Ứng dụng của cầu giao điện áp cao trong hệ thống cung cấp điện cho xe kéo

Các công tắc truyền thống ngày càng không đủ đáp ứng yêu cầu hoạt động của hệ thống cung cấp điện cho lực kéo hiện đại. Sự xuất hiện của các công tắc ngắt điện áp cao đã hiệu quả lấp đầy khoảng trống này. Các hệ thống công tắc ngắt điện áp cao tối ưu hóa cấu trúc của các công tắc thông thường, mở rộng phạm vi áp dụng và nhấn mạnh vào chi tiết tinh tế, do đó nâng cao sự an toàn và tin cậy của hệ thống điện trong quá trình vận hành thực tế. Do đó, việc phân tích và nghiên cứu ứng dụng của các công tắc ngắt điện áp cao trong hệ thống cung cấp điện cho lực kéo là rất cần thiết.

1.Hệ thống Cung cấp Điện cho Lực Kéo
Hệ thống cung cấp điện cho lực kéo hiện đang được sử dụng ở Trung Quốc đại diện cho một hình thức mới của lực kéo đường sắt chạy bằng điện - một công nghệ đẩy mới nổi được áp dụng rộng rãi trong các tuyến đường sắt chính và giao thông đường sắt đô thị, mang lại hiệu suất tuyệt vời và cải thiện đáng kể tiện ích giao thông công cộng. Trong sử dụng thực tế, lực kéo điện liên tục chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học để đẩy đầu máy và tàu điện nhiều toa.

Hệ thống lực kéo điện hiện tại của Trung Quốc được phân loại theo loại dòng điện thành ba loại: AC đơn pha tần số công nghiệp, DC, và AC đơn pha tần số thấp. Trong đó, hệ thống AC đơn pha tần số công nghiệp là phổ biến nhất, chủ yếu được sử dụng trong các tuyến đường sắt điện khí hóa.

Lực kéo điện có ba lợi thế chính:

• Đầu máy điện không mang nhiên liệu mà sử dụng nguồn năng lượng thứ cấp, cho phép lực kéo không tự chứa nhưng vẫn có thể điều khiển hiệu quả tàu hỏa.

• Nó thúc đẩy tiết kiệm năng lượng; với ngành đường sắt Trung Quốc bước vào giai đoạn phát triển mới, đầu máy điện được triển khai rộng rãi hơn.

• Nó nâng cao sự an toàn trong vận hành. Nhờ những tiến bộ trong vi điện tử và công nghệ thông tin, các đầu máy điện hiện đại hỗ trợ phát hiện lỗi theo thời gian thực, lái tự động và điều khiển từ xa, tăng đáng kể mức độ thông tin hóa của hệ thống lực kéo.

2.Đặc điểm, Chức năng, Loại và Phát triển của Công tắc Ngắt Điện Áp Cao

(1) Chức năng và Vai trò
Mặc dù công tắc ngắt điện áp cao chỉ gần đây mới được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện của Trung Quốc, chúng đã chứng minh hiệu suất xuất sắc. Các chức năng cốt lõi của chúng là hai mặt:

• Khi mở, chúng đảm bảo khoảng cách cách ly rõ ràng và an toàn về điện giữa các tiếp điểm;

• Khi đóng, chúng mang dòng điện liên tục định mức một cách đáng tin cậy.

Những khả năng này cải thiện đáng kể cả sự an toàn và hiệu quả vận hành. Các vai trò chính bao gồm:
• Cách ly Điện: Trong quá trình bảo trì, các công tắc ngắt cách ly thiết bị không có điện từ các mạch có điện, tạo ra điểm đứt quãng rõ ràng giúp bảo vệ nhân viên và thiết bị.
• Hoạt động Chuyển mạch (Chuyển mạch Bus): Chúng cho phép chuyển đổi an toàn giữa các trạng thái hoạt động, dự phòng hoặc bảo trì, tạo điều kiện cho việc tái cấu hình vận hành linh hoạt và an toàn.

(2) Loại
Các loại công tắc ngắt khác nhau dựa trên các tiêu chí sau:

• Theo vị trí lắp đặt: ngoài trời và trong nhà;

• Theo mức điện áp: điện áp thấp và điện áp cao;

• Theo thiết kế cấu trúc: đơn cột, đôi cột, hoặc ba cột;

• Theo cơ chế hoạt động: thủ công, điện, hoặc khí nén.

(3) Tiến bộ Công nghệ
Các công tắc ngắt truyền thống thường gặp phải vấn đề giảm diện tích tiếp xúc giữa các tiếp điểm di chuyển và cố định sau thời gian sử dụng dài, dẫn đến tăng trở kháng, tăng tổn thất dẫn điện và tiêu thụ năng lượng cao. Những sáng tạo gần đây như công nghệ tiếp xúc ngón tay và thiết kế bề mặt khắc chìm đã cải thiện đáng kể khả năng dẫn điện và độ tin cậy. Những cải tiến này đã mở rộng phạm vi ứng dụng của các công tắc ngắt điện áp cao hiện đại trong cơ sở hạ tầng điện của Trung Quốc.

3.Ứng dụng trong Hệ thống Cung cấp Điện cho Lực Kéo
(1) Điều khiển Từ xa (Teleoperation)
Các công tắc ngắt điện áp cao nay là thành phần quan trọng trong hệ thống dây catenary của đường sắt điện khí hóa, cho phép cách ly lỗi và bảo trì theo khu vực, do đó nâng cao sự an toàn và chính xác trong vận hành. Với số lượng lớn và phân bố rộng rãi của các trạm trung tâm trong mạng lưới đường sắt điện khí hóa của Trung Quốc, việc điều khiển trực tiếp tại chỗ không hiệu quả và hạn chế tự động hóa. Do đó, việc triển khai điều khiển từ xa là rất quan trọng để thúc đẩy hiện đại hóa đường sắt.

Với sự phát triển của giao tiếp có dây và không dây, các Đơn vị cuối cùng từ xa (RTU) có thể được tích hợp vào cơ chế hoạt động điện. Việc tích hợp này không chỉ giải quyết các thách thức chính trong việc điều khiển từ xa các công tắc ngắt mà còn tăng cường độ tin cậy của hệ thống, đảm bảo nguồn điện ổn định và nâng cao mức độ tự động hóa tổng thể của đường sắt điện khí hóa.

(2) Giám sát Video Có Dây/Không Dây
Vì các công tắc ngắt catenary thường được lắp đặt ngoài trời và không có người giám sát, việc giám sát từ xa là rất cần thiết bên cạnh điều khiển từ xa. Các hệ thống giám sát video cho phép theo dõi liên tục tình hình thực địa, giảm thiểu lỗi do con người trong quyết định chỉ huy.

Việc triển khai các hệ thống này đòi hỏi các giải pháp giao tiếp lai kết hợp giữa công nghệ có dây và không dây như dải tần số nhảy và Wi-Fi, cả hai đều đã chín muỗm ở Trung Quốc. Việc tích hợp các phương pháp giao tiếp tiên tiến này cho phép giám sát video từ xa mạnh mẽ, tiếp tục nâng cao sự an toàn, tin cậy và hiệu quả của hoạt động đường sắt điện khí hóa.

(3) Giám sát Nhiệt Độ Trực Tuyến
Mặc dù cấu trúc đơn giản, các tiếp điểm và ngón tiếp xúc của công tắc ngắt thường tiếp xúc với môi trường ngoài trời khắc nghiệt, khiến chúng dễ bị oxy hóa. Oxy hóa làm tăng trở kháng tiếp xúc và sinh nhiệt quá mức, có thể dẫn đến hỏng thiết bị hoặc cháy nếu không được kiểm soát.

Trong thời đại của các trạm biến áp thông minh và hoạt động không người lái, giám sát nhiệt độ từ xa đã trở thành không thể thiếu. Ba phương pháp chính được sử dụng ở Trung Quốc là: cảm biến không dây, cảm biến quang học, và nhiệt ảnh hồng ngoại - với cảm biến quang học là phương pháp được áp dụng rộng rãi nhất.

Các cảm biến nhiệt độ quang học được kẹp trực tiếp lên các điểm tiếp xúc hoặc ngón tiếp xúc. Dữ liệu được truyền qua cáp quang chịu được điện áp cao đến đơn vị xử lý trung tâm, sau đó được chuyển đến máy tính hậu đài trạm biến áp để phân tích theo thời gian thực. Phần mềm chuyên dụng để quản lý và phân tích dữ liệu đã được phát triển ở Trung Quốc, đảm bảo giám sát nhiệt độ đáng tin cậy. Tuy nhiên, chi phí thiết bị và phát triển phần mềm cao vẫn là thách thức.

4. Kết luận
Hệ thống đường sắt điện hóa của Trung Quốc đã bước vào giai đoạn phát triển mới. Việc tối ưu hóa liên tục các công tắc cách ly truyền thống - thông qua công nghệ tiếp xúc ngón tay và bề mặt gân guốc - đã cải thiện đáng kể hiệu suất của công tắc cách ly điện áp cao trong ứng dụng lực kéo, thúc đẩy hiện đại hóa mạng lưới đường sắt quốc gia.

So với các chế độ cấp điện truyền thống, lực kéo điện cung cấp hiệu quả cao hơn, an toàn hơn và tiêu thụ năng lượng thấp hơn. Sự tích hợp các công tắc cách ly điện áp cao tiên tiến với hệ thống lực kéo điện đã trở thành dấu ấn của quá trình hiện đại hóa đường sắt Trung Quốc, đặt công nghệ điện hóa của nước này vào hàng đầu thế giới.