CN106411148B - 一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构 - Google Patents

一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构，属于电力电子技术在中低压供配电系统中的应用。包括降压变压器、单相‑三相变换器和隔离变压器，三相电网的三相输出经三相‑两相牵引变压器后变换为两相输出，分别接入牵引网的两个供电臂，两相输出的每一相输出连接降压变压器的高压侧，降压变压器的低压侧连接单相‑三相变换器的输入端，单相‑三相变换器的输出端连接隔离变压器的一侧，隔离变压器的另一侧输出可为所内用电设备供电。该系统结构简单，部分利用再生制动能量，避免自用电变压器的缺相问题，不用设置应急单相‑三相电源，对电气化铁路谐波进行精细补偿，提高用电设备的使用寿命，降低铁路运行成本。

Description

一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构
技术领域
本发明涉及一种应用于牵引变电所自用电交直交型供电系统结构，属于电力电子技术在中低压供配电系统中的应用。
背景技术
在牵引变电所中，为了保证供电装置的正常操作和安全运行，需要对所内中低压交流用电予以切实保障，包括变压器冷却风扇、设备加热、蓄电池室内通风、室内外照明、移动油业务、设备检修、蓄电池组的充电等设备。为了可靠的向交流自用电设备供电，牵引变电所通常设有两台容量为100～200kV·A的自用电变压器，一台工作，一台备用。每台变压器都应能单独承担变电所自用电负荷，并有备用电源自投装置。自用电变压器一般从10kV电力贯通线取电，在电力贯通线敷设不便时从牵引侧母线取电。
在上述交流自用电供电模式中，存在着以下几个问题：
1、从10kV电力贯通线取电时，需要为变电所单独敷设与牵引平行的电力贯通线。同时，由于存在电缆末端降压问题，沿途还要增加自耦变压器提高电压，额外增加成本。
2、从10kV电力贯通线取电时，需要单独与公共电网核算成本，不能利用牵引供电系统中的大量冗余电能和机车的再生制动能量，增加了铁路运输企业的成本。
3、直接用自用电变压器从牵引母线侧取电时，其绕组接线方式和结构随牵引变电器接线方式的不同而不同，接线方式和结构较为复杂。
4、自用电变压器在接牵引侧单相电变三相电时，可能会存在缺相问题，所以一般会在牵引变电所备有劈相机、劈相变压器等应急单相-三相电源，增加设备和维护投入。
5、由于交直机车的大量存在，使得牵引网存在比较严重的谐波等电能质量问题，而目前普遍的并联电容器只能进行粗略补偿。经过自用电变压器的转换，直接将电能质量较差的电能提供给所内自用电设备，会损坏设备的工作寿命。
发明内容
本发明提出的一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构，在牵引变电所中通过电力电子变换装置取代现行的自用电变压器直接从牵引侧母线取电，为所内设备提供电能，结构相对固定，可以利用再生制动能量，不存在缺相问题，并对电铁谐波进行精细补偿，为所内设备提供电能，提高用电设备的工作寿命。
本发明的技术方案：
一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构，包括三相-两相牵引变压器和两个供电臂，每个所述供电臂包括降压变压器，单相-三相变换器和隔离变压器三级结构；所述三相-两相牵引变压器的三个输入端分别连接三相电网的三相输出，其两个输出端分别连接两个所述供电臂中降压变压器的高压侧；
所述单相-三相变换器由脉冲整流器，中间直流回路和三相逆变器组成；
所述降压变压器的低压侧通过输入电感连接单相-三相变换器的输入端；隔离变压器的一侧连接单相-三相变换器的输出端，另一侧输出端接入牵引变电所内交流自用电设备；
其特征在于：
所述中间直流回路、脉冲整流器和三相逆变器三者之间相互并联。
进一步地，所述脉冲整流器采用两电平全桥结构，由两个第一半桥电路并联组成，每个第一半桥电路由两个带反向并联二极管的功率开关管串联组成；其中一个第一半桥电路的两个功率开关管的串联点通过输入电感连接所述降压变压器的一个低压侧，另一个第一半桥电路的两个功率开关管的串联点与所述降压变压器的另一个低压侧直接相连；
所述中间直流回路由第一支撑电容C构成；
所述三相逆变器采用两电平全桥结构，由三个第一半桥电路并联组成，每个半桥电路由两个带反向并联二极管的功率开关管串联组成；三相逆变器中的三个第一半桥电路的两个功率开关管的串联点分别连接至隔离变压器连接单相-三相变换器输出端的一侧；所述降压变压器采用单相降压变压器，所述隔离变压器采用三相隔离变压器。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构，采用电力电子变流装置不会因为牵引变压器的接线方式不同而有所改变，有利于系统的模块化和集成化，简化供电系统；不用沿线敷设电力贯通线和自耦变压器，节省了大量的建设成本和运营成本；可以利用牵引变压器大量的冗余电能，并可以部分利用机车再生制动能量；采用电力电子变流装置可以通过控制系统实现对电气化铁路谐波的精细补偿，提高电能质量；避免在牵引网侧取电时产生的缺相问题，不必设置应急使用的劈相机或劈相变压器等单相-三相电源，减少建设和维护投入。
附图说明
图1是本发明提供的一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构的结构示意图；
图2是本发明提供的一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构的结构示意图，采用单相降压变压器，脉冲整流器和三相逆变器均为两电平全桥结构，中间直流回路为单个支撑电容。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明如下：
如图1所示，本发明所述的一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构，包括三相-两相牵引变压器和两个供电臂，每个所述供电臂包括降压变压器，单相-三相变换器和隔离变压器三级结构；所述三相-两相牵引变压器的三个输入端分别连接三相电网的三相输出，其两个输出端分别连接两个所述供电臂中降压变压器的高压侧；
所述单相-三相变换器由脉冲整流器，中间直流回路和三相逆变器组成；
所述降压变压器的低压侧通过输入电感连接单相-三相变换器的输入端；隔离变压器的一侧连接单相-三相变换器的输出端，另一侧输出端接入牵引变电所内交流自用电设备；
其特征在于：
所述中间直流回路、脉冲整流器和三相逆变器三者之间相互并联。
设置降压变压器的变比使其匹配单相-三相变换器的工作电压，为单相-三相变换器提供稳定的工作电压。由于脉冲整流器和三相逆变器都采用功率开关管器件，可以有效地减小模块的体积与重量，还可提高功率传输效率。
如图2所示，本发明所述的一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构，所述脉冲整流器采用两电平全桥结构，由两个第一半桥电路并联组成，每个第一半桥电路由两个带反向并联二极管的功率开关管串联组成；其中一个第一半桥电路的两个功率开关管的串联点通过输入电感连接所述降压变压器的一个低压侧，另一个第一半桥电路的两个功率开关管的串联点与所述降压变压器的另一个低压侧直接相连；
所述中间直流回路由第一支撑电容C构成；
所述三相逆变器采用两电平全桥结构，由三个第一半桥电路并联组成，每个半桥电路由两个带反向并联二极管的功率开关管串联组成；三相逆变器中的三个第一半桥电路的两个功率开关管的串联点分别连接至隔离变压器连接单相-三相变换器输出端的一侧；所述降压变压器采用单相降压变压器，所述隔离变压器采用三相隔离变压器。
三相电网的三相输出经三相-两相牵引变压器输出后变换为两相输出，分别接入牵引网的两个供电臂，牵引变压器的每一相输出连接降压变压器的高压侧，降压变压器的低压侧连接单相-三相变换器的输入端，单相-三相变换器的三相输出连接三相隔离变压器的一侧，三相变压器的另一侧输出可为所内用电设备供电。两相的交直交供电系统互为备用。
脉冲整流器将降压变压器输入的单相交流电压整流成稳定的直流电压，经过中间直流电路有效隔离后输入三相逆变器，三相逆变器将稳定的直流电压逆变成三相交流电压后连接到三相隔离变压器后为所内用电设备供电；同理，牵引变压器的另一相连接相同的结构作为备用电源也为相应负荷供电；由于单相-三相变换器模块均采用可控的开关管，通过对开关管的控制，可以实现单相-三相变换器输入侧的单位因数控制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构，包括三相-两相牵引变压器和两个供电臂，每个所述供电臂包括降压变压器，单相-三相变换器和隔离变压器三级结构；所述三相-两相牵引变压器的三个输入端分别连接三相电网的三相输出，其两个输出端分别连接两个所述供电臂中降压变压器的高压侧；
所述单相-三相变换器由脉冲整流器，中间直流回路和三相逆变器组成；
所述降压变压器的低压侧通过输入电感连接单相-三相变换器的输入端；隔离变压器的一侧连接单相-三相变换器的输出端，另一侧输出端接入牵引变电所内交流自用电设备；
其特征在于：
所述中间直流回路、脉冲整流器和三相逆变器三者之间相互并联；
所述脉冲整流器采用两电平全桥结构，由两个第一半桥电路并联组成，每个第一半桥电路由两个带反向并联二极管的功率开关管串联组成；其中一个第一半桥电路的两个功率开关管的串联点通过输入电感连接所述降压变压器的一个低压侧，另一个第一半桥电路的两个功率开关管的串联点与所述降压变压器的另一个低压侧直接相连。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构，其特征在于，所述中间直流回路由第一支撑电容C构成；
所述三相逆变器采用两电平全桥结构，由三个第一半桥电路并联组成，每个半桥电路由两个带反向并联二极管的功率开关管串联组成；三相逆变器中的三个第一半桥电路的两个功率开关管的串联点分别连接至隔离变压器连接单相-三相变换器输出端的一侧。
3.根据权利要求2所述的一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构，其特征在于，所述降压变压器采用单相降压变压器。
4.根据权利要求2所述的一种电气化铁路牵引变电所自用电交直交型供电系统结构，其特征在于，所述隔离变压器采用三相隔离变压器。
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