CN101127488A - 一种基于YN,vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置 - Google Patents

Abstract

一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置，其中的牵引变压器为YN，vd接法的三相一两相平衡变压器(T)，该变压器(T)的线电压输出端(b′、c′)与相电压输出端(a、x)之间接有整流逆变器(Z)，且线电压输出端(b′、c′)或相电压输出端(a、x)作为牵引机车的供电端(V1、V2)；同时，整流逆变器(Z)的控制装置与牵引机车的供电端(V1、V2)相连。该装置能实现铁路全线同相供电而无需分相，各牵引变电所区段供电电压稳定，保证机车的高速、重载运行；铁路牵引负荷的供电系统从公用电网上三相取电，消除铁路牵引负荷对公用电网电能质量的影响。且该装置可以利用现有牵引变压器进行改造而成，成本低，便于实施。

Description

一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置

技术领域

本发明涉及一种铁道机车交流牵引同相供电装置。

背景技术

单相系统所具有的结构简单、建设成本低、运用和维护方便等优点，决定了在电气化铁路普遍采用单相工频交流电为铁路机车供电。而电力系统希望所有的负载都从电网取用三相对称的基波电流，以充分利用设备，线路的容量，减少无功电流和谐波电流对系统的危害。为满足该要求，电气化铁道采用相序轮换、分段分相供电的方案，也即铁路沿线每20-25km作为一个供电区段，各个区段依次分别由电网中的不同相供电，各区段之间设置30m左右的分相区段，并由分相装置进行分相。当各相分别供电的区段上运行的机车负荷相同时，就可使电力系统在大的范围内三相负荷的平衡。

但是，由于各区段的牵引负荷的大小不可能随时相同，分相分段方案只是在一定程度上减轻了三相不平衡的影响，没有从根本上解决铁路负荷单相用电对整个公用电网的影响。电气化铁道由于影响电能质量的问题，被迫修改设计方案，增大投资，处境被动的情况时有发生。

同时，由于电分相装置的存在，当机车运行到一个供电区段末端时，必须经过退级、断电等一系列复杂的操作，滑行到下一个区段再逐项恢复正常运行，这既增加了机车操作的复杂程度，同时又严重制约了机车运行速度的提高和牵引力的发挥。

对于我国现行的状态而言，急需发展高速重载铁路。现有的机车牵引供电系统在实现高速、重载机车牵引时，更加不适应，主要表现在：

(1)高速和重载运输要求机车受电弓平滑连续受流，而分相环节的存在，使受电弓上的电流时断时续，这大大影响了机车的运行速度。同时分相环节也是整个系统中最薄弱的环节之一。虽然有自动过分相装置，但因其电压高、转换动作频繁，其准确性和可靠度都存在严重问题，还不能完全解决电分相对机车运行的不利影响。

(2)高速、重载运输都需要大容量供电，为满足国家标准中电力系统对电气化铁道以负序为突出的电能质量的限制指标，原有单相供电方式所使用的无功补偿技术已无法适应。若在牵引变电所采用可调对称补偿技术，即使在机车上使用交-直-交的电源(不计其无功和谐波)，因容量更大，负序更为突出，技术和经济上均难达到理想状态。

(3)我国将建设的高速铁路可能是高、中速混跑模式，若出现交-直-交电源的机车与交-直电源的机车混用局面，除负序外，无功和谐波仍然存在，电能质量不能改善，制约了铁路与电力双方的发展。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置，该装置能实现铁路全线同相供电而无需分相，各牵引变电所区段供电电压稳定，保证机车的高速、重载运行；铁路牵引负荷的供电系统从公用电网上三相取电，消除铁路牵引负荷对公用电网电能质量的影响。且该装置可以利用现有牵引变压器进行改造而成，成本低，便于实施。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置，其结构特点是：

牵引变压器为YN，vd接法的三相-两相平衡变压器，该变压器的YN接法的三个原边绕组接高压公用电网，v接法的次边绕组的两输出端(b′、c′)作为线电压输出端；d接法中的一个次边绕组的两端作为相电压输出端，且该绕组所缠绕的铁芯上未缠绕v接法的次边绕组；

变压器线电压输出端与相电压输出端之间接有整流逆变器，且线电压输出端或相电压输出端作为牵引机车的供电端；同时，整流逆变器的控制装置与牵引机车的供电端相连。

本发明的工作原理是：公用高压电网上的三相高压电(通常为110kV或220kV)经YN，vd三相-两相平衡变压器变换后，分别从其相电压输出端和线电压输出端输出两相平衡的相电压和线电压(27.5kV或25kV)，该线电压和相电压的大小幅值相等、频率相同，但相位相差90°。根据牵引机车的需要可将其中的相电压直接输出给牵引机车；整流逆变器的控制装置检测出供电端交流电的相位，然后在控制装置的控制下，整流逆变器则将变压器中未直接输出给牵引机车的线电压，先变为直流电，再转换为与相电压的相位相同的交流电，再输送给牵引机车。同理，也可将线电压直接输出给牵引机车，则相电压经过整流逆变器的作用同样变为与线电压相位相同的交流电，共同输出给牵引机车。这样，即实现了相电压与线电压输出端口之间的有功功率传递，使其牵引功率增大一倍，并使负序为零。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、铁路线上所有使用本发明装置的变电所能输出相同的同相电压，而无需采用相序轮换、分相分段供电，从根本上避免了电分相环节，既使机车运行可靠，又使机车能够高速、稳定运行。尤其适用于重载、高速列车。

二、铁路牵引负荷的供电系统由三相变压器从公用电网上三相对称取电，彻底避免了原单相取电产生负序电流严重影响电网电能质量的问题；消除铁路牵引负荷的大量无功成分与谐波对公用电网电能质量的影响，使铁路和电力系统的经济与安全可靠运行得到保证。

三、对使用本发明装置的牵引变电所内部，其供电区段的左右两侧采用同一端口供电，较之现有的同一牵引变电所按运行区段轮流换相供电，负荷的均衡性得到改善。

四、我国既有线路大量采用YN，d(星形-三角形)接线变压器供电，作为同相供电系统应使牵引电压要么对应三相电网的相电压，要么对应三相电网的线电压。而本发明装置的供电端既可是对应三相电网相电压的相电压端，也可是对应三相电网线电压的线电压端，因此，本发明装置对我国铁路电力系统具有最广泛的适应性。

五、本发明装置既可用于新建的牵引变电所，也方便对已有普通牵引变电所的改建，改建时只需在原有YN，d(星形-三角形)接线的牵引变压器的次边d接线中两绕组的铁芯上，新缠绕v形接法的两绕组；或者只需在原有YN，d(星形-三角形)接线的牵引变压器的基础上增加V，V接线的另一变压器，原YN，d变压器与新增的v，v接线变压器合用，也可达到YN，vd变压器的效果；然后再加上整流逆变器即可。从而可以在不弃用原有牵引变压器内部构造的基础上，改建成本发明的装置，其改建方便、投资少，便于实施。

上述的整流逆变器的整流部分和逆变部分之间还接有一储能电容。

这样，该储能电容能有效补偿牵引端口的感性无功功率、提高功率因数、稳定母线电压，滤除负荷电流中的高次谐波。

上述的变压器的相电压输出端作为供电端时，变压器的线电压输出端经过一降压变压器后，再与整流逆变器的输入端相连，整流逆变器的输出端侧通过升压变压器与相电压输出端相连。

上述的变压器的线电压输出端作为供电端时，变压器的相电压输出端经过一降压变压器后，再与整流逆变器的输入端相连，整流逆变器的输出端侧通过升压变压器与线电压输出端相连。

这样，整流逆变器输入的电压通过降压变压器变为较低的电压，整流部分及逆变部分的工作电压均为低电压，逆变成交流电后，再通过升压变压器变回高电压对外输出。使得整流逆变器由昂贵的高压元器件改为价格低廉的低压元器件组成，进一步降低了本发明的成本。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明实施例一的YN，vd接线的三相-两相平衡变压器(T)的内部接线关系示意图，其中的*、△、●分别表示变压器铁芯的三个同名端。

图2为本发明实施例一的电路原理图。

图3为本发明实施例二的电路原理图。

具体实施方式

实施例一

图1示出，本发明的一种具体结构为：一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置中，牵引变压器为YN，vd接法的三相-两相平衡变压器T，该变压器T的YN接法的三个原边绕组AN、BN、CN接高压公用电网，v接法的次边绕组b′y′、c′z′的两输出端b′、c′作为线电压输出端b′、c′；d接法中的一个次边绕组ax的两端a、x作为相电压输出端a、x，且该绕组ax所缠绕的铁芯(即图中标*的铁芯)上未缠绕v接法的次边绕组b′y′、c′z′。

图2示出，变压器T线电压输出端b′、c′与相电压输出端a、x之间接有整流逆变器Z，且相电压输出端a、x作为牵引机车的供电端V1、V2；同时，整流逆变器Z的控制装置与牵引机车的供电端V1、V2相连。

图2还示出，本例的变压器T的相电压输出端a、x作为供电端V1、V2，变压器T的线电压输出端b′、c′经过一降压变压器Tb后，再与整流逆变器Z的输入端相连，整流逆变器Z的输出端侧通过升压变压器Ta与相电压输出端a、x相连。

由于本例的供电端为变压器的相电压输出端a、x，故其输出电压与三相电网的的相电压相同；当相邻的普通牵引供电装置的供电臂为相电压时，采用本例的供电装置，这样便于本发明装置与常规的普通牵引供电装置，实现同相供电，避免电分相。

本例的整流逆变器Z的整流部分和逆变部分之间还接有一储能电容。

实施例二

图3示出，本例与实施例一基本相同，不同的仅仅是：线电压输出端b′、c′作为牵引机车的供电端V1、V2；从而变压器T的相电压输出端a、x经过一降压变压器Tb后，再与整流逆变器Z的输入端相连，整流逆变器Z的输出端侧通过升压变压器Ta与线电压输出端b′、c′相连。

在相邻变电所的普通牵引供电装置的供电臂为线电压时，适用本例的装置。

显然，当相邻变电所也采用本发明的装置时，供电端既可是相电压输出端，也可是线电压输出端，只要相邻变电所采用的输出端相同即可。

Claims (4)

1.一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置，其特征在于：

牵引变压器为YN，vd接法的三相-两相平衡变压器(T)，该变压器(T)的YN接法的三个原边绕组(AN、BN、CN)接高压公用电网，v接法的次边绕组(b′y′、c′z′)的两输出端(b′、c′)作为线电压输出端(b′、c′)；d接法中的一个次边绕组(ax)的两端(a、x)作为相电压输出端(a、x)，且该绕组(ax)所缠绕的铁芯上未缠绕v接法的次边绕组(b′y′、c′z′)；

变压器(T)线电压输出端(b′、c′)与相电压输出端(a、x)之间接有整流逆变器(Z)，且线电压输出端(b′、c′)或相电压输出端(a、x)作为牵引机车的供电端(V1、V2)；同时，整流逆变器(Z)的控制装置与牵引机车的供电端(V1、V2)相连。

2.如权利要求1所述的一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置，其特征在于：所述的整流逆变器(Z)的整流部分和逆变部分之间还接有一储能电容。

3.如权利要求1所述的一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置，其特征在于：所述的变压器(T)的相电压输出端(a、x)作为供电端(V1、V2)时，变压器(T)的线电压输出端(b′、c′)经过一降压变压器(Tb)后，再与整流逆变器(Z)的输入端相连，整流逆变器(Z)的输出端侧通过升压变压器(Ta)与相电压输出端(a、x)相连。

4.如权利要求1所述的一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置，其特征在于：所述的变压器(T)的线电压输出端(b′、c′)作为供电端(V1、V2)时，变压器(T)的相电压输出端(a、x)经过一降压变压器(Tb)后，再与整流逆变器(Z)的输入端相连，整流逆变器(Z)的输出端侧通过升压变压器(Ta)与线电压输出端(b′、c′)相连。

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