung „The Hybrid HVDV Breaker" von Magnus Callavik et al . , ABB Grid Systems, Technical Paper Nov1 2012, ist ein auf Halbleitertechnologie basierender Schalter für Hochspannungs-Gleichstromübertragung bekannt, der hohe
Gleichströme besonders schnell und sicher abschalten kann und dabei gleichzeitig nur geringe Energieverluste verursacht. Dies wird erreicht, indem zwei parallel geschaltete Schaltzweige genutzt werden: ein erster Zweig weist einen Lastum- Schalter mit Halbleitertechnologie sowie einen ultraschnellen Trennschalter auf, während ein zweiter Zweig mehrere Halbleiterschalteinrichtungen mit jeweils parallel geschalteten Arrestor-Bänken (Barrieren) aufweist. Tritt ein Kurzschluss auf, so unterbricht der Lastumschalter im ersten Zweig den Stromfluss und der Ultra- schnellen Trennschalter öffnet sich; anschließend wird mittels der im zweiten Zweig angeordneten Halbleiterschalteinrichtungen eine sichere
Stromunterbrechung gewährleistet . An die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Anordnung für eine Bahnstromversorgung bereit zu stellen, die vergleichsweise kostengünstig herstellbar und im Betrieb der Bahnstromversorgung sicher, zuverlässig, wartungsarm und mit hoher Verfügbarkeit einsetzbar ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Anordnung für eine Bahnstromversorgung mit einem Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter geeignet ist, im Fehlerfall seine AusgangsSpannung auf ein vorgegebenes Spannungsni - veau abzusenken.
Dabei kann ein Stromrichter, der geeignet ist, sein Ausgangsspannung im Fehlerfall auf ein vorgegebenes Spannungsniveau abzusenken, diese Absenkung auch bei einer betriebsbedingten Abschaltung z.B. zu Wartungszwecken, vornehmen. Entsprechend kann ein erfindungsgemäßer Stromrichter auf ein entsprechendes Signal hin ebenso schnell wieder seine AusgangsSpannung auf das vorgesehene Betriebsniveau anheben.
Es ist ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung, dass im Gegensatz zu einer herkömmlichen Anordnung zur Bahnstromversorgung auf die bekannte mechanische Leistungsschaltertechno- logie verzichtet wird. Durch die Nutzung eines Stromrichters, der seine AusgangsSpannung auf ein vorgegebenes Spannungsniveau abzusenken kann, kann der Stromrichter im Fehlerfall oder bei einer betriebsbedingten Abschaltung, z.B. zu Wartungszwecken, selbsttätig seine AusgangsSpannung anpassen. Dies ist ein Vorteil, denn ein vergleichsweise teurer Leistungsschalter kann eingespart werden.
Ein solcher Stromrichter kann den Strom innerhalb weniger Mikrosekunden ab dem Entstehen eines Kurzschlusses limitieren bzw. sogar fast vollständig auslöschen. Dies kann benutzt werden, um die vormals üblichen Leistungsschalter durch schnelle Trennschalter zu ersetzen. Wenn ein Kurzschluss entsteht, wird der Strom vom Stromrichter auf null gesetzt. Ein solcher Kurzschluss kann in herkömmlicher Weise von einer Schutzeinrichtung für die Bahnstrecke wie etwa einem Schutzrelais erkannt werden, das den Befehl zum Abschalten des betroffenen Speiseabschnitts an eine Steuereinrichtung des Stromrichters übermittelt. Nach dem herabsetzen der AusgangsSpannung wird der Trennschalter des fehlerhaften Abschnitts stromlos geöffnet. Danach wird der Strom von der Steuereinrichtung wieder auf den normalen Betriebszustand erhöht, um die funktionsfähigen Leitungen wieder zu versorgen.
Es genügt also zum sicheren Abschalten des Stromflusses ein schnell schaltender Trennschalter für stromloses Schalten. In diesem Fall werden alle nachgeordneten Speiseabschnitte einer Fahrleitung kurz abgeschaltet, der Trennschalter wird für den betreffenden Speiseabschnitt geöffnet, und anschließend wird die AusgangsSpannung des Stromrichters wieder auf die Betriebsspannung erhöht. Auf diese Tritt nur kurzzeitig ein Ausfall der Energieversorgung an der Bahnstrecke auf.
Hierdurch werden, wenn ein Umrichter oder ein steuerbarer Gleichrichter bereits vorhanden ist, Kosten eingespart, denn ein erfindungsgemäßer Stromrichter ist nur geringfügig teurer ist als ein Stromrichter ohne die erfindungsgemäße Möglichkeit der Spannungsabsenkung bzw. Abschaltung. Durch diese Funktion kann auf alle mechanischen Leistungsschalter der Schaltanlage verzichtet werden, da deren Funktion durch die Synergie zwischen Stromrichter und Trennschalter gewährleis- tet wird.
Außerdem setzt die Leistungsschaltertechnologie der nutzbaren Spannung in der Gleichspannungsbahnstromversorgung Grenzen setzen. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Lösung bietet die Möglichkeit, die heutigen Spannungsgrenzen zu überschreiten, nicht der Fall, da die Abschaltung der Kurzschlussströme nicht mehr durch Leistungsschalter erfolgen muss.
Alternativ kann auch ein Lasttrennschalter eingesetzt werden. In diesem Fall wird die AusgangsSpannung des Stromrichters im Fehlerfall schnell so eingestellt, dass auch im Kurzschlussfall nur die Nennspannung und der Nennstrom der Bahnstromversorgung anliegen. Der Lasttrennschalter trennt den vom Fehler betroffenen Speiseabschnitt ab - währenddessen können jedoch die anderen nicht fehlerbehafteten Speiseabschnitte weiter versorgt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Stromrichter eingangsseitig an eine drei- phasige WechselSpannungsversorgung angeschlossen ist, wobei der Stromrichter für jede Phase einen parallel geschalteten Stromzweig aufweist. Dies ist ein Vorteil, weil bei Ausnut- zung aller drei Phasen keine Schieflast für das Versorgungsnetz entsteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Stromrichter eingangsseitig an eine einphasige Wechselspannungsversorgung angeschlossen. Dies ist ein Vorteil, weil bei der Anschluss einer einphasigen Wechselspannungsversorgung technisch besonders einfach umzusetzen ist. Bei einer einphasigen Wechselspannungsversorgung weist der Stromrichter folglich auch nur einen Stromzweig auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist jeder Stromzweig mehrere in Reihe geschaltete Halbleiterschalteinrichtungen auf. Dies ist ein Vorteil, weil i.d.R. eine einzelne Halbleiterschalteinrichtung nicht spannungsfest genug für ein Abschalten der Nennspannung ist. Mehrere Halbleiterschalteinrichtungen erfüllen diese Anforderung jedoch. Bei Stromrichtern sind i.d.R. zahlreiche Halbleiterschalteinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe eine Frequenzumrichtung der Wechselspannungsfrequenz von der Frequenz des Versorgungsnetzes zur Frequenz der Bahnstromversorgung hin durchgeführt wird. Bei einer Bahnstromversorgung mit Gleichspannung wird auf eine Frequenz von null Hz geregelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist in jedem Stromzweig die Wechselspannungsversorgung derart angeschlossen, dass der Stromzweig einerseits über mindestens eine Halbleiterschalteinrichtung an eine Rückleitung und andererseits über mindestens eine Halbleiterschalteinrichtung an eine Ausgangsleitung angeschlossen ist. Die Rückleitung wird dabei häufig auf Erdpotential gesetzt. Dies ist ein Vorteil, weil so einerseits eine Abschaltung der Bahnstromversorgung und andererseits eine Rückleitung geschaltet werden kann. Ein weiterer Vorteil ist es, dass so- wohl positive als auch negative Halbwellen einer jeden Phase für die Umrichtung verwendet werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Anordnung ist dem Stromrichter ausgangsseitig mindestens ein Trennschalter nachgeordnet, der geeignet ist, einen Stromfluss auf dem vorgegebenen Spannungsniveau abzuschalten. Dies ist ein Vorteil, weil auf einen Leistungsschalter verzichtet werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der mindestens eine Trennschalter ein Lasttrennschalter, der geeignet ist, einen Stromfluss mit der Nennspannung der Bahnstromversorgung als vorgegebenem Span- nungsniveau abzuschalten. Dies hat den Vorteil, dass gleichzeitig auf einen teuren Leistungsschalter verzichtet werden kann und trotzdem unter Last - der Nennspannung der Bahnstromversorgung - bei einem Kurzschluss der betreffende Speiseabschnitt abgeschaltet werden kann. Entsteht also ein Kurz- schluss, begrenzt der Stromrichter den Kurzschlussstrom auf übliche Betriebswerte und verhindert so einen kompletten Ausfall der nachgeschalteten Bahnstromversorgung. Der auf diese Weise begrenzte Fehlerstrom wird durch den Lasttrennschalter abgeschaltet. Dies hat den Vorteil, dass keine Unterbrechung der Energieversorgung für ggf. vorhandene weitere Speiseabschnitte in Kauf genommen werden muss.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der mindestens eine Trennschalter ein Trennschalter, der geeignet ist, stromlos bei einem vorgegebenen Spannungsniveau von null Volt zu schalten. Dies ist ein Vorteil, weil so im Fehlerfall die gesamte nachgeschaltete Bahnstromversorgung kurzzeitig abgeschaltet wird, was besonders sicher ist. Bei Verwendung eines Trennschalters für stromloses Abschalten wird die Spannung vom Stromrichter auf null abgesenkt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Trennschalter ein schneller Trennschalter, der einen Beschleunigungsmechanismus zur schnellen Herstellung einer Trennstrecke aufweist. Dies ist ein Vor- teil, weil für einen möglichst unterbrechungsfreien Betrieb der Bahnstromversorgung gewährleistet sein muss, dass eine Abschaltung eines Kurzschlusses sicher innerhalb von Sekundenbruchteilen, bevorzugt im Millisekundenbereich von weniger als 50 ms, erfolgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist der Beschleunigungsmechanismus eine Feder zur Erzeugung einer Federspannung auf. Dies ist ein Vorteil, weil mittels einer vorgespannten Feder, die bei- spielsweise durch einen Motor vorgespannt wurde, bei Auftreten eines Kurzschlusses in Sekundenbruchteilen eine sichere Abschaltung erreicht werden kann durch Ausbildung einer hinreichenden Trennstrecke. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist dem mindestens einen Trennschalter ein Speiseabschnitt einer Fahrleitung nachgeordnet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Anordnung sind zusätzlich weitere Trennschalter vorgesehen, denen jeweils ein weiterer Speiseabschnitt der Fahrleitung nachgeordnet ist. Dies ist ein Vorteil, weil so jeweils ein Speiseabschnitt unabhängig von allen anderen Speiseabschnitten geschaltet werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Steuereinrichtung für das Steuern des Stromrichters vorgesehen. Die Steuereinrichtung ist in der Regel in einem Stromrichter bereits vorgesehen, um insbe- sondere bei modernen, modular aufgebauten Stromrichtern, die Frequenz der AusgangsSpannung festzulegen. Diese Steuereinrichtung kann durch Anpassung von Software und ggf. Hardware ertüchtigt werden, um eine Abschaltung der AusgangsSpannung oder eine Absenkung der AusgangsSpannung im Fehlerfall zu gestatten .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Anordnung ist eine Trennschaltersteuereinrichtung vorgesehen ist, die geeignet ist, im Fehlerfall den vom Fehler betroffenen Speiseabschnitt durch Öffnen des für diesen Speiseabschnitt vorgesehenen Trennschalters abzuschalten. Die Trennschaltersteuereinrichtung überwacht insbesondere bei ei- ner Schaltanlage mit mehreren Trennschaltern deren Position, die Schaltposition und Schaltbereitschaft - ggf. die Federvorspannung des Beschleunigungsmechanismus. Tritt ein Fehler auf, so erhält die Trennschaltersteuereinrichtung von einer Schutzeinrichtung die Anweisung, den betreffenden Trennschal- ter zu öffnen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Stromrichter ein statischer Fre- quenzStromrichter . Dies ist ein Vorteil, weil statischer Fre- quenzStromrichter weit verbreitet und erprobt in der Bahnstromversorgung sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Stromrichter geeignet, als Aus- gangsspannung eine Gleichspannung bereit zu stellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Stromrichter geeignet, als Ausgangsspannung eine einphasige WechselSpannung bereit zu stel- len.
Ferner stellt sich an die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren für einen Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung anzugeben, das sicher, zuverlässig und wartungsarm einsetzbar ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 13. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus dem abhängigen Anspruch 14. Es ergeben sich für das Verfahren gemäß Anspruch 13 sowie den Unteranspruch 14 jeweils sinngemäß die gleichen Vorteile wie eingangs für die erfindungsgemäße Anordnung erläutert. Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung durch eine Figur näher erläutert. Dem Fachmann ist dabei offensichtlich, dass das Ausführungsbeispiel keine Einschränkung der Erfindung auf eine bestimmte Merkmalskombination beabsichtigt, sondern vielmehr mit allen im Beschreibungsteil erläuterten Ausführungsformen kombiniert werden kann.
In der Figur ist in der Anordnung 1 eine dreiphasige Wechselspannungsversorgung 40 mit drei Phasen L1,L2,L3 vorgese- hen. Jede Phase L1,L2,L3 ist über Leitungen 37,38,39 an die Eingangsseite eines Transformators 36 angeschlossen. Der Transformator 36 ist an seiner Ausgangsseite über die Leitungen 33,34,34 jeweils mit jeder der drei Phasen an einen
Stromrichter 27 angeschlossen.
Der Stromrichter 27 ist ein modular aufgebauter statischer Frequenzstromrichter, der für jede Phase L1,L2,L3 einen parallel geschalteten Stromzweig 29,30,31 aufweist. In jedem Stromzweig 29,30,31 ist die WechselSpannungsversorgung der- art mittels der Leitungen 33,34,35 angeschlossen, dass der
Stromzweig 29,30,31 einerseits über mindestens eine Halbleiterschalteinrichtung 32 an Erdpotential 28 und andererseits über mindestens eine Halbleiterschalteinrichtung 32 an eine Ausgangsleitung 20 angeschlossen ist. Aus Gründen der Ein- fachheit der Darstellung ist nur eines der im Stromrichter vorhanden Module mit dem Bezeichner 32 gekennzeichnet, es sind jedoch alle 18 Module des Stromrichters 27 baugleiche Halbleiterschalteinrichtungen 32. Über eine Kommunikations- verbindung 26 ist mit dem Stromrichter eine Steuereinrichtung 25 verbunden, die die Module des Stromrichters so steuert, dass eine vorgesehene Ausgangsfrequenz an der der Ausgangs- leitung 20 eingestellt wird. Es können je nach Ausgestaltung der Module auch andere Anzahlen von Modulen eingesetzt wer- den, dabei sind pro Stromzweig 12 bis 28 Module typisch. Insgesamt können bei einer dreiphasigen Ausgestaltung des Stromrichtgers 27 bis zu 72 Module eingesetzt werden. Die Ausgangsleitung 20 führt eine einphasige WechselSpannung zu einer Schaltanlage 21 mit schnellen Trennschaltern 1-19 für stromloses Schalten, denen jeweils ein Speiseabschnitt 6- 12 nachgeordnet ist. Eine Trennschaltersteuereinrichtung 22 überwacht und steuert die Trennschalter 13-19. Die Trenn- Schaltersteuereinrichtung 22 ist über Kommunikationsverbindungen 23,24 mit der Schaltanlage 21 und der Steuereinrichtung 25 verbunden.
Der Speiseabschnitt 6 ist detaillierter dargestellt und weist eine Fahrleitung 5 auf, die über einen Stromabnehmer 4 ein
Fahrzeug 3 - einen Zug - speist, der auf Schienen 42 mit Erdpotential 2 fährt.
Im Folgenden wird nun kurz auf die Funktionsweise der Anord- nung 1 eingegangen.
Tritt ein Kurzschluss im Speiseabschnitt 5 auf, so wird dieser durch eine Schutzeinrichtung (nicht dargestellt) erfasst. Die Schutzeinrichtung gibt der Steuereinrichtung 25 ein Sig- nal, die AusgangsSpannung des Stromrichters auf null zu setzen. Ist dies erfolgt, sind alle Speiseabschnitte 6-12 stromlos geschaltet, die Trennschalter 13-19 sind noch geschlossen . Dann gibt die Schutzeinrichtung der Trennschaltersteuereinrichtung 22 ein Signal, den Trennschalter 19 zu öffnen. Der Trennschalter 19 wird geöffnet und durch Ausbildung einer Trennstrecke eine sichere Abschaltung des Kurzschlusses auf dem Speiseabschnitt 5 bewirkt. Nachdem der Trennschalter 19 geöffnet wurde, kann mittels der Steuereinrichtung 25 die
AusgangsSpannung des Stromrichters wieder auf die Nennspannung erhöht und die Speiseabschnitte 7-12 wieder versorgt werden .

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (1) für eine Bahnstromversorgung mit einem
Stromrichter (27), dadurch gekennzeichnet, dass der Strom- richter (27) geeignet ist, im Fehlerfall seine Ausgangsspannung auf ein vorgegebenes Spannungsniveau abzusenken.
2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (27) eingangsseitig an eine dreiphasige Wechselspannungsversorgung (40) angeschlossen ist, wobei der Stromrichter (27) für jede Phase (L1,L2,L3) einen parallel geschalteten Stromzweig (29,30,31) aufweist.
3. Anordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stromzweig (29,30,31) mehrere in Reihe geschaltete Halbleiterschalteinrichtungen (32) aufweist.
4. Anordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Stromzweig (29,30,31) die Wechselspannungsver- sorgung derart angeschlossen ist (33,34,35), dass der Stromzweig (29,30,31) einerseits über mindestens eine Halbleiterschalteinrichtung (32) an eine Rückleitung und andererseits über mindestens eine Halbleiterschalteinrichtung (32) an eine Ausgangsleitung (20) angeschlossen ist.
5. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stromrichter (27) ausgangssei- tig mindestens ein Trennschalter (13-19) nachgeordnet ist, der geeignet ist, einen Stromfluss auf dem vorgegebenen Span- nungsniveau abzuschalten.
6. Anordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Trennschalter (13-19) ein Lasttrennschalter ist, der geeignet ist, einen Stromfluss mit der Nennspannung der Bahnstromversorgung als vorgegebenem Spannungsniveau abzuschalten.
7. Anordnung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Trennschalter (13-19) ein
Trennschalter ist, der geeignet ist, stromlos bei einem vorgegebenen Spannungsniveau von null Volt zu schalten.
8. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter (13-19) ein schneller Trennschalter ist, der einen Beschleunigungsmechanismus zur schnellen Herstellung einer Trennstrecke aufweist.
9. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Trennschalter (19) ein Speiseabschnitt (5) einer Fahrleitung nachgeordnet ist.
10. Anordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich weitere Trennschalter (13-18) vorgesehen sind, denen jeweils ein weiterer Speiseabschnitt der Fahrleitung nachgeordnet ist.
11. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (25) für das Steuern des Stromrichters vorgesehen ist.
12. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennschaltersteuereinrichtung (22) vorgesehen ist, die geeignet ist, im Fehlerfall den vom Fehler betroffenen Speiseabschnitt (5) durch Öffnen des für diesen Speiseabschnitt vorgesehenen Trennschalters (19) abzuschalten .
13. Verfahren für eine Bahnstromversorgung mittels einer Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Kurzschlussfall eines Speiseabschnitts (5) der Fahrleitung und/oder bei einer betriebsbedingten Abschaltung eines Spei- seabschnitts (5) der Fahrleitung
mittels der Steuereinrichtung (25) die AusgangsSpannung des Stromrichters (27) auf ein vorgegebenes Spannungsniveau abgesenkt wird und anschließend mittels der Trennschaltersteuereinrichtung (22) durch Öffnen des Trennschalters (19) , der dem vom Kurzschluss oder der Abschaltung betroffenen Speiseabschnitt (5) vorgeordnet ist, der Speiseabschnitt (5) stromlos geschaltet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem mittels der Steuereinrichtung (25) nach dem Abschalten des vom Kurzschluss oder der Abschaltung betroffenen Speiseabschnitts (5) die Aus- gangsspannung des Stromrichters (27) wieder auf die Betriebsspannung erhöht wird.
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