CN104742917A - 获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平的方法，包括以下步骤：1)设牵引供电系统采用上、下并联AT供电方式，计算得到牵引网中的电压损失ΔU_j；2)判断牵引供电系统中牵引变压器的结线方式，然后根据牵引供电系统中牵引变压器的结线方式获取牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax，并根据牵引供电系统中牵引变压器的结线方式计算得到电力系统的电压损失ΔU_Smax；3)牵引网中的电压损失ΔU_j、牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax及电力系统的电压损失ΔU_Smax得高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平U_min，其中U_min＝29-ΔU_j-ΔU_Tmax-ΔU_S。本发明可以准确的获取得到高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平。

Description

获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平的方法

技术领域

本发明涉及一种获取最低电压水平的方法，具体涉及一种获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平的方法。

背景技术

根据《轨道交通牵引供电系统电压》(GBT 1402-2010)内容要求，电铁机车的供电电压标称为25kV，最高持续电压不得高于27.5kV，最高非持续电压不得高于29kV，最低持续电压不得低于19kV，最低非持续电压不得低于17.5kV，按照《新建时速300-350公里客运专线铁路设计暂行规定(上、下)》(铁建设[2007]47号)文内容，要求机车接触网的长期最高电压为27.5kV，短时最高电压为29kV，设计最低电压为20kV。牵引变电所应采用两回独立进线，互为热备用，供电电源宜采用220kV，但在优先区域没有220kV的供电电源，例如，陕西电网的电压序列为750、330、110kV，无220kV电压等级，并且以陕西现有的110kV电网，部分处于末端的电网可能造成电铁供电的电压不满足要求。则出现了以下问题：1)陕西无220kV电压等级，铁路要求用330kV电压等级为牵引变供电，330kV单回线路的经济输送功率约为30-40万千瓦，而电铁使用两回330kV线路为3-7万千瓦负荷供电，远低于设备输送能力，造成330kV电网设备利用率低，并占有有限的电网资源。2)330kV在陕西属于输电网络，总体较为稀疏，因此对电铁的供电电源往往来自单一站点，对于电铁的高可靠性要求有所影响；3)110kV电网在陕西较为密集，可以满足电铁两回独立电源的要求，但部分地区可能存在电压质量问题。且与铁建设[2007]47号文内容冲突。

根据国家标准GB1402《铁道干线电力牵引交流电压》规定，牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为27.5kV，自耦变压器供电方式为55kV；电力机车、电动车组受电弓和接触网的额定电压为25kV，最高允许电压为29kV(在牵引供电系统因改变运行方式或电网电压波动时可能出现的持续时间不大于5min的电压最大值)；电力机车、电动车组受电弓上最低工作电压为20kV，在供电系统非正常(检修或事故)情况下运行时，只要大于等于最低电压水平就可以确保列车的正常运行，但现有的技术中，没有涉及到计算牵引供电系统的最低电压水平的方法，因此严重的影响了高速铁路网络的建设。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平的方法，该方法可以准确的获取得到高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平。

为达到上述目的，本发明所述的获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平的方法包括以下步骤：

1)设牵引供电系统采用上、下并联AT供电方式，计算得到牵引网中的电压损失ΔU_j；

2)判断牵引供电系统中牵引变压器的结线方式，然后根据牵引供电系统中牵引变压器的结线方式获取牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax，并根据牵引供电系统中牵引变压器的结线方式计算得到电力系统的电压损失ΔU_Smax；

3)根据步骤1)得到的牵引网中的电压损失ΔU_j、步骤2)中得到的牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax及电力系统的电压损失ΔU_Smax得高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平U_min，其中U_min＝29-ΔU_j-ΔU_Tmax-ΔU_Smax，其中ΔU_j、ΔU_Tmax及ΔU_Smax的单位均为千伏。

步骤1)中牵引网中电压损失ΔU_j为：

$\mathrm{\Δ}{U}_j=\frac{2L-l_j}{2L}{Z}_L\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{I}_s{l}_s+\frac{l_j}{2L}{Z}_L\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{I}_x{l}_x+Z_L^{\′}(1-\frac{X_j}{D_j})\underset{k}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{l}_i$

其中，Z_L及Z′_L分别为AT牵引网中长回路及短回路的单位等效阻抗，L为供电臂的长度，I_s及I_x分别为上行正线上及下行正线上各列车的负荷电流，l_s及l_x分别为上行正线上及下行正线上各列车至牵引变电所的距离，l_i为列车到牵引变电所的距离，为列车所在AT段内的全部列车编号，X_j为列车距相邻牵引变电所的AT段的距离，D_j为列车所在AT段的长度，I_i为列车所在AT段内列车的负荷电流，l_i为列车所在AT段中各带电列车与相邻牵引变电所的AT段之间的距离。

步骤2)中判断牵引供电系统中牵引变压器的结线方式，当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为V/v结线时，则牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax为：

ΔU_Tmax＝sinφX_TI_Tmax

其中，I_Tmax为供电臂的最大电流，X_T为牵引变压器的电抗，其中

当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为单相结线时，则牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax为：

ΔU_Tmax＝sinφX_T(I_1max+I_2av)

其中，I_1max为重负荷供电臂的最大电流，I_2av为轻负荷供电臂的平均电流；X_T为牵引变压器的电抗，

步骤2)中判断牵引供电系统中牵引变压器的结线方式，当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为V/v结线时，则电力系统的电压损失ΔU_Smax为：

ΔU_Smax＝sinφ.X_S.I_Tmax

其中，I_Tmax为供电臂的最大电流，X_S为电力系统折算到27.5kV侧的短路阻抗，其中

当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为单相结线时，则电力系统的电压损失ΔU_Smax为：

ΔU_Smax＝sinφ(I_1max+I2av)X_S

其中，I_1max为重负荷供电臂的最大电流，I_2av为轻负荷供电臂的平均电流，X_S为电力系统折算到27.5kV的短路阻抗，其中

本发明具有以下有益效果：

本发明在获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平时，先获取牵引网中的电压损失、牵引供电系统中牵引变压器的电压损失及电力系统的电压损失，在计算牵引供电系统中牵引变压器的电压损失及电力系统的电压损失时，考虑到牵引供电系统中牵引变压器的结线方式，最后通过最高允许电压29kV减去牵引网中的电压损失、牵引供电系统中牵引变压器的电压损失及电力系统的电压损失，从而准确得到高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平，简单、方便，在实际使用时，只需判断牵引供电系统的当前供电电压是否大于等于该最低电压水平就可以得到当前牵引供电系统是否供电安全，实用性极强。

具体实施方式

下面将对本发明做进一步详细描述：

本发明所述的获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平的方法包括以下步骤：

1)设牵引供电系统采用上、下并联AT供电方式，计算得到牵引网中的电压损失ΔU_j；

2)判断牵引供电系统中牵引变压器的结线方式，然后根据牵引供电系统中牵引变压器的结线方式获取牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax，并根据牵引供电系统中牵引变压器的结线方式计算得到电力系统的电压损失ΔU_Smax；

3)根据步骤1)得到的牵引网中的电压损失ΔU_j、步骤2)中得到的牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax及电力系统的电压损失ΔU_Smax得高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平U_min，其中U_min＝29-ΔU_j-ΔU_Tmax-ΔU_Smax，其中ΔU_j、ΔU_Tmax及ΔU_Smax的单位均为千伏。

步骤1)中牵引网中电压损失ΔU_j为：

$\mathrm{\Δ}{U}_j=\frac{2L-l_j}{2L}{Z}_L\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{I}_s{l}_s+\frac{l_j}{2L}{Z}_L\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{I}_x{l}_x+Z_L^{\′}(1-\frac{X_j}{D_j})\underset{k}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{l}_i$

其中，Z_L及Z′_L分别为AT牵引网中长回路及短回路的单位等效阻抗，L为供电臂的长度，I_s及I_x分别为上行正线上及下行正线上各列车的负荷电流，l_s及l_x分别为上行正线上及下行正线上各列车至牵引变电所的距离，l_i为列车到牵引变电所的距离，为列车所在AT段内的全部列车编号，X_j为列车距相邻牵引变电所的AT段的距离，D_j为列车所在AT段的长度，I_i为列车所在AT段内列车的负荷电流，l_i为列车所在AT段中各带电列车与相邻牵引变电所的AT段之间的距离。

步骤2)中判断牵引供电系统中牵引变压器的结线方式，当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为V/v结线时，则牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax为：

ΔU_Tmax＝sinφX_TI_Tmax

其中，I_Tmax为供电臂的最大电流，X_T为牵引变压器的电抗，其中

当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为单相结线时，则牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax为：

ΔU_Tmax＝sinφX_T(I_1max+I_2av)

其中，I_1max为重负荷供电臂的最大电流，I_2av为轻负荷供电臂的平均电流；X_T为牵引变压器的电抗，

步骤2)中判断牵引供电系统中牵引变压器的结线方式，当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为V/v结线时，则电力系统的电压损失ΔU_Smax为：

ΔU_Smax＝sinφX_SI_Tmax

其中，I_Imax为供电臂的最大电流，X_S为电力系统折算到27.5kV侧的短路阻抗，其中

当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为单相结线时，则电力系统的电压损失ΔU_Smax为：

ΔU_Smax＝sinφ(I_1max+I2av)X_S

其中，I_1max为重负荷供电臂的最大电流，I_2av为轻负荷供电臂的平均电流，X_S为电力系统折算到27.5kV的短路阻抗，其中

Claims (4)

1.一种获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设牵引供电系统采用上、下并联AT供电方式，计算得到牵引网中的电压损失ΔU_j；

2)判断牵引供电系统中牵引变压器的结线方式，然后根据牵引供电系统中牵引变压器的结线方式获取牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax，并根据牵引供电系统中牵引变压器的结线方式计算得到电力系统的电压损失ΔU_Smax；

3)根据步骤1)得到的牵引网中的电压损失ΔU_j、步骤2)中得到的牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax及电力系统的电压损失ΔU_Smax得高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平U_min，其中U_min＝29-ΔU_j-ΔU_Tmax-ΔU_Smax，其中ΔU_j、ΔU_Tmax及ΔU_Smax的单位均为千伏。

2.根据权利要求1所述的获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平的方法，其特征在于，步骤1)中牵引网中电压损失ΔU_j为：

$\mathrm{\Δ}{U}_j=\frac{2L-l_j}{2L}{Z}_L\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{I}_s{l}_s+\frac{l_j}{2L}{Z}_L\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{I}_x{l}_x+Z_L^{\′}(1-\frac{X_j}{D_j})\underset{k}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{l}_i$

其中，Z_L及Z′_L分别为AT牵引网中长回路及短回路的单位等效阻抗，L为供电臂的长度，I_s及I_x分别为上行正线上及下行正线上各列车的负荷电流，l_s及l_x分别为上行正线上及下行正线上各列车至牵引变电所的距离，l_i为列车到牵引变电所的距离，为列车所在AT段内的全部列车编号，X_j为列车距相邻牵引变电所的AT段的距离，D_j为列车所在AT段的长度，I_i为列车所在AT段内列车的负荷电流，l_i为列车所在AT段中各带电列车与相邻牵引变电所的AT段之间的距离。

3.根据权利要求1所述的获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平的方法，其特征在于，步骤2)中判断牵引供电系统中牵引变压器的结线方式，当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为V/v结线时，则牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax为：

ΔU_Tmax＝sinφX_TI_Tmax

其中，I_Tmax为供电臂的最大电流，X_T为牵引变压器的电抗，sin其中

当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为单相结线时，则牵引供电系统中牵引变压器的电压损失ΔU_Tmax为：

ΔU_Tmax＝sinφX_T(I_1max+I_2av)

其中，I_1max为重负荷供电臂的最大电流，I_2av为轻负荷供电臂的平均电流；X_T为牵引变压器的电抗，

4.根据权利要求1所述的获取高速铁路网络中牵引供电系统的最低电压水平的方法，其特征在于，步骤2)中判断牵引供电系统中牵引变压器的结线方式，当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为V/v结线时，则电力系统的电压损失ΔU_Smax为：

ΔU_Smax＝sinφX_SI_Tmax

其中，I_Tmax为供电臂的最大电流，X_S为电力系统折算到27.5kV侧的短路阻抗，其中

当牵引供电系统中牵引变压器的结线方式为单相结线时，则电力系统的电压损失ΔU_Smax为：

ΔU_Smax＝sinφ(I_1max+I2av)X_S

其中，I_1max为重负荷供电臂的最大电流，I_2av为轻负荷供电臂的平均电流，X_S为电力系统折算到27.5kV的短路阻抗，其中