CN103414242B - 一种电气化铁路同相供电方法及备机构造 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电气化铁路同相供电方法及备机构造，主要包括进线、n+m组并联的同相供电单元、出线和测控单元；同相供电单元由交直交变流器、匹配变压器及配电开关串联而成且为单相结构；同相供电单元的工作数n由牵引变电所需的同相补偿容量和每组同相供电单元的额定容量确定；同相供电单元的备用数m取满足可靠性要求的最小值；利用交直交变流器内部模块的冗余性，在交直交变流器模块故障而该同相供电单元尚未故障时便投入备用的同相供电单元，使工作单元与备用单元平滑过渡，实现同相供电单元状态修，避免故障扩大化，提高系统可靠性，同时可用于两路进线互为备用的变电所，实现进线切换而共用一套同相供电装置，大大提高系统的经济性；本发明所涉及的技术先进、可靠，易于实施。
Description
技术领域
本发明涉及交流电气化铁路供电领域，尤其涉及一种电气化铁路同相供电备机构造。
背景技术
电气化铁道普遍采用由公用电力系统供电的单相工频交流制，为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能均匀分配，电气化铁道往往采用轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处的相邻供电区之间用分相绝缘器分割，形成电分相，也称分相。为防止电力机车带电通过电分相因燃弧而烧坏接触网悬挂部件，甚至导致相间短路等事故，随着列车速度的不断升高，在司机无法手动完成过分相的情况下，采用了自动过分相技术。自动过分相技术主要有地面开关自动切换过分相、车载自动过分相以及柱上自动过分相等几种，但仍存在开关切换中列车通过电分相的暂态电气过程，易产生较大的操作过电压或过电流，造成牵引网与车载设备烧损等事故，甚至导致自动过分相操作失败，影响供电可靠性和列车安全运行。因此，电分相环节是整个牵引供电系统中最薄弱的环节，列车过分相成为了高速铁路乃至整个电气化铁路牵引供电的瓶颈。
高速和重载铁路已广泛采用基于IGBT、IGCT等全控型器件的大功率交直交型电力机车或动车组，其核心是多组四象限PWM控制和多重化控制的牵引变流器，谐波含量小，功率因数接近于1，但交直交型电力机车或动车组牵引功率大，如大编组运行的单车高速动车组其额定功率达25MW（相当于普速铁路5列车），这些大量开行的大功率单相负荷对三相电网造成的以三相电压不平衡度（负序）为主的电能质量问题日益严重，不能不受到重视。
理论和实践均表明，采用同相供电技术可以在取消牵引变电所出口处电分相、消除供电瓶颈、增加供电能力、增强节能效果的同时，还能有效治理负序电流、达到以三相电压不平衡度国标限值为主的电能质量要求，有利于促进电力与铁路的共同与和谐发展。
为此，本发明人曾提出了一种单相三相组合式同相供变电装置（发明申请号：201210583674.X）、一种单相组合式同相供变电构造（发明申请号：201310227591.1）、一种Vv接线同相供变电构造（发明申请号：201310308559.6）、一种三相组合式同相供变电构造（发明申请号：201310308513.4）等技术发明来实现同相供电，其中同相供电装置的关键构成是交直交变流器。交直交变流器是采用大功率电力电子半导体器件（例如集成门极换向晶闸管IGCT或绝缘栅双极性晶体管IGBT）的通过直流储能电容连接的单相交流-直流-交流变换装置，技术难度大，制造成本高，寻求交直交变流器可靠性和经济性的最佳结合点是同相供电技术应用的关键所在。
发明内容
本发明的目的就是提供一种电气化铁路同相供电备机构造及其控制方法，使电气化铁路同相供电装置的可靠性和经济性得到最佳发挥。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的：
1、一种电气化铁路同相供电方法，其特征在于:同相供电单元CEi运行，同相供电单元CEj备用，i=1,2,…,n,j=1,2…,m；当同相供电单元CEi的交直交变流器ADAi中有一模块故障且有备用的同相供电单元时，则测控单元CU按一定规则投入一组备用的同相供电单元CEj,同时令同相供电单元CEi停运维修并在修复后转入备用；i=1,2,…,n,j=1,2…,m；而当同相供电单元CEi的交直交变流器ADAi中有一模块故障且无备用的同相供电单元时，则测控单元CU令该同相供电单元CEi继续运行，分以下两种情形：
A、该同相供电单元CEi运行中有同相供电单元CEj修复而转入备用，则测控单元CU令同相供电单元CEj投入运行，同时令同相供电单元CEi停运维修并在修复后转入备用；i=1,2,…,n,j=1,2…,m；
B、该同相供电单元CEi运行中故障，则测控单元CU令其停运维修并在修复后转入备用；i=1,2,…,n,j=1,2…。
测控单元CU按一定规则投入一组备用的同相供电单元CEj,此处的一定规则是指同相供电单元的备用数m≥2时，安排其中各供电单元投入与停运次序的规则，一般采用“先出先入”的备用原则，即先停运维修并修复的供电单元先投入运行。
作为本发明的另一个目的是提供实现上述供电方法的相应配合设备：
一种电气化铁路同相供电备机构造，包括进线S1、n+m组并联的同相供电单元、出线S2和测控单元CU；同相供电单元CEk由交直交变流器ADAk、匹配变压器MTk及配电开关Fk、fk串联而成；交直交变流器ADAk、匹配变压器MTk及配电开关Fk、fk均为单相结构；测控单元CU连接配电开关Fk、fk的控制端、交直交变流器ADAk的测控端，还连接上一级控制系统；k=1,2,…,n+m。
同相供电单元CEk中的交直交变流器ADAk由额定模块和冗余模块构成，额定模块和冗余模块一起工作，其中的额定模块数由选用的大功率电力电子半导体器件的额定电压、额定电流和同相供电单元的内部结构及外部额定电压、额定电流的要求而定，冗余模块数应取满足可靠性要求的最小值。
系统中的n组同相供电单元工作，m组同相供电单元备用，备用单元不工作，m≤n；同相供电单元的工作数n由牵引变电所所需的同相补偿容量和每组同相供电单元的额定容量确定；同相供电单元的备用数m取满足可靠性要求的最小值。
组成同相供电单元的交直交变流器、匹配变压器及配电开关任一元件故障即造成该同相供电单元故障。交直交变流器由额定模块和冗余模块构成，其额定模块和冗余模块一起工作，每个模块出力率为n/(n+m)，当其中的故障模块数超过冗余模块数而不能使该交直交变流器在额定工况下工作时便认定该交直交变流器故障，亦即该同相供电单元故障。
测控单元实时检测交直交变流器模块和同相供电单元，反映其工作、备用、故障、维修等状态并对其进行实时控制。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
一、本发明利用同相供电单元中交直交变流器模块的冗余性，在交直交变流器模块故障而该同相供电单元尚未故障时便投入备用的同相供电单元，使工作单元与备用单元平滑过渡，实现同相供电单元状态修，避免故障扩大化，提高系统可靠性。
二、本发明可用于两路进线互为备用的变电所，实现进线切换而共用一套同相供电装置，大大提高系统的经济性。
三、本发明技术先进、可靠，易于实施。
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是本发明实施例的构造示意图。
图2是本发明原理的测控流程示意图。
具体实施方式
实施例
如图1所示，一种电气化铁路同相供电备机构造，包括进线S1、n+m组并联的同相供电单元、出线S2和测控单元CU；同相供电单元CEk由交直交变流器ADAk、匹配变压器MTk及配电开关Fk、fk串联而成；交直交变流器ADAk、匹配变压器MTk及配电开关Fk、fk均为单相结构；测控单元CU连接配电开关Fk、fk的控制端、交直交变流器ADAk的测控端，还连接上一级控制系统；k=1,2,…,n+m。
同相供电单元CEk中的交直交变流器ADAk由额定模块和冗余模块构成，额定模块和冗余模块一起工作，其中的额定模块数由选用的大功率电力电子半导体器件的额定电压、额定电流和同相供电单元的内部结构及外部额定电压、额定电流的要求而定，冗余模块数应取满足可靠性要求的最小值，如为1或2。
系统中的n组同相供电单元工作，m组同相供电单元备用，备用单元不工作，m≤n；同相供电单元的工作数n由牵引变电所所需的同相补偿容量和每组同相供电单元的额定容量确定；同相供电单元的备用数m取满足可靠性要求的最小值，如为1或2。
组成同相供电单元的交直交变流器、匹配变压器及配电开关任一元件故障即造成该同相供电单元故障。交直交变流器由额定模块和冗余模块构成，其额定模块和冗余模块一起工作，每个模块出力率为n/(n+m)，当其中的故障模块数超过冗余模块数而不能使该交直交变流器在额定工况下工作时认定该交直交变流器故障，亦即该同相供电单元故障。
正常情况下同相供电单元的配电开关都处于接通状态，同相供电单元维修时测控单元将其配电开关断开，修复后再接通，使该同相供电单元转入备用。
测控单元实时检测交直交变流器模块和同相供电单元，反映其工作、备用、故障、维修等状态并对其进行实时控制。
图2是本发明方法的测控流程示意图。同相供电单元CEi运行，同相供电单元CEj备用，i=1,2,…,n,j=1,2…,m；当同相供电单元CEi的交直交变流器ADAi中有一模块故障且有备用的同相供电单元时，则测控单元CU按一定规则投入一组备用的同相供电单元CEj,同时令同相供电单元CEi停运维修并在修复后转入备用；i=1,2,…,n,j=1,2…,m；而当同相供电单元CEi的交直交变流器ADAi中有一模块故障且无备用的同相供电单元时，则测控单元CU令该同相供电单元CEi继续运行，分以下两种情形：
A、该同相供电单元CEi运行中有同相供电单元CEj修复而转入备用，则测控单元CU令同相供电单元CEj投入运行，同时令同相供电单元CEi停运维修并在修复后转入备用；i=1,2,…,n,j=1,2…,m；
B、该同相供电单元CEi运行中故障，则测控单元CU令其停运维修并在修复后转入备用；i=1,2,…,n,j=1,2…,m。
测控单元CU按一定规则投入一组备用的同相供电单元CEj,此处的一定规则是指同相供电单元的备用数m≥2时，安排其中各供电单元投入与停运次序的规则，一般采用“先出先入”的备用原则，即先停运维修并修复的供电单元先投入运行。
Claims (1)
1.电气化铁路同相供电备机构造，应用于采用如下方法的电气化铁路同相供电中：
同相供电单元CEi运行，同相供电单元CEj备用，i＝1,2,…,n,j＝1,2…,m；当同相供电单元CEi的交直交变流器ADAi中有一模块故障且有备用的同相供电单元时，则测控单元CU按一定规则投入一组备用的同相供电单元CEj,同时令同相供电单元CEi停运维修并在修复后转入备用；i＝1,2,…,n,j＝1,2…,m；而当同相供电单元CEi的交直交变流器ADAi中有一模块故障且无备用的同相供电单元时，则测控单元CU令该同相供电单元CEi继续运行，分以下两种情形：
A、该同相供电单元CEi运行中有同相供电单元CEj修复而转入备用，则测控单元CU令同相供电单元CEj投入运行，同时令同相供电单元CEi停运维修并在修复后转入备用；i＝1,2,…,n,j＝1,2…,m；
B、该同相供电单元CEi运行中故障，则测控单元CU令其停运维修并在修复后转入备用；i＝1,2,…,n,j＝1,2…；
供电备机构造包括进线S1、n+m组并联的同相供电单元、出线S2和测控单元CU；同相供电单元CEk由交直交变流器ADAk、匹配变压器MTk及配电开关Fk、fk串联而成；交直交变流器ADAk、匹配变压器MTk及配电开关Fk、fk均为单相结构；其特征在于：同相供电单元CEk中的交直交变流器ADAk由额定模块和与其一起工作的冗余模块构成；n组同相供电单元工作，m组同相供电单元备用，且m≤n；同相供电单元的工作数n由牵引变电所所需的同相补偿容量和每组同相供电单元的额定容量确定；同相供电单元的备用数m取满足可靠性要求的最小值；测控单元CU连接配电开关Fk、fk的控制端、交直交变流器ADAk的测控端及上一级控制系统；k＝1,2,…,n+m。
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