[實(shí)用新型]單相三相組合式同相供變電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220739389.8
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN202986865U
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李群湛;賀建閩;張麗艷;郭鍇;趙元哲;夏焰坤;李亞楠;解紹鋒;周福林;陳民武;劉煒;李子晗
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: B60M3/00
• 分類號: B60M3/00
• 代理公司: 成都博通專利事務(wù)所 51208
• 代理人: 林毓安

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及電氣化鐵路供電領(lǐng)域，尤其涉及一種單相三相組合式同相供變電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國電氣化鐵道普遍采用單相工頻交流制，為使單相的牽引負(fù)荷在三相電力系統(tǒng)中盡可能平衡，電氣化鐵道往往采用輪換相序、分相分區(qū)供電的方案。分相分區(qū)處的相鄰供電區(qū)間便形成分相絕緣器，稱為電分相或分相。為防止電力機(jī)車帶電通過電分相因燃弧而燒壞接觸網(wǎng)懸掛部件，甚至導(dǎo)致相間短路等事故，隨著列車速度的不斷升高，在司機(jī)無法手動進(jìn)行退級、關(guān)輔助機(jī)組、斷主斷路器、靠列車慣性駛過中性段、再合主斷路器、合輔助機(jī)組、進(jìn)級恢復(fù)牽引功率來完成過分相的情況下，采用了自動過分相技術(shù)，主要有地面開關(guān)自動切換過分相、車載自動過分相以及柱上自動過分相等幾種，但仍存在開關(guān)切換中列車通過電分相的暫態(tài)電氣過程，易產(chǎn)生較大的操作過電壓或過電流，造成牽引網(wǎng)與車載設(shè)備燒損等事故，影響供電可靠性和列車安全運(yùn)行。因此，電分相環(huán)節(jié)是整個牽引供電系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，列車過分相成為了高速鐵路乃至整個電氣化鐵路牽引供電的瓶頸。

高速和重載鐵路已廣泛采用基于IGBT、IGCT等全控性器件的大功率交-直-交型電力機(jī)車或動車組，其核心是多組四象限PWM控制和多重化控制的牽引變流器，在實(shí)際運(yùn)行中諧波含量小，功率因數(shù)接近1，但交-直-交型電力機(jī)車或動車組牽引功率大，如大編組運(yùn)行的單車高速動車組其額定功率達(dá)25MW(相當(dāng)普速鐵路5列車)，這些大量開行的大功率單相負(fù)荷對三相電網(wǎng)造成的日益嚴(yán)重的以三相電壓不平衡度(負(fù)序)為主的電能質(zhì)量問題不能不受到重視。

理論和實(shí)踐表明采用同相供電技術(shù)可以在取消牽引變電所出口處電分相、消除供電瓶頸的同時(shí)，還能有效治理負(fù)序電流、達(dá)到以三相電壓不平衡度(負(fù)序)限值為主的電能質(zhì)量要求，有利于促進(jìn)電力與鐵路的和諧發(fā)展。

現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)同相供電的一個關(guān)鍵是牽引網(wǎng)的電壓相位，它由一定接線方式的牽引變壓器的牽引端口決定。考慮到牽引變電所中各種牽引變壓器最簡捷、最經(jīng)濟(jì)的接線方式是單相牽引變壓器，那么，可將用于同相供電系統(tǒng)的牽引變電所的接線方式分為兩類，即能與單相牽引變壓器構(gòu)成同相供電的牽引變壓器的一類，屬于線電壓型，另一類，屬非線電壓型，主要是相電壓型。

相電壓型的主要代表是YNd11接線的牽引變電所，它在國內(nèi)既有普速鐵路上應(yīng)用最為普遍，可以自成系統(tǒng)，即把既有鐵路的兩相供電改造為同相供電。然而，在三相電壓不平衡度(負(fù)序)不達(dá)標(biāo)的場合需要安裝同相(對稱)補(bǔ)償裝置，該裝置需要在牽引側(cè)的3個端口進(jìn)行補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，同時(shí)，與最小值相比需要增加1/3的同相補(bǔ)償容量，另外，在三相電壓不平衡度(負(fù)序)滿足要求的場合無需同相(對稱)補(bǔ)償時(shí)，用其中的一相來進(jìn)行同相供電將造成YNd11接線牽引變壓器容量的較大浪費(fèi)(達(dá)2/3)，很不經(jīng)濟(jì)。因此，很難在新建鐵路全線推廣YNd11接線牽引變壓器實(shí)施同相供電。

除了單相牽引變壓器，線電壓型的同相供電可以來自三相-兩相平衡接線變壓器，其中多數(shù)三相-兩相平衡接線的一個端口為線電壓，另一個端口為相電壓，如Scott，Leblanc、(變型)Wood-Bridge及YNvd等，其中的線電壓可以與單相牽引變壓器的牽引變電所配合實(shí)現(xiàn)全線同相供電，是為優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是三相-兩相平衡接線牽引變壓器需要特殊制造，比標(biāo)準(zhǔn)接線變壓器費(fèi)用增加，并將造成備用牽引變壓器的部分容量閑置，影響經(jīng)濟(jì)性，也很難在新建鐵路上全線推廣。

顯然，以牽引變電所的牽引變壓器接線方式中最簡捷、最經(jīng)濟(jì)的單相牽引變壓器為基礎(chǔ)，在必要時(shí)配以適量的同相(對稱)補(bǔ)償裝置，達(dá)到取消牽引變電所出口處電分相以消除供電瓶頸，治理負(fù)序以滿足三相電壓不平衡度(負(fù)序)限值的電能質(zhì)量要求，實(shí)現(xiàn)牽引變電所接線方式和供電裝置容量的最佳匹配才是新建鐵路實(shí)現(xiàn)同相供電的最佳選擇。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就是提供一種單相三相組合式同相供變電系統(tǒng)，它能取消牽引變電所出口處的電分相，有效地實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路同相供電的技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化，同時(shí)，能夠解決電氣化鐵路單相負(fù)荷造成的以三相系統(tǒng)負(fù)序?yàn)橹鞯碾娔苜|(zhì)量問題。

本實(shí)用新型的目的是由以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：該系統(tǒng)包括一臺牽引變壓器，一臺補(bǔ)償變壓器及其同相補(bǔ)償裝置，一臺備用牽引變壓器；牽引變壓器、補(bǔ)償變壓器和備用牽引變壓器的原邊接高壓母線；牽引變壓器、備用牽引變壓器的次邊和同相補(bǔ)償裝置的輸出端分別接牽引母線；正常時(shí)，牽引變壓器和補(bǔ)償變壓器及其同相補(bǔ)償裝置工作，備用牽引變壓器不工作；牽引變壓器退出時(shí)，備用牽引變壓器投入工作；補(bǔ)償變壓器或同相補(bǔ)償裝置退出運(yùn)行時(shí)，牽引變壓器可以單獨(dú)工作，備用牽引變壓器亦可替代牽引變壓器工作，并且可以在不同于牽引變壓器的線電壓上運(yùn)行。