CN101503064B - 一种贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统 - Google Patents

Abstract

一种贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统，属铁路电气牵引供电技术领域。其构成包括含有牵引变压器和各段牵引网与均流器，在所述的每段牵引网中都配置有一个能量分配调节机，所述的能量分配调节机由主控制器、驱动器、电力电子开关桥臂、支撑电容臂、三个电流传感器、三个电压传感器、三个电抗器所组成，每个牵引变压器的输出端的A相接牵引供电网、B相接能量分配调节机、C相接钢轨，每个能量分配调节机的主控制器与一个控制中心连接。优点是将分相供电改为无分相供电，实现了牵引接触网的大贯通，为列车安全、高速、高效运行提供了保障。

Description

一种贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统

技术领域

本发明涉及电气化铁路的机车牵引供电系统，属铁路电气牵引供电技术领域。

背景技术

众所周知电网提供的是三相交流电，而电气化铁路牵引供电系统为降低成本均将其变为两相供电，为使三相供电尽可能地平衡则采用分区段异相供电方式即分相供电。国内外铁路牵引系统的供电方式绝大部分采用YNd11供电方式以及在它基础上的改进方式(Scott)，从整体上来说都属于异相供电(分相供电)方式。(参见西南交通大学出版社出版的《高速铁路电气化工程》一书中p.126-131和《牵引供电系统分析》一书中p.10-15)。这种分相供电方式由于历史和技术的原因使得其牵引供电接网被分成多个区段组成，每个区段的供电臂之间用一个电分相器断开，并都配设一台牵引变压器为每个区段的供电臂供电。在运行时每隔20至30公里(一段牵引供电臂的范围，即机车从这一段牵引供电臂驶入下一段牵引供电臂时)机车就要在通过电分相器时把受电弓升、降(断、合)操作一次，当交换电源相位后，重新由下一段牵引供电臂供电运行。这种方式因电分相点和电分段数的数量多，导致变电所间距小，牵引阻抗大，受电弓升、降(断、合)操作频繁，缩短了电气的寿命，降低了机车可靠性运行，再加之这种异相供电方式不可能三相平衡供电，其有较大的负序电流，电网谐波含量大，虽然采用了一定的补偿措施，但能源利用率仍然较低，与列车安全、重载、高速、高效的发展目标是严重冲突的。

发明内容

本发明的目的是克服现有电气化铁路牵引供电系统的分相供电方式的上述缺点，提供一种电网谐波含量小、能源利用率和安全性更高的贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统。

本发明的贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统的组成包括牵引变压器和各段牵引网与均流器，其特征是所述的牵引系统设有一个控制中心，在所述的每段牵引网中都配置有一个能量分配调节机，所述的能量分配调节机由 主控制器、驱动器、电力电子开关桥臂、支撑电容臂、三个电流传感器、三个电压传感器、三个电抗器所组成，其中，所述的电力电子开关桥臂与支撑电容臂并联连接，所述的驱动器连接在电力电子开关桥臂的控制端子与主控制器之间，三个电流传感器和三个电压传感器的信号输出端接主控制器、信号输入端分别与牵引变压器的输出端的A相，B相，C相连接，所述的电力电子开关桥臂由三组电力电子开关组成，三个电抗器的一端各自分别连接在对应的三组桥臂的中点(U、V、W)上、另一端分别与牵引变压器输出端的A相、B相、C相相联，所述的每台牵引变压器的输出端的A相接牵引接触网、B相接能量分配调节机、C相接钢轨，所述的每个能量分配调节机的主控制器与控制中心连接。

本贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统的工作原理如下：

在贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统中，每段牵引网都是相互连通的，是一个贯通式牵引供电网。该贯通式牵引供电网可以是在原来的分相供电牵引供电网的基础上拆除电分相器直接接通构成，也可以在原来的电分相器上并联一个开关组成一个均流器，由该均流器来实现贯通各相段牵引接触。这样做的好处是方便牵引供电网在局部故障时，利用该均流器将故障网段断开，进行分段检修。每台牵引变压器的B相只与能量分配调节机连接，不再接牵引接触网。即牵引变压器只引出两相(A、C两相)向牵引接供电。工作时能量分配调节机将电网提供的三相电能通过牵引变压器分成两部分传输：一部分电能输入能量分配调节机，将交流侧B相的电能转换为直流电，且储存在支撑电容臂中，主控制器根据电流传感器和电压传感器输入的信号对牵引变压器三相输出的功率进行分析计算，从而发出驱动信号控制电力电子开关桥臂进行四象限运行，使能量在桥臂的桥路中通过三个电抗器把能量分配调节机内的能量重新分配到牵引变压器的A相和C相，进而获得三相平衡转换；另一部分向牵引接触网供电，牵引机车通过受电弓在牵引接触网获取电能后，电流通过钢轨形成的电流通路，流入牵引变压器的C相，从而实现无分相供电和获得供电系统的高效率与安全性。同时配电装置通过调节逆变时的相位角，可对线路功率因素和电压进行补偿，并提高供电电网电压的稳定性能，使机车在功率不变的情况下牵引力可提高20～50％；还可吸收机车产生的大量谐波。每段牵引供电网的工况，如电压、电流、相序、相位、功率、功率因数、正序分量、负序分量等通过能量分配调节机的主控制器传输给控制中心，经控制中心进行信息互通和计算后向所有的能量分配调节机发出控制信号，进行统一调控，使每一台牵引变压器输出相同的电压。从而提高了电压的稳定性，消除了站间电流，减小了牵引变电系统中的负序电流和环流的产生。

可以将牵引变压器的输出端B相接牵引接触网、A相接能量分配调节机，其工作原理是一样的。但所有的牵引变压器在接入牵引网时，其接入牵引网的相序必须保持全部同相。

本贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统具有的优点是：通过控制中心和配电装置对能量进行再分配，实现了各牵引变压器各输出相间的能量的自动均衡，消除了站间电流，提高了电网电压的稳定性，减小了牵引变电系统中的负序电流和环流，提高了线路的功率因数，降低了谐波含量，减少了对公共电网的污染，改善了供电质量，提高了电网的利用效率。克服了原系统中电分相装置数量多的缺点，最大限度地延长了无分相输电的里程，消除了电弓升、降(断、合)操作，避免了操作可靠性低等机械、电气上的薄弱环节，使机车电弓电流平滑而连续，减小了对机车电流的冲击和因换相造成的运力损失，大大提高了安全性，增加了铁路的运载能力。

本发明的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是能量分配调节机的结构示意图

具体实施方式

参见图1，本贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统在本实施例中是在现有的分段式牵引供电网的基础上改造而来。即，沿用原来的各区段牵引供电网的牵引变压器10和接触网3，在原来的电分相器9上并联一个开关8组成一个均流器4，由该均流器4来连通各段牵引接触网从而构成一个贯通式牵引供电网。这样做的好处是当牵引供电网发生局部故障时，可通过断开该段均流器的开关8而将故障网段断开，进行分段检修。每段牵引供电网的牵引变压器10都配置有一个能量分配调节机2，每个牵引变压器10的输出端的A相都连接牵引接触网3，C相接钢轨5；B相则都只与能量分配调节机2相接，不再像原来 那样接牵引接触网3。即牵引变压器10只引出两相分别各自向接触网3和钢轨5供电。控制中心1可由一远程计算机担任，与各能量分配调节机2的主控制器相接。图中6为机车，7为受电弓。能量分配调节机的构成参见图2，由主控制器11、驱动器12、三个电流传感器19、20、21，三个电压传感器16、17、18，三个电抗器22、23、24、电力电子开关桥臂15、支撑电容臂14所组成，其中，所述的电力电子开关桥臂15与支撑电容臂14并联连接，所述的驱动器12连接在电力电子开关桥臂15的控制端子与主控制器11之间，电流传感器和电压传感器的信号输出端接主控制器11、信号输入端分别与牵引变压器输出端的A相、B相、C相相联，所述的电力电子开关桥臂15由三组电力电子开关组成，三个电抗器22、23、24的一端各自分别连接在对应的三组桥臂的中点U、V、W上、另一端分别与牵引变压器10输出端的A相、B相、C相相联。

所述的主控制器11可由DSP或具有类似功能的集成电路以及其常规外围电路组成，所述的驱动器12可由EXB841或具有类似功能的电力电子开关驱动电路以及常规外围电路组成，通过光纤连接电力电子开关桥臂15中的电力电子开关的控制端，电力电子开关桥臂15与支撑电容臂14并联连接在P+和P-之间。这些均属现有桥臂运用控制技术，这里不再给出其具体电路和赘述。

综上所述，本贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统通过能量分配调节机保证了各牵引变压器输出的电压相等，机车6通过受电弓7并经由均流器4从相邻两个牵引变压器中获取电能，其它牵引变电站因其相邻牵引变压器输出的电压相等，故而消除了站间电流(环流)，实现了电气化铁路牵引系统的贯通式无分相均衡供电。

Claims (2)

1.一种贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统，包括牵引变压器和各段牵引网与均流器，其特征是所述的牵引系统设有一个控制中心，在所述的每段牵引网中都配置有一个能量分配调节机，所述的能量分配调节机由主控制器、驱动器、电力电子开关桥臂、支撑电容臂、三个电流传感器、三个电压传感器、三个电抗器所组成，其中，所述的电力电子开关桥臂与支撑电容臂并联连接，所述的驱动器连接在电力电子开关桥臂的控制端子与主控制器之间，三个电流传感器和三个电压传感器的信号输出端接主控制器，信号输入端分别与牵引变压器的输出端的A相、B相、C相连接，所述的电力电子开关桥臂由三组电力电子开关组成，三个电抗器的一端各自分别连接在对应的三组桥臂的中点(U、V、W)上，另一端分别与牵引变压器输出端的A相、B相、C相相联，所述的每台牵引变压器的输出端的A相接牵引网、B相接能量分配调节机、C相接钢轨，所述的每个能量分配调节机的主控制器与控制中心连接。

2.如权利要求1所述的贯通式无分相均衡供电的电气化铁路牵引系统，其特征是所述的每段牵引网之间用一个均流器来贯通各段牵引网，所述的均流器由电分相器和与电分相器并联连接的开关组成。

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