CN102887082A - 一种电气化铁路柔性牵引供电方式及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种电气化铁路柔性牵引供电方式，牵引供电系统由三绕组牵引变压器、接触网T线、接触网F线和轨道R，自耦变压器、设置在所述三绕组牵引变压器的抽头连接开关和连接在接触网T线与接触网F线的接触网连接开关构成。通过对开关的选通实现：带加强线单绕组直接供电方式、带加强线双绕组并联直接供电方式、变压器中间抽头式Vx接线2×27.5kV AT供电方式、变压器中间无抽头55kV AT供电方式。采用本发明可实现柔性牵引供电：运行初期可采用直接供电方式，减少投入变压器容量；远期可采用AT供电方式，增加投入变压器容量，实现牵引供电的灵活控制和经济运行。

Description

一种电气化铁路柔性牵引供电方式及其装置

所属技术领域

本发明属于电气化铁路供电设备，具体是电气化铁路牵引供电系统运行方式技术领域。

背景技术

电气化铁路的运输需求远、近期的运输需求波动大，一般近期运输需求小，远期运输需求大。运输需求还受区域经济、宏观经济等多方面影响，导致电气化铁路的运输需求具有一定的波动性。然而，目前的铁路牵引供电系统运行方式在适应铁路运输需求波动性方面尚存在不足。若按照近期运输需求设计，则对于中远期的运输需求难以适应，改造成本较大；若按照中、远期运输需求设计，则导致近期的一次性投资和运行费用较大。

以京沪高速铁路为例说明。按照京沪高速铁路中远期三分钟追踪间隔的运输需求，牵引供电系统需采用大容量变压器(63MVA——100MVA)和AT供电方式，如图2-(a)所示的2×27.5kV AT供电方式。为进一步提高线路供电能力，提高变压器的利用率，也可采用55kV AT供电方式，如图2-(b)。然而，对于近期的运输需求而言，实际需求的系统容量远小于系统的设计容量，实际运行表明，牵引变压器的负荷不到牵引变压器设计容量的50％，采用小容量变压器和带回流线的直接供电方式(如图3)即可满足系统运行要求。

电力系统对电气化铁路这类大容量负荷采取两部电价制，即电费由电价电费和基本电费构成，其中电价电费按照实际消耗电能收取，基本电费按照变压器的实际安装容量收取。由于采用大容量变压器，导致每年增加大量基本电费。如京沪高速铁路全线牵引变压器安装容量约1800MVA，每年需缴纳的基本电费约5.4亿元，近期按照减少50％的牵引变压器安装容量计算，每年可节省基本电费2.7亿元。

为适应中远期需求，京沪高速铁路近期即采用AT供电方式，需设约60个自耦变电所，按照每个自耦变电所1000万元计算，一次投资需6亿元，若采用直接供电方式则可至少节省初期6亿元一次投资，还节省大量的自耦变电所运行费用.

鉴于电气化铁路变化的运输需求，一种具有柔性供电能力的牵引供电系统，以满足不同时期的供电需求，对实现电气化铁路的经济运行、减少一次投资具有重要意义。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是，提供一种具有柔性供电能力牵引供电系统，使之具有可根据具体的使用要求，有选择地提供经济运行的实体配置。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

一种电气化铁路柔性牵引供电方式，其特征在于：牵引供电系统由三绕组牵引变压器、接触网T线、接触网F线和轨道R，自耦变压器、设置在所述三绕组牵引变压器的抽头连接开关：kT1、kT2、kT3、kT、kR、kF、kAT1、kAT2和连接在接触网T线与接触网F线的接触网连接开关k1、k2、……kn构成；通过对开关的选通实现系统连接方式的变化，实现：带加强线单绕组直接供电方式、带加强线双绕组并联直接供电方式、变压器中间抽头式Vx接线2×27.5kV AT供电方式、变压器中间无抽头55kV AT供电方式，形成具有不同供电能力的牵引供电系统。

本发明的目的还在于，为以上的运行方式提供实施装置。

采用本发明可实现柔性牵引供电：运行初期可采用直接供电方式，减少投入变压器容量；远期可采用AT供电方式，增加投入变压器容量，实现牵引供电的灵活控制和经济运行，即：

通过开关切换，形成柔性供电方式，即提供可转换的大容量AT供电方式和小容量的直接供电方式，可根据运输需求变换，提供相适应的供电方式。

一、通过开关切换，提供可变换的牵引变压器投入容量，近期采用单绕组直接供电方式，远期可采用双绕组并联直接供电方式或AT供电方式，节省初期的基本电费和一次投资。

二、直接供电方式下，负馈线与接触线相并联，减少了系统阻抗，相对于一般的直接供电方式，提高了供电能力。

三、AT供电方式下，轨道与牵引变压器中间抽头悬空，可提高牵引变压器绕组利用率和供电能力。

附图说明：

图1为既有技术2×27.5kV AT供电方式图。

图2为既有技术55kV AT供电方式图。

图3为既有带回流线的直接供电方式图。

图4为本发明的系统总体布置图。

图5为本发明实施例带加强线单绕组直接供电方式图。

图6为本发明实施例带加强线双绕组并联直接供电方式图。

图7为本发明实施例变压器中间抽头式Vx接线AT供电方式图。

图8为本发明实施例变压器中间无抽头式55kV AT供电方式图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明作进一步描述。

实施例1

图5示出本发明的带加强线的单绕组直接供电方式实施例。具体实施方式为表1所示。

表1

开关

kT1

kT2

kT3

kT

kR

kF

kAT1

kAT2

k1……kn

状态

分

分

分

合

合

分

分

分

合

形成带加强线的单绕组直接供电方式。该供电方式下，F线作为加强线用，减少了系统阻抗，相对于既有直接供电方式的供电能力显著增加，与AT供电方式供电能力可基本相当。由于目前通信系统的光纤化，通信干扰问题在电气化铁路中已不再是其主要问题，因此，该方式在可替代防通信信号干扰能力强的AT供电方式，以节省建设投资。

实施例2

图6示出本发明的带加强线的双绕组并联直接供电方式实施例。具体实施方式如表2所示。

表2

开关

kT1

kT2

kT3

kT

kR

kF

kAT1

kAT2

k1……kn

状态

合

分

合

合

合

分

分

分

合

三绕组变压器中的一个绕组T1的两个端口分别与T线和轨道R连接，三绕组变压器次边的另一个绕组T2的两个端口也分别与T线和轨道R连接，T线和F线通过连接线K1、K2、K3、……Kn连接，形成带加强线的双绕组并联直接供电方式。该供电方式下，F线作为加强线用，减少了系统阻抗，相对于既有直接供电方式的供电能力显著增加，与AT供电方式供电能力可基本相当。由于目前通信系统的光纤化，通信干扰问题在电气化铁路中已不再是其主要问题，因此，该方式在可替代防通信信号干扰能力强的AT供电方式，以节省建设投资。

实施例3

图7示出本发明的变压器中间抽头式Vx接线AT供电方式实施例。具体实施方式见表3所示。

表3

开关

kT1

kT2

kT3

kT

kR

kF

kAT1

kAT2

k1……kn

状态

分

合

分

合

合

合

合

合

分

三绕组变压器中的一个绕组T1的两个端口分别与T线和轨道R连接，三绕组变压器次边的另一个绕组T2的两个端口也分别与轨道R和F线连接，沿线每隔一定距离设置自耦变压器，自耦变压器的三个端口分别与T、R、F相连，形成变压器中间抽头式Vx接线AT供电方式。

实施例4

图8示出本发明的变压器中间无抽头式55kV AT供电方式实施例。具体实施方式见表4所示。

表4

开关

kT1

kT2

kT3

kT

kR

kF

kAT1

kAT2

k1……kn

状态

分

合

分

合

分

合

合

合

分

三绕组变压器中的一个绕组T1与三绕组变压器次边的另一个绕组T2串联，串联后形成的两个端口分别与T线、F线相连接，沿线每隔一定距离设置自耦变电压器，自耦变压器的三个端口分别与T、R、F相连，形成变压器中间无抽头55kV AT供电方式。

Claims (2)

1.一种电气化铁路柔性牵引供电方式，其特征在于：牵引供电系统由三绕组牵引变压器、接触网T线、接触网F线和轨道R，自耦变压器、设置在所述三绕组牵引变压器的抽头连接开关：kT1、kT2、kT3、kT、kR、kF、kAT1、kAT2和连接在接触网T线与接触网F线的接触网连接开关k1、k2、……kn构成；通过对开关的选通实现系统连接方式的变化，实现：带加强线单绕组直接供电方式、带加强线双绕组并联直接供电方式、变压器中间抽头式Vx接线2×27.5kV AT供电方式、变压器中间无抽头55kV AT供电方式，形成具有不同供电能力的牵引供电系统。

2.实现权利要求1所述的电气化铁路柔性牵引供电方式的装置，其特征在于，所述牵引供电装置由三绕组牵引变压器、接触网T线、接触网F线和轨道R，自耦变压器、设置在所述三绕组牵引变压器的抽头连接开关：kT1、kT2、kT3、kT、kR、kF、kAT1、kAT2和连接在接触网T线与接触网F线的接触网连接开关k1、k2、……kn构成。

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