Zastosowanie wysokonapięciowych przełączników odłączeniowych w systemach zasilania trakcyjnego

Tradycyjne przełączniki stają się coraz mniej odpowiednie do operacyjnych wymagań nowoczesnych systemów zasilania trakcyjnego. Pojawienie się wysokonapiowych wyłączników skokowych efektywnie wypełniło tę lukę. Systemy wysokonapiowych wyłączników skokowych optymalizują strukturę tradycyjnych przełączników, rozszerzają ich zastosowanie i kładą większy nacisk na drobne szczegóły, co zwiększa bezpieczeństwo i niezawodność systemów zasilania podczas rzeczywistej eksploatacji. Dlatego jest niezbędne analizowanie i badanie zastosowania wysokonapiowych wyłączników skokowych w systemach zasilania trakcyjnego.

1. Systemy zasilania trakcyjnego
Obecnie stosowany w Chinach elektryczny system zasilania trakcyjnego reprezentuje nową formę napędu kolejowego opartego na energii elektrycznej — to nowa technologia napędowa szeroko stosowana zarówno w głównych liniach kolejowych, jak i w miejskim transporcie szynowym, która zapewnia doskonałe osiągi i znacznie poprawia wygodę publicznego transportu. W praktyce elektryczna trakcja ciągle przekształca energię elektryczną w mechaniczną moc napędową, aby popychać lokomotywy kolejowe i jednostki wieloczłonowe.

Obecne chińskie systemy trakcyjne są klasyfikowane według typu prądu na trzy kategorie: przemysłowy jednofazowy prąd przemienny, prąd stały i niskoczęstotliwościowy jednofazowy prąd przemienny. Spośród nich, system przemysłowego jednofazowego prądu przemiennego jest najpopularniejszy, głównie stosowany w zelektryfikowanych liniach kolejowych.

Elektryczna trakcja ma trzy kluczowe zalety:

• Lokomotywy elektryczne nie przewożą paliwa, ale wykorzystują źródła drugiej energii, umożliwiając napęd trakcyjny, który skutecznie popycha pociągi.

• Promuje oszczędzanie energii; ze względu na wejście sektora kolejowego w ChRL w nową fazę rozwoju, lokomotywy elektryczne są stosowane coraz szerzej.

• Zwiększa bezpieczeństwo eksploatacji. Dzięki postępom w mikroelektronice i technologii informacyjnej, nowoczesne lokomotywy elektryczne obsługują detekcję awarii w czasie rzeczywistym, autonomiczne prowadzenie i zdalną kontrolę, znacznie podnosząc poziom informatyzacji systemów trakcyjnych.

2. Cechy, funkcje, rodzaje i ewolucja wysokonapiowych wyłączników skokowych

(1) Funkcje i role
Pomimo że wysokonapiowe wyłączniki skokowe zostały dopiero niedawno szeroko przyjęte w chińskich systemach zasilania, wykazały one wybitne osiągi. Ich kluczowe funkcje są dwustronne:

• Gdy są otwarte, zapewniają widoczny i elektrycznie bezpieczny dystans izolacyjny między kontaktami;

• Gdy są zamknięte, niezawodnie przeprowadzają nominalny prąd ciągły.

Te możliwości znacznie zwiększają bezpieczeństwo i efektywność operacyjną. Kluczowe role obejmują:
• Izolacja energetyczna: Podczas konserwacji, wyłączniki izolują odłączone urządzenia od żywej sieci, tworząc jasno widoczny punkt przerywający, który chroni personel i sprzęt.
• Operacje przełączania (przenoszenie linii): Umożliwiają bezpieczne przełączanie urządzeń między stanami pracy, gotowości lub konserwacji, ułatwiając elastyczne i bezpieczne rekonfiguracje operacyjne.

(2) Rodzaje
Wyłączniki różnią się na podstawie kilku kryteriów:

• Według lokalizacji montażu: zewnętrzne vs. wewnętrzne;

• Według poziomu napięcia: niskonapiowe vs. wysokonapiowe;

• Według konstrukcji: jednopostowe, dwupostowe lub trójpostowe;

• Według mechanizmu działania: ręczne, elektryczne lub pneumatyczne.

(3) Postępy technologiczne
Tradycyjne wyłączniki często cierpiały na zmniejszoną powierzchnię kontaktu między ruchomymi i nieruchomymi kontaktami po długim okresie użytkowania, co prowadziło do wzrostu oporu, wyższych strat przewodzenia i zwiększonego zużycia energii. Najnowsze innowacje, takie jak technologia kontaktów palcowych i powierzchnie pokryte kantami, znacznie poprawiły przewodność i niezawodność. Te usprawnienia rozszerzyły zakres zastosowania nowoczesnych wysokonapiowych wyłączników skokowych w infrastrukturze energetycznej Chin.

3. Zastosowania w systemach zasilania trakcyjnego
(1) Zdalna kontrola (teleoperacja)
Wysokonapiowe wyłączniki skokowe są teraz kluczowymi elementami w systemach sieci trakcyjnych zelektryfikowanych linii kolejowych, umożliwiając izolację awarii i sekcjonowane konserwacje, co zwiększa bezpieczeństwo i precyzję operacji. Biorąc pod uwagę ogromną liczbę i szerokie rozmieszczenie węzłowych stacji w zelektryfikowanej sieci kolejowej w Chinach, ręczna operacja na miejscu jest nieefektywna i ogranicza automatyzację. Dlatego implementacja kontroli zdalnej jest kluczowa dla postępu modernizacji kolei.

Dzięki postępom w komunikacji przewodowej i bezprzewodowej, Jednostki Terminalne Zdalne (RTU) mogą być teraz zintegrowane z elektrycznymi mechanizmami sterującymi. Ta integracja nie tylko rozwiązuje kluczowe problemy związane z operacją zdalną wyłączników, ale również zwiększa niezawodność systemu, zapewnia stabilne zasilanie i podnosi ogólny poziom automatyzacji zelektryfikowanych linii kolejowych.

(2) Monitorowanie wideo przewodowe/bezprzewodowe
Ponieważ wyłączniki sieci trakcyjnej są zwykle montowane na zewnątrz i pozostawione bez nadzoru, monitorowanie zdalne jest niezbędne obok kontroli zdalnej. Systemy monitorowania wideo umożliwiają ciągłą obserwację warunków polowych, minimalizując błędy ludzkie w decyzjach dowodzenia.

Wdrażanie takich systemów wymaga hybrydowych rozwiązań komunikacyjnych — łączących technologie przewodowe i bezprzewodowe, takie jak skokowa modulacja częstotliwości i Wi-Fi, które są dojrzałe w Chinach. Integracja tych zaawansowanych metod komunikacji umożliwia solidne monitorowanie wideo na odległość, co jeszcze bardziej zwiększa bezpieczeństwo, niezawodność i efektywność operacji zelektryfikowanych linii kolejowych.

(3) Zdalne monitorowanie temperatury online
Pomimo prostej konstrukcji, kontakty i palce wyłączników są narażone na surowe warunki zewnętrzne, co sprawia, że są podatne na utlenianie. Utlenianie zwiększa opór kontaktu i generuje nadmierną ilość ciepła, co może prowadzić do awarii sprzętu lub pożaru, jeśli pozostanie niezauważone.

W erze elektrycznych podstacji i bezzałogowych operacji, zdalne monitorowanie temperatury stało się niezwykle ważne. W Chinach stosuje się trzy główne metody: czujniki bezprzewodowe, czujniki światłowodowe i termografia infraczerwona – z czujnikami światłowodowymi jako najbardziej szeroko stosowanymi.

Czujniki temperatury światłowodowej są montowane bezpośrednio na kontakty lub palce kontaktowe. Dane są przesyłane za pomocą światłowodów odpornych na wysokie napięcia do centralnego procesora, a następnie przekazywane do komputerów zaplecza podstacji do analizy w czasie rzeczywistym. W Chinach opracowano już dedykowane oprogramowanie do zarządzania danymi i analizy, co zapewnia niezawodne monitorowanie temperatury. Jednak wysokie koszty sprzętu i rozwoju oprogramowania pozostają wyzwaniem.

4. Podsumowanie
System kolejowy elektryfikowany w Chinach wszedł w nową fazę rozwoju. Ciągłe optymalizacje tradycyjnych wyłączników poprzez technologie palców kontaktowych i powierzchni kroczonych znacznie poprawiły wydajność wysokonapięciowych wyłączników w zastosowaniach napędowych, przyspieszając modernizację narodowej sieci kolejowej.

W porównaniu do konwencjonalnych trybów zasilania, elektryczny napęd oferuje lepszą efektywność, wyższy poziom bezpieczeństwa i niższe zużycie energii. Integracja zaawansowanych wysokonapięciowych wyłączników z systemami elektrycznego napędu stała się charakterystyczną cechą modernizacji kolei w Chinach, umieszczając technologię elektryfikacji kraju wśród najlepszych na świecie.