Anvendelse af højspændingsafbrydere i traktilstrømforsyningsystemer

Traditionelle skridt har i stigende grad været utilstrækkelige for de operationelle krav i moderne traktil strømforsyningssystemer. Opkomsten af højspændingsafbrydere har effektivt udfyldt dette hulrum. Højspændingsafbryder systemer optimerer strukturen af konventionelle skridt, udvider deres anvendelsesområde og lægger større vægt på detaljer, hvilket øger sikkerheden og pålideligheden af strømsystemer under den faktiske drift. Derfor er det afgørende at analysere og studere anvendelsen af højspændingsafbrydere i traktil strømforsyningssystemer.

1. Traktionsstrømforsyningssystemer
Det elektriske traktionsstrømforsyningssystem, der i øjeblikket bruges i Kina, repræsenterer en ny form for jernbanebaseret traktion drevet af elektricitet - en fremvoksende drivteknologi, der anvendes bredt i hovedbaner og bymæssig jernbane, med fremragende ydeevne og betydeligt forbedring af bekvemmeligheden i offentlig transport. I praksis konverterer elektrisk traktion kontinuerligt elektrisk energi til mekanisk traktionskraft for at drage jernbane-lokomotiver og elektriske flerenheder.

Kinas nuværende elektriske traktionssystemer er indelt efter strømtype i tre kategorier: industrifrekvensenhalvfasealternativstrøm, direkte strøm og lavfrekvensenhalvfasealternativstrøm. Af disse er industrifrekvensenhalvfasealternativstrømsystemet mest udbredt, primært anvendt i elektrificerede jernbaner.

Elektrisk traktion har tre vigtige fordele:

• Elektriske lokomotiver bærer ikke brændstof, men benytter sekundære energikilder, hvilket gør det muligt at drive tog uden selvindholdende traktionskraft.

• Det fremmer energibesparelse; da Kinas jernbanesektor indgår i en ny udviklingsfase, bliver elektriske lokomotiver anvendt mere omfattende.

• Det forbedrer driftssikkerhed. Takket være fremskridt inden for mikroelektronik og informationsteknologi understøtter moderne elektriske lokomotiver realtidfejlfinding, autonome kørsel og fjernstyring, hvilket betydeligt forøger informationsniveauet af traktionssystemer.

2. Funktioner, roller, typer og udvikling af højspændingsafbrydere

(1) Funktioner og roller
Selvom højspændingsafbrydere først nyligt blev bredt anvendt i Kinas strømsystemer, har de vist fremragende ydeevne. Deres kernefunktioner er tofold:

• Når de er åbne, sikrer de en synlig og elektrisk sikkert isolationsafstand mellem kontakter;

• Når de er lukket, bærer de pålideligt den nominale kontinuerlige strøm.

Disse evner forbedrer betydeligt både sikkerhed og driftseffektivitet. Nøgleroller inkluderer:
• Strømisolation: Under vedligeholdelse isolerer afbrydere deenergetiseret udstyr fra live-kredsløb, hvilket skaber et klart synligt brydningpunkt, der beskytter personale og udstyr.
• Skiftoperationer (busoverførsel): De gør det muligt at foretage sikre overgange af udstyr mellem drift, reserve eller vedligeholdelsestillstand, hvilket letter fleksible og sikre driftsomkonfigurationer.

(2) Typer
Afbrydere varierer baseret på flere kriterier:

• Efter installationssted: udendørs vs. indendørs;

• Efter spændingsniveau: lavspænding vs. højspænding;

• Efter strukturelt design: enkeltstolpe, dobbeltstolpe eller trestolpe;

• Efter driftsmekanisme: manuel, elektrisk eller pneumatisk.

(3) Teknologiske fremskridt
Traditionelle afbrydere led ofte af reduceret kontaktareal mellem bevægelige og statiske kontakter efter langvarig brug, hvilket førte til øget modstand, højere ledningstab og højere energiforbrug. Nye innovationer som fingerkontaktteknologi og knurrede overflade-design har betydeligt forbedret ledningsevne og pålidelighed. Disse forbedringer har udvidet anvendelsesområdet for moderne højspændingsafbrydere i Kinas strøminfrastruktur.

3. Anvendelser i traktionsstrømforsyningssystemer
(1) Fjernstyring (teleoperation)
Højspændingsafbrydere er nu afgørende komponenter i elektrificerede jernbane-kontaktnetsystemer, hvilket gør det muligt at isolere fejl og udføre sektionerede vedligeholdelser, hvilket forbedrer driftssikkerhed og præcision. Givet det store antal og bredde af hubstationer i Kinas elektrificerede jernbanenet, er manuel lokal drift ineffektiv og begrænser automatisering. Derfor er implementering af fjernstyring afgørende for at fremme jernbanemodernisering.

Med fremskridt inden for trådet og trådløs kommunikation kan Remote Terminal Enheder (RTU'er) nu integreres i elektriske driftsmekanismer. Denne integration løser ikke blot nøglespørgsmål i fjernstyring af afbrydere, men forbedrer også systemets pålidelighed, sikrer stabil strømforsyning og forhøjer det samlede automatiseringsniveau af elektrificerede jernbaner.

(2) Trådet/trådløs videoovervågning
Eftersom kontaktnets afbrydere typisk installeres udendørs og ubemandet, er fjernovervågning essentielt sammen med fjernstyring. Videosurveillancesystemer gør det muligt at overvåge feltforhold kontinuerligt, hvilket minimaliserer menneskelige fejl i kommandobeslutninger.

Implementering af sådanne systemer kræver hybridkommunikationsløsninger, der kombinerer trådet og trådløs teknologi som frekvenshoppende spektrumsbredning og Wi-Fi, begge modne i Kina. Integration af disse avancerede kommunikationsmetoder gør det muligt at opbygge robust fjernvideoovervågning, hvilket yderligere forbedrer sikkerheden, pålideligheden og effektiviteten af elektrificerede jernbanedrift.

(3) Online temperaturmonitoring
Trottede deres simple struktur, er afbryders kontakter og kontaktfingre udsat for hårde udendørs miljøer, hvilket gør dem følsomme over for oksidation. Oksidation øger kontaktmodstanden og producerer ekstra varme, hvilket potentielt kan føre til udstyrsoverslag eller brand, hvis det ikke håndteres korrekt.

I tiden med smarte understationer og ubemandet drift er fjernovervågning af temperatur blevet uundværlig. Tre primære metoder anvendes i Kina: trådløse sensorer, fiber-optiske sensorer og infrarød termografi - hvor fiber-optisk sensorteknologi er den mest udbredte.

Fiber-optiske temperatursensorer monteres direkte på kontakter eller kontaktfingre. Data overføres via højspændingsbestandige fiber-optiske ledninger til en central processorenhed, hvorfra det sendes videre til bagende computerne i understationen for realtid analyse. I Kina er der allerede udviklet dedikeret software til datahåndtering og analyse, som sikrer en pålidelig temperaturmontering. Imidlertid er høje omkostninger til udstyr og softwareudvikling stadig en udfordring.

4. Konklusion
Kinas elektrificerede jernbaneinfrastruktur har indtrådt i en ny udviklingsfase. Gennem vedvarende optimering af traditionelle afbrydere - gennem fingerkontakt- og ribbelteknologier - er ydeevnen af højspændingsafbrydere i traction strømforsyningssystemer betydeligt forbedret, hvilket har bidraget til moderniseringen af landets jernbanenetværk.

Sammenlignet med konventionelle strømforsyningsmetoder byder elektrisk traction på bedre effektivitet, forbedret sikkerhed og lavere energiforbrug. Integrationen af avancerede højspændingsafbrydere med elektriske tractionssystemer er blevet et kendetegn for Kinas jernbanemodernisering, hvilket placerer landets elektrificeringsteknologi blandt de bedste i verden.