[发明专利]一种电力机车用电子式电压互感器及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量电网电压的装置，具体来讲，涉及一种电力机车用户外电子式电压互感器及其在电力机车上的用途。 

背景技术

众所周知，电力机车从接触网获取25kV、50Hz的单相工频交流电，接触网高压经受电弓、主断路器、高压电流互感器送至机车内部的牵引变压器，而机车上的高压电压互感器主要实现接触网电压测量、功率计算和保护功能。高压电压互感器（一般是25kV/100V或25kV/150V）并联于车顶25kV高压母线上，将25kV降至100V（或150V）提供给机车网压表显示及机车电度表的电压源，再经变压器降压（100/5或150/5）输出交流5V，供机车微机柜进行机车保护 。 

目前，电力机车对原边电网电压的测量主要是使用传统的电磁式电压互感器。受互感器机理的限制, 传统的电压互感器具有受网压高次谐波影响大、容易发生铁磁谐振或铁芯磁饱，并可能导致铁芯发热超过设计值；在机车过无电区过程中还可能引起过电压，其输出也不能短路等缺点。尤其随着和谐号电力机车的普遍运用，致使铁路供电网产生大量不同频率的谐波分量，目前使得传统的电磁式电压互感器内部短路、被烧损、炸裂，甚至造成起火现象等故障频频发生， 其严重影响了电力机车的安全运行， 另一方面传统的电磁式电压互感器输出端直接与车载装置相连，当互感器一次绕组放电或者绝缘击穿时，高电压可能进入二次侧危及人员和仪表设备的安全。为了保证电压互感器的绝缘效果，传统的互感器体积大，重量重，安装不便，自身耗能、耗材较高，不利环保。 

电子式互感器当前在电力系统中应用较多，其与传统的电磁式电压互感器相比具有以下的优点：绝缘性能优良，价格便宜；抗电磁干扰性能好，低压边短路无过热危险；线性度好，无饱和现象；体积小、重量轻、节约空间；适用于最新的数字化、微机化的电力系统。电子式电压互感器之所以未应用到电力机车上，主要原因在于： 

1、民用的电子式互感器的相应的国际或国家标准刚颁发，而铁路电力机车上的电子式互感器没有相应的国际或国家或行业标准，无法鉴定电子式互感器的各种参数值和准确度符合国际或国家计量要求。

2、以前电子式电压互感器，尤其是高压信号采样和高压隔离电路处理（包括其分压采样材料、过电压保护器件）等技术就其在安全可靠性在民用电力系统也处于探索试验阶段，它直接影响后续电路乃至整个输电网的安全运行，而在全世界的铁路运输系统中电力机车的安全运行是乘客人身和财产安全的保证，就电力机车总体设计原则而言是不考虑使用不成熟的技术的。 

3、以往在国家电网上使用的电子式电压互感器时，对电网的谐波分量的考虑不适用铁路电网的实际情况，铁路接触网的谐波主要来自交流机车电制动时将其发电的能量反馈给电网，从而达到节能的目的。但由于机车的制动发电采用的是交-直-交逆变技术，其主要的谐波分量主要体现在中低次谐波，与电网主要考虑高次谐波有所不同，因此目前国家电网上普遍使用的电子式电压互感器并不能使用铁路接触电网的电压测量。 

 4、以往我国电力机车对原边电网电压的测量采用传统的电磁式电压互感器，在铁路运输系统中未大量使用交直交电力机车时其故障率不太高。 

因此有必要对现有技术进行改进，同时以现有的电子式互感器的相应的国际或国家颁发的标准为基准创建铁路行业电子式互感器标准以及国家和国际行业标准。 

发明内容

针对当前电力机车上应用的电磁式电压互感器而可靠性低、抗干扰能力弱、故障频发、安全性能低、无法满足智能化需求的技术缺陷，本发明提供一种结构简单、可靠性高、抗干扰能力强、体积小重量轻的电力机车用电子式电压互感器，并公开其在电力机车上的使用方法，解决现有技术中存在的问题。 

本发明解决技术问题采用的技术方案是： 

一种电力机车用电子式互感器，包括：

分压电路，所述分压电路为电阻分压式结构，在分压电阻的选取上选用能抗中低次谐波冲击的电阻，分压电路对电网的高电压进行分压取样；

过压保护电路，输入连接所述分压器的输出端，输出接地，为整个互感器提供过压保护；

高压侧光电隔离处理单元电路，输入连接所述分压器电路，输出连接低压放大器电路，高压侧光电隔离处理单元电路把分压取样信号通过电/光耦合器，以光为媒介，把传输电信号转换为光信号，又把光信号转换为电信号转送后续电路中，对后续电路达到隔离保护作用；