CN106218448A - 一种电气化铁路连通供电构造 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电气化铁路连通供电构造，涉及轨道交通交流牵引供电技术领域。对于两个以上主变电所，原边连接于同一电网，次边馈出中压供电线和中压回流线；中压供电线和中压回流线经一定间隔的降压变压器连接到接触供电线和接触回流线；中压供电线和中压回流线、接触供电线和接触回流线均在降压变压器处进行分段；各主变电所范围内的接触供电线和接触回流线之间的电压相位相同；接触供电线和接触回流线给列车供电；正常情况下，两相邻主变电所的中压供电线之间和中压回流线之间互不连接，而相邻的接触供电线之间连通，接触回流线之间连通，实现列车的连续供电；降压变压器原边绕组中点抽出接地，可以抑制系统过电压。主要用于轨道交通供电。

Description

一种电气化铁路连通供电构造
技术领域
本发明涉及轨道交通的单相工频交流牵引供电技术领域。
背景技术
干线电气化铁路牵引供电系统普遍采用单相工频交流制，通过牵引网为电气列车牵引负荷供电。为使单相的牵引负荷在三相电网中尽可能均匀分配，牵引网采用了轮换相序、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。电分相是牵引网最薄弱的环节和供电瓶颈，电气列车通过电分相最易引发事故，影响供电和行车安全。
解决电分相不外有两种方法：一是采用自动过分相技术，一是取消电分相。对于前者，存在开关自动切换时的车、网暂态电气过程，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，甚至出现自动过分相失败，影响供电可靠性和列车安全运行。因此，即使是采用自动过分相技术，电分相环节仍然是整个牵引供电系统中的薄弱环节。对于后者，则分两种情形：一种是取消牵引变电所出口处的电分相，可以采用同相供电技术；另一种是取消分区所处的电分相，需实施双边供电，其关键是减小因牵引网与电网并联而在牵引网中产生的均衡电流，使其达到所允许的程度。为此，发明人曾申请了“一种电气化铁路双边供电系统(201310542875.X)”专利并获得授权。其技术方案是串接电抗器，其原理是增加牵引网阻抗来减少其中的均衡电流。我们注意到，若牵引变电所进线电网电压为110kV而牵引网采用55kV AT供电方式(变比＝110/55＝2)时，用串接电抗器增加牵引网阻抗将其中的均衡电流减少到应有的程度(如1％以下)是做不到的，其原因是变比太小，串接电抗器的阻抗取值因受到电压损失限制而不能过大，归算至电网侧的阻抗(即变比平方倍的牵引网则阻抗)仍不够大。
同时注意到，干线电气化铁路采用的交-直机车的主电路由车载牵引变压器和交-直电传动串联组成，其车载牵引变压器除了降压(将接触网27.5kV中压降至交-直电传动所需的低压)还有极其重要的调压调速的功能，但是，交-直机车早已停产，现行的交-直-交机车或动车的主电路则由车载牵引变压器和交-直-交电传动串联组成，但采用变频调速，其车载牵引变压器已无需调压而只剩降压功能，并且因串联反而影响系统可靠性，于是车载牵引变压器占用列车宝贵空间、增加轴重，降低功率密度、影响可靠性等缺点愈加显现出来，实有弃之之必要。
另外，联系到地铁、轻轨等城市轨道交通实施交流供电，因空间限制应该采用较低电压等级，以及干线电气化铁路与城市轨道交通供电方式的统一实为长久之计，因此，采用一种低压供电系统将成为最佳选择。它可以省却车载牵引变压器而给列车(机车、动车)交-直-交电传动直接供电，同时有利于实施分区所的连通供电，取消分区所的电分相——因变比大大增加，均衡电流可降至与现行直流供电城市轨道负荷工况下相比拟的、极小的、可接受的程度，从而有利于促进电网与铁路的和谐发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气化铁路连通供电构造，它能有效地解决电气化铁路供电系统取消相邻牵引变电所之间分区所处的电分相问题，实现列车连续供电。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种电气化铁路连通供电构造，电气化铁路牵引供电系统包括两个或两个以上主变电所，主变电所原边连接于同一电网，记两个相邻的主变电所分别为主变电所SSi和主变电所SSj，主变电所SSi次边馈出中压供电线PSi和中压回流线PRi，中压供电线PSi和中压回流线PRi经沿线的降压变压器Ti1和Ti2连接到接触供电线CSi和接触回流线CRi，即降压变压器Ti1和Ti2原边两端子分别连接到中压供电线PSi和中压回流线PRi，次边两端子分别连接到接触供电线CSi和接触回流线CRi；中压供电线PSi和中压回流线PRi在降压变压器Ti1和Ti2原边经开关B分段，接触供电线CSi和接触回流线CRi在降压变压器Ti1和Ti2次边经开关K分段；接触供电线CSi和接触回流线CRi给列车L供电；主变电所SSj次边馈出中压供电线PSj和中压回流线PRj，中压供电线PSj和中压回流线PRj经沿线的降压变压器Tj1和Tj2连接到接触供电线CSj和接触回流线CRj，即降压变压器Tj1和Tj2原边两端子分别连接到中压供电线PSj和中压回流线PRj，次边两端子分别连接到接触供电线CSj和接触回流线CRj；中压供电线PSj和中压回流线PRj在降压变压器Tj1和Tj2原边经开关B分段，接触供电线CSj和接触回流线CRj在降压变压器Tj1和Tj2次边经开关K分段；接触供电线CSj和接触回流线CRj给列车L供电；接触供电线CSi和接触回流线CRi之间的电压相位与接触供电线CSj和接触回流线CRj之间的电压相位相同；降压变压器Ti2和Tj2相邻，降压变压器Ti2和Tj2之间的接触供电线CSi和接触供电线CSj连通，接触回流线CRi和接触回流线CRj连通。
降压变压器Ti1和Ti2以及降压变压器Tj1和Tj2的原边绕组中点抽出可用于接地；中点接地可以抑制系统过电压。沿线的降压变压器的间隔可根据实际供电容量需求和电压水平决定，一般为2千米到10几千米为宜。
本发明的工作原理是：中压供电线和中压回流线组成中压回路，为主供电回路，接触供电线和接触回流线是为列车直接供电的低压回路，两回路并联运行，主供电回路具有更强的供电能力；设主变电所原边(连接电网高压回路)与次边(连接中压回路)的变比为n，n＞1，中压回路与低压回路的变比为m，m＞1，则低压回路归算到电网高压回路的阻抗正比于nm的平方,牵引供电系统与电网并联而造成的均衡电流(对电网的分流)反比于nm的平方,即是说，在中压回路之下增加接触供电线和接触回流线这一低压回路，并且两相邻主变电所之间的接触供电线和接触回流线联通，不设电分相，实现连续供电，可以将均衡电流进一步缩小m平方倍。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明提供的牵引供电方式，便于铁路与城轨列车互联互通和乘客换乘；也有利于国防铁路机动发射。
二、本发明与现行干线铁路供电方式相比，可取消相邻牵引变电所之间分区所处的电分相，实现连续供电，且均衡电流可降至与现行直流供电城市轨道负荷工况下相比拟的、极小的、可接受的程度。
三、本发明可以取消现行干线铁路机车和动车的车载牵引变压器，释放车内宝贵空间、减少轴重，增加功率密度，增强可靠性。
四、本发明可以彻底消除地中电流以及轨地回流不畅及其造成的不良影响。
五、本发明在降压变压器的中压回路的一侧绕组中点抽出实施接地，可以抑制系统过电压，而低压回路一侧不接地，可避免接触供电线或接触回流线与地形成回路，以降低人员触电危险，确保人身安全。
六、本发明技术先进、易于实施。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的一种越区供电结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
实施例：如图1所示，一种电气化铁路连通供电构造示意图。电气化铁路牵引供电系统包括两个或两个以上主变电所，主变电所原边连接于同一电网，记两个相邻的主变电所分别为主变电所SSi和主变电所SSj，主变电所SSi次边馈出中压供电线PSi和中压回流线PRi，中压供电线PSi和中压回流线PRi经沿线的降压变压器Ti1和Ti2连接到接触供电线CSi和接触回流线CRi，即降压变压器Ti1和Ti2原边两端子分别连接到中压供电线PSi和中压回流线PRi，次边两端子分别连接到接触供电线CSi和接触回流线CRi，设同名端在降压变压器同一侧(下同)；中压供电线PSi和中压回流线PRi在降压变压器Ti1和Ti2原边经开关B分段，接触供电线CSi和接触回流线CRi在降压变压器Ti1和Ti2次边经开关K分段；接触供电线CSi和接触回流线CRi给列车L供电；主变电所SSj次边馈出中压供电线PSj和中压回流线PRj，中压供电线PSj和中压回流线PRj经沿线的降压变压器Tj1和Tj2连接到接触供电线CSj和接触回流线CRj，即降压变压器Tj1和Tj2原边两端子分别连接到中压供电线PSj和中压回流线PRj，次边两端子分别连接到接触供电线CSj和接触回流线CRj；中压供电线PSj和中压回流线PRj在降压变压器Tj1和Tj2原边经开关B分段，接触供电线CSj和接触回流线CRj在降压变压器Tj1和Tj2次边经开关K分段；接触供电线CSj和接触回流线CRj给列车L供电；接触供电线CSi和接触回流线CRi之间的电压相位与接触供电线CSj和接触回流线CRj之间的电压相位相同；降压变压器Ti2和Tj2相邻，降压变压器Ti2和Tj2之间的接触供电线CSi和接触供电线CSj连通，接触回流线CRi和接触回流线CRj连通。图中，R为钢轨。
为了检修方便，可以在降压变压器Ti2和Tj2之间的接触供电线CSi和接触供电线CSj连接处及接触回流线CRi和接触回流线CRj连接处设置开关K。
降压变压器Ti1和Ti2、降压变压器Tj1和Tj2原边绕组中点抽出，可用于接地；降压变压器原边绕组中点抽出接地可以抑制系统过电压。
沿线的降压变压器的间隔可根据实际供电容量需求和电压水平决定，一般为2千米到10几千米为宜。
显然，将以上技术方案推广到需要更多主变电所和更多降压变压器的更长的电气化铁路情形是容易的，不再赘述。
中压供电线和中压回流线可以是架空线，也可以是电缆，线间电压可以是35kV(如用于城市轨道)也可以是27.5kV(如用于电气化铁路)；建议优先选择电缆，特别是双芯电缆。
目前，高铁动车、大功率货运机车、地铁车辆的电传动电压都很低，一般在1kV到2.75kV，考虑到电力电子技术的发展和列车电传动的容量需求及特殊环境，低压回路(接触供电线和接触回流线)的电压建议在2.75kV到11kV之间比选。
根据本发明的工作原理：设主变电所原边(连接电网高压回路)与次边(连接中压回路)的变比为n，n＞1，中压回路与低压回路的变比为m，m＞1，则低压回路归算到电网高压回路的阻抗正比于nm的平方,牵引供电系统与电网并联而造成的均衡电流(对电网的分流)反比于nm的平方,即是说，在中压回路之下增加接触供电线和接触回流线这一低压回路，并且两相邻主变电所之间的接触供电线和接触回流线联通，不设电分相，实现连续供电，可以将均衡电流进一步缩小m平方倍。
例1：设牵引变电所进线电网电压为110kV，牵引网采用27.5kV直供方式，变比n＝110/27.5＝4，则牵引网与110kV输电线路并联的均衡电流(分流)是1/16，若增加接触供电线和接触回流线这一低压回路，并选择其电压为5.5kV，则变比m＝27.5/5.5＝5，则低压回路与110kV输电线路并联的均衡电流(分流)是1/(nm)2＝1/400<<1/100，即与原来相比，均衡电流降低52＝25倍。
例2：设牵引变电所进线电网电压为220kV，牵引网采用27.5kV直供方式，变比n＝220/27.5＝8，则牵引网与220kV输电线路并联的均衡电流(分流)是1/64，若增加接触供电线和接触回流线这一低压回路，并选择其电压为5.5kV，则变比m＝27.5/5.5＝5，则低压回路与220kV输电线路并联的均衡电流(分流)是1/(nm)2＝1/1600<<1/100，即与原来相比，均衡电流降低52＝25倍。
例3：设牵引变电所进线电网电压为110kV，牵引网采用27.5kV直供方式，变比n＝110/27.5＝4，则牵引网与110kV输电线路并联的均衡电流(分流)是1/16，若增加接触供电线和接触回流线这一低压回路，并选择其电压为2.75kV，则变比m＝27.5/2.75＝10，则低压回路与110kV输电线路并联的均衡电流(分流)是1/(nm)2＝1/1600<<1/100，即与原来相比，均衡电流降低102＝100倍。
图2是本发明实施例的一种越区供电结构示意图。按现行规范，当主变电所(主变电所SSi和主变电所SSj)故障时，应由相邻主变电所供电，这种方式称为越区供电；当接触供电线和接触回流线低压回路的供电能力满足要求时，可直接进行越区供电，但当要求更强的供电能力时，则需在图1基础上进一步连接主变电所SSi和主变电所SSj中压回路的中压供电线和中压回流线，并在其间设置开关所SP；开关所SP中，经开关B分别将中压供电线PSi与中压供电线PSj、中压回流线PRi和中压回流线PRj连接，低压回路如图1一样，经开关K分别将降压变压器Ti2和Tj2之间的接触供电线CSi和接触供电线CSj、接触回流线CRi和接触回流线CRj连通；正常情况下，开关所SP中的开关B打开，越区供电时，开关所SP中的开关B闭合。

Claims (2)

1.一种电气化铁路连通供电构造，电气化铁路牵引供电系统包括两个或两个以上主变电所，主变电所原边连接于同一电网，记两个相邻的主变电所分别为主变电所SSi和主变电所SSj，其特征在于：主变电所SSi次边馈出中压供电线PSi和中压回流线PRi，中压供电线PSi和中压回流线PRi经沿线的降压变压器Ti1和Ti2连接到接触供电线CSi和接触回流线CRi，即降压变压器Ti1和Ti2原边两端子分别连接到中压供电线PSi和中压回流线PRi，次边两端子分别连接到接触供电线CSi和接触回流线CRi；中压供电线PSi和中压回流线PRi在降压变压器Ti1和Ti2原边经开关B分段，接触供电线CSi和接触回流线CRi在降压变压器Ti1和Ti2次边经开关K分段；接触供电线CSi和接触回流线CRi给列车L供电；主变电所SSj次边馈出中压供电线PSj和中压回流线PRj，中压供电线PSj和中压回流线PRj经沿线的降压变压器Tj1和Tj2连接到接触供电线CSj和接触回流线CRj，即降压变压器Tj1和Tj2原边两端子分别连接到中压供电线PSj和中压回流线PRj，次边两端子分别连接到接触供电线CSj和接触回流线CRj；中压供电线PSj和中压回流线PRj在降压变压器Tj1和Tj2原边经开关B分段，接触供电线CSj和接触回流线CRj在降压变压器Tj1和Tj2次边经开关K分段；接触供电线CSj和接触回流线CRj给列车L供电；接触供电线CSi和接触回流线CRi之间的电压相位与接触供电线CSj和接触回流线CRj之间的电压相位相同；降压变压器Ti2和Tj2相邻，降压变压器Ti2和Tj2之间的接触供电线CSi和接触供电线CSj连通，接触回流线CRi和接触回流线CRj连通。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路连通供电构造，其特征在于：所述降压变压器Ti1和Ti2以及降压变压器Tj1和Tj2的原边绕组中点抽出用于接地。
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