[發明專利]一種單相組合式同相供變電構造

有效

• 申請號: 201310227591.1
• 申請日: 2013-06-08
• 公開（公告）號: CN103311924A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 李群湛;吳命利;郭鍇;解紹鋒;高仕斌;舒澤亮;郭育華;李亞楠;蔣先國;侯日根;宮衍圣;楊振龍;黃足平;魏宏偉;曹廣河;張劍;吳河;鄧云川;汪吉健;劉煒;楚振宇;夏焰坤;李子晗;趙元哲
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/26
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及交流電氣化鐵路供電領域，尤其涉及一種單相組合式同相供變電構造。

背景技術

電氣化鐵道普遍采用由公用電力系統供電的單相工頻交流制，為使單相的牽引負荷在三相電力系統中盡可能平衡分配，電氣化鐵道往往采用輪換相序、分相分區供電的方案。分相分區處的相鄰供電區之間用分相絕緣器分割，形成電分相，也稱分相。為防止電力機車帶電通過電分相發射因燃弧而燒壞接觸網懸掛部件，甚至導致相間短路等事故，隨著列車速度的不斷升高，在司機無法手動進行退級、關輔助機組、斷主斷路器、靠列車慣性駛過中性段、再合主斷路器、合輔助機組、進級恢復牽引功率來完成過分相的情況下，采用了自動過分相技術，主要有地面開關自動切換過分相、車載自動過分相以及柱上自動過分相等幾種，但仍存在開關切換中列車通過電分相的暫態電氣過程，易產生較大的操作過電壓或過電流，造成牽引網與車載設備燒損等事故，甚至導致自動過分相操作失敗，影響供電可靠性和列車安全運行。因此，電分相環節是整個牽引供電系統中最薄弱的環節，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等全控型器件的大功率交直交型電力機車或動車組，其核心是多組四象限PWM控制和多重化控制的牽引變流器，諧波含量小，功率因數接近于1，但交直交型電力機車或動車組牽引功率大，如大編組運行的單車高速動車組其額定功率達25MW（相當普速鐵路5列車），這些大量開行的大功率單相負荷對三相電網造成的日益嚴重的以三相電壓不平衡度（負序）為主的電能質量問題日益嚴重，不能不受到重視。

理論和實踐表明采用同相供電技術可以在取消牽引變電所出口處電分相、消除供電瓶頸、增加供電能力、增強節能效果的同時，還能有效治理負序電流、達到以三相電壓不平衡度國標限值為主的電能質量要求，有利于促進電力與鐵路的共同與和諧發展。

現階段實現同相供電的一個關鍵是牽引網的電壓相位，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、最經濟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的牽引變電所的接線方式分為兩類，即一類為能與單相牽引變壓器構成同相供電的牽引變壓器，屬于線電壓型，另一類，屬于非線電壓型，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，它在國內既有普速鐵路上應用較為普遍，可以自成系統，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（負序）不達標的場合需要安裝同相（對稱）補償裝置，該裝置需要在牽引側的3個端口進行補償，結構較復雜，同時，與最小值相比需要增加1/3的同相補償容量，另外，在三相電壓不平衡度（負序）滿足要求的場合無需同相（對稱）補償時，用其中的一相來進行同相供電將造成YNd11接線牽引變壓器容量的較大浪費（達2/3），很不經濟。因此，很難在新建鐵路全線推廣YNd11接線牽引變壓器來實施同相供電。

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現全線同相供電，是為優點，但缺點是三相—兩相平衡接線牽引變壓器需要特殊制造，比標準接線變壓器費用增加，并將造成備用牽引變壓器的部分容量閑置，影響經濟性，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、最經濟的單相牽引變壓器為基礎，在必要時配以適量的同相（對稱）補償裝置，達到取消牽引變電所出口處電分相以消除供電瓶頸，治理負序以滿足三相電壓不平衡度（負序）限值的電能質量要求為目標，從而實現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現同相供電的最佳選擇。

為此，本發明人曾提出了一種單相三相組合式同相供變電裝置（發明申請號：201210583674.X），即通過單相牽引變壓器的線電壓和YNd11三相變壓器的相電壓的組合配以交直交變流器來實現同相供電的一種最佳匹配，適于中性點大電流接地系統和/或需要輸出三相自用電的場合，但YNd11三相變壓器用于單相負荷使得其繞組容量得不到充分利用，對此，提出一種適于不需要中性點大電流接地、不需要輸出三相自用電場合的由單相牽引變壓器和交直交變流器組合的最佳匹配來實現的同相供變電構造，相比于單相三相組合式同相供變電構造，其主接線更為簡單，投資亦可進一步減少。

發明內容