CN107176063B

CN107176063B - 一种电气化铁路外部电网供电构造

Info

Publication number: CN107176063B
Application number: CN201710417227.XA
Authority: CN
Inventors: 李群湛; 郭锴; 解绍锋; 赵艺
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2037-06-06
Also published as: CN107176063A

Abstract

本发明提供了一种电气化铁路外部电网供电构造，外部电网包括变电站和输电线，A型变电站经输电线给B型变电站、C型变电站及牵引变电所供电，B型变电站经输电线给C型变电站及牵引变电所供电,C型变电站经输电线给牵引变电所供电；定义牵引变电所为叶，A型变电站为根，之间的B型、C型变电站为结点，经输电线将A、B、C型变电站与牵引变电所从高电压等级到低电压等级连接成树形构造供电网络，只要相邻的两个牵引变电所(叶)分别向上追溯能找到同一个结点或者根，就可以将其间的分区所连通，实施贯通供电，且不会产生均衡电流；其中输电线有两路，进行容量备用，且不因任一输电线、变电站分段母线检修或故障而影响牵引供电。

Description

一种电气化铁路外部电网供电构造

技术领域

本发明属于电气化铁路供电技术领域，特别涉及外部电网对电气化铁路牵引变电所的供电方式和运行方式。

背景技术

现行电气化铁路中，为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能均匀分配，牵引网采用了轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处用绝缘器件或绝缘锚段关节分割相邻供电区，形成电分相，也称分相。通常在牵引变电所出口处和相邻两个牵引变电所之间的分区所处设置电分相。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，威胁供电和行车安全。

取消电分相分两种情形：其一是采用同相供电技术，以取消牵引变电所出口处的电分相，其关键是有效治理负序电流，使三相电压不平衡度达到国标要求；其二是在两个相邻牵引变电所之间连通，实施双边供电，以取消分区所处的电分相，此时，通常情况下形成牵引网与电力系统的并联方式，其关键是减小这种并联方式下在牵引网中产生的均衡电流(分流，穿越功率)，使其达到所允许的程度。

考虑到我国电气化铁路的牵引变电所均采用单边供电，尚无实施双边连通供电的先例，电网也无均衡电流允许程度的标准，则及时而有效的方法就是利用电网运行方式，研究既可以取消分区所电分相又不产生均衡电流及其影响的供电方案。申请人申请的《一种电气化铁路分区所连通供电构造(申请号201710157014.8)》可以更好地解决分区所电分相和均衡电流等目前未解决的技术问题，同时提高可靠性，并且成本低，经济性好。但是，该方案也存在明显缺陷：

(1)只有两个电压等级，该方案实现电气化铁路分区所连通、无分相供电的距离受到极大制约。27.5kV和110kV，或者27.5kV和220kV(或330kV，下同)，牵引变电所只允许接入A型变电站的110kV分段母线或B型变电站的220kV分段母线，正如该申请在其“背景技术”中所说：“110kV输电线的输送距离一般不超过150km，220kV输电线的输送距离一般不超过300km”，该申请在“具体实施方式”中进一步写到：“考虑到电网输电线的输电能力、输电距离及其经济性，所述供电方式最适于像市域铁路、单相交流制式地铁等较短的线路”。

(2)无均衡电流的运行方式需要在两个变电站之间切换，电力调度和倒闸作业困难。

现在要解决的技术问题是：实现电气化铁路更长距离的无分相和无均衡电流的供电，并且任一输电线、变电站分段母线故障或检修时都不需要在不同变电站之间切换,同时降低建设成本，保证供电可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种电气化铁路外部电网供电构造，它能有效地解决更长距离的电气化铁路上将各个分区所内的开关闭合实现贯通供电且不产生均衡电流的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁路外部电网供电构造，外部电网包括变电站和输电线，根据电压等级从高到低分为A型变电站、B型变电站及C型变电站；A型变电站馈出500kV等级电压，B型变电站馈出220kV或330kV等级电压，C型变电站馈出110kV等级电压；A型变电站经输电线给B型变电站、C型变电站及牵引变电所供电，B型变电站经输电线给C型变电站及牵引变电所供电,C型变电站经输电线给牵引变电所供电；牵引变电所给接触网供电，接触网给列车供电；电气化铁路沿线相邻牵引变电所之间设置分区所,分区所内设置开关，开关连接或分割两侧接触网；A型变电站的500kV分段母线分别直接给最近的m个B型变电站、n个C型变电站及p个牵引变电所供电，其中A型变电站同一分段母线的两个不同分段经两路输电线给其中一个B型变电站或一个C型变电站或一个牵引变电所供电，m、n、p为0或正整数，m、n、p至少有,两个非0；B型变电站的220kV或330kV分段母线分别直接给最近的q个C型变电站及r个牵引变电所供电，其中B型变电站同一分段母线的两个不同分段经两路输电线给其中一个C型变电站或一个牵引变电所供电，q、r为正整数；C型变电站的110kV分段母线分别直接给最近的t个牵引变电所供电，其中C型变电站同一分段母线的两个不同分段经两路输电线给其中一个牵引变电所供电，t≥2，为正整数；电气化铁路沿线牵引变电所之间分区所内的开关闭合。

A型变电站、B型变电站、C型变电站的输电线及牵引变电所的牵引网分别涉及500kV、220kV(或330kV)、110kV和27.5kV四个电压等级。

电气化铁路属于一级负荷，其牵引变电所要求电网可靠地向其供电。在现行牵引变电所安装两台主变、一主一备方式下，则要求从电网输入两路独立进线，这两路独立进线可以来自同一个变电站同一分段母线的不同分段或者两个电厂、两个变电站。

所述输入牵引变电所的两路输电线来自同一个变电站同一分段母线的不同分段，一主一备，互为备用，任一运行方式均不产生均衡电流。

本发明的工作原理是：输电线的电压等级越高、输电能力越强、输电距离越长，但建设成本越高，相反电压等级越低，输电能力越弱，输电距离越短，但普及程度越高，更接近用户，也更越容易获得，建设成本也越低，通过电网梯级构造可以兼顾供电能力和建设成本两方面。定义最低电压等级的牵引变电所为叶，最高电压等级的A型变电站为根，之间的电压等级的B型、C型变电站为结点，经输电线将其连接成从高电压等级到低电压等级的树形构造供电网络。只要相邻的两个牵引变电所(叶)分别向上追溯能找到同一个结点或者根，就可以将其间的分区所连通，实施贯通供电，且不会产生均衡电流。为简单起见，以C型变电站给牵引变电所供电为例：给两个相邻的牵引变电所(叶)供电的C型变电站(结点)同一分段母线的两个不同分段的电压相同，即两个分段之间的压差＝0，那么，当这两个牵引变电所之间的分区所连通时，作用于110kV输电线、牵引变电所、接触网构成的支路的电压分量＝0，若设该支路中两个牵引变电所的变比相同，则该支路与分段母线之间不产生分流，即不产生均衡电流和穿越功率；A型变电站及B型变电站及其构成的树形构造供电网络的供电情形亦然。同时，树形构造的运行方式灵活，容易转换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明可以在1000km以上的长大电气化线路上取消分区所电分相，实施贯通供电，保证供电连续性，且不产生均衡电流。

二、本发明不会因任何一路输电线、变电站分段母线检修或故障而影响牵引供电，运行方式灵活，供电可靠性高。

三、本发明性能好，成本低。

四、本发明既适用于新线建设，也适用于旧线改造。

附图说明

图1本发明实施例的基本供电方式的结构示意图。

图2本发明实施例的供电方式之一的结构示意图。

图3本发明实施例的供电方式之二的结构示意图。

图4本发明实施例的供电方式之三的结构示意图。

具体实施方式

实施例下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

外部电网包括变电站和输电线，根据电压等级从高到低分为A型变电站、B型变电站及C型变电站；A型变电站馈出500kV等级电压，B型变电站馈出220kV或330kV等级电压，C型变电站馈出110kV等级电压；A型变电站经输电线给B型变电站、C型变电站及牵引变电所供电，B型变电站经输电线给C型变电站及牵引变电所供电,C型变电站经输电线给牵引变电所供电；输电线有两路，一路供电，一路备用，或者两路均工作，进行容量备用；牵引变电所给接触网供电，接触网给列车供电；电气化铁路沿线相邻牵引变电所之间设置分区所,分区所内设置开关，开关连接或分割两侧接触网。

图1示出，本发明实施例的基本供电方式的结构示意图：一种电气化铁路外部电网供电构造：A型变电站4的500kV分段母线分别直接给最近的两个B型变电站3、一个C型变电站2及一个牵引变电所1供电，其中A型变电站4同一分段母线的第一组两个不同分段经第一组两路输电线7给其中一个B型变电站3直接供电，A型变电站4同一分段母线的第二组两个不同分段经第二组两路输电线7给另一个B型变电站3直接供电，A型变电站4同一分段母线的第三组两个不同分段经第三组两路输电线8直接给一个C型变电站2供电，A型变电站4同一分段母线的第四组两个不同分段经第四组两路输电线9直接给自左至右第五个牵引变电所1供电；图中，自左至右第一个B型变电站3的220kV或330kV同一分段母线的两个不同分段经两路输电线6直接给自左至右第一个C型变电站2供电，自左至右第二个B型变电站3的220kV或330kV同一分段母线的第一组两个不同分段经两路输电线6给自左至右第三个C型变电站2直接供电，第二组两个不同分段给自左至右第六个牵引变电所1直接供电；自左至右第一个C型变电站2的110kV同一分段母线第一组两个不同分段经第一组两路输电线5给自左至右第一个牵引变电所1供电，第二组两个不同分段经第二组的两路输电线5给自左至右第二个牵引变电所1供电，同理，自左至右第二个C型变电站2的110kV同一分段母线分别给自左至右第三个和第四个牵引变电所1供电，自左至右第三个C型变电站2的110kV同一分段母线分别给自左至右第七个和第八个牵引变电所1供电；电气化铁路沿线牵引变电所之间分区所内的开关11闭合，实现如图所示的八个牵引变电所的贯通供电。

牵引变电所1中从左至右，第一个牵引变电所与第二个牵引变电所相邻，分别向上追溯，C型变电站2中自左至右的第一个C型变电站为其结点；第二个牵引变电所与第三个牵引变电所相邻，分别向上追溯，A型变电站为其结点(根)；第三个牵引变电所与第四个牵引变电所相邻，分别向上追溯，自左至右的第二个C型变电站为其结点；第四个牵引变电所与第五个牵引变电所相邻，分别向上追溯，A型变电站为其结点(根)；第五个牵引变电所与第六个牵引变电所相邻，分别向上追溯，A型变电站为其结点(根)；第六个牵引变电所与第七个牵引变电所相邻，分别向上追溯，自左至右的第二个B型变电站为其结点；第七个牵引变电所与第八个牵引变电所相邻，分别向上追溯，自左至右的第三个C型变电站为其结点。根据发明原理可知，电气化铁路沿线的八个牵引变电所之间分区所内的开关闭合，实施贯通供电不会产生均衡电流。

一般情况下牵引变电所不允许直接接入国家现行最高电压等级的A型变电站，只能接入B型、C型变电站。图2示出，本发明实施例的供电方式之一的结构示意图：牵引变电所1中从左至右，第一个牵引变电所与第二个牵引变电所相邻，分别向上追溯，C型变电站2中自左至右的第一个C型变电站为其结点；第二个牵引变电所与第三个牵引变电所相邻，分别向上追溯，B型变电站3中自左至右的第一个B型变电站为其结点；第三个牵引变电所与第四个牵引变电所相邻，第四个牵引变电所与第五个牵引变电所相邻，分别向上追溯，C型变电站2中自左至右的第二个C型变电站为这三个牵引变电所的共同结点；第五个牵引变电所与第六个牵引变电所相邻，分别向上追溯，A型变电站4为其根；第六个牵引变电所与第七个牵引变电所相邻，分别向上追溯，B型变电站3中自左至右的第二个B型变电站为其结点；第七个牵引变电所与第八个牵引变电所相邻，分别向上追溯，C型变电站2中自左至右的第三个C型变电站为其结点；根据发明原理可知，电气化铁路沿线牵引变电所之间分区所内的开关11闭合，实施贯通供电，不会产生均衡电流。

电气化铁路和电网一起规划时可能出现A型、B型、C型变电站连接成较理想的树形构造的情形。图3示出，发明实施例的供电方式之二的结构示意图：一种电气化铁路外部电网供电构造：C型变电站2的110kV分段母线给电气化铁路沿线就近的牵引变电所1供电，其中C型变电站2同一分段母线的两个不同分段经两路输电线5给一个牵引变电所供电，C型变电站2同一分段母线的另外两个不同分段经另外两路输电线给另一个牵引变电所供电；B型变电站3的220kV分段母线给C型变电站2供电，C型变电站2给牵引变电所供电，其中B型变电站3同一分段母线的两个不同分段经两路输电线6给其中一个C型2变电站供电，B型变电站3同一分段母线的另外两个不同分段经另外两路输电线给另一个C型变电站2供电；A型变电站4同一分段母线的两个不同分段经两路输电线7给其中一个B型变电站供电，A型变电站同一分段母线的另外两个不同分段经另外两路输电线给另一个B型变电站供电；电气化铁路沿线牵引变电所之间分区所内的开关11闭合。

牵引变电所(1)中从左至右，第一个牵引变电所与第二个牵引变电所相邻，分别向上追溯，C型变电站2中自左至右的第一个C型变电站为其结点；第二个牵引变电所与第三个牵引变电所相邻，分别向上追溯，B型变电站3中自左至右的第一个B型变电站为其结点；第四个牵引变电所与第五个牵引变电所相邻，分别向上追溯，A型变电站4为其根，余此类推，根据发明原理可知，电气化铁路沿线牵引变电所之间分区所内的开关11闭合，实施贯通供电不会产生均衡电流。

电气化铁路有时只能接入B型、C型变电站，且连接成较理想的树形构造。图4是发明实施例的供电方式之三的结构示意图。一种电气化铁路外部电网供电构造：C型变电站2的110kV分段母线给电气化铁路沿线就近的牵引变电所供电1，其中C型变电站2同一分段母线的两个不同分段经两路输电线5给一个牵引变电所1供电，C型变电站同一分段母线的另外两个不同分段经另外两路输电线给另一个牵引变电所1供电；B型变电站3的220kV分段母线给C型变电站2供电，其中B型变电站3同一分段母线的两个不同分段经两路输电线6给其中一个C型变电站供电，B型变电站同一分段母线的另外两个不同分段经另外两路输电线6给另一个C型变电站供电；电气化铁路沿线牵引变电所之间分区所内的开关11闭合。同理可知，该方案不会产生均衡电流。

为了减少变电站同一分段母线的分段数量，减少低电压等级变电站的接入难度，可从高电压等级变电站分段母线的一个分段引出一路，再经T接方式分送到两个或多个低电压等级变电站或牵引变电所，但由于T接方式输电线的关联性强，可靠性也会受到影响。

110kV输电线的输送距离一般不超过150km，C型变电站110kV输电线向两侧延伸输送范围可达300km；220kV输电线的输送距离一般不超过300km，B型变电站220kV输电线向两侧延伸输送范围可达600km；500kV输电线的输送距离一般不超过850km，A型变电站500kV输电线向两侧延伸输送范围可达1700km,若其两侧各有一个B型变电站或C型变电站接力，则输送范围可达2000km以上。这对长大电气化线路上取消分区所电分相创造了条件。例如：某高铁全长1318km，现有27个牵引变电所、53个分相，如果是同一个500kV电网供电，则可取消全部分相，效果十分显著。

考虑到电网电压等级、输电线的输电能力、输电距离及其经济性，采用高电压等级到低电压等级的树形构造就可以在1000km以上的更长距离电气化线路上取消分区所电分相，实施贯通供电，保证供电连续性，且不在电网中产生均衡电流，也不因任一输电线、变电站分段母线检修或故障而影响牵引供电，运行方式转换灵活，可靠性满足要求。

Claims

1.一种电气化铁路外部电网供电构造，外部电网包括变电站和输电线，根据电压等级从高到低分为A型变电站、B型变电站及C型变电站；A型变电站馈出500kV等级电压，B型变电站馈出220kV或330kV等级电压，C型变电站馈出110kV等级电压；A型变电站经输电线给B型变电站、C型变电站及牵引变电所供电，B型变电站经输电线给C型变电站及牵引变电所供电,C型变电站经输电线给牵引变电所供电；牵引变电所给接触网供电，接触网给列车供电；电气化铁路沿线相邻牵引变电所之间设置分区所,分区所内设置开关，开关连接或分割两侧接触网；其特征在于:A型变电站的500kV分段母线分别直接给最近的m个B型变电站、n个C型变电站及p个牵引变电所供电，其中A型变电站同一分段母线的两个不同分段经两路输电线给其中一个B型变电站或一个C型变电站或一个牵引变电所供电；所述各型变电站的数量符号m、n、p为0或正整数，m、n、p至少有两个非0。

2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路外部电网供电构造，其特征在于：所述B型变电站的220kV或330kV分段母线分别直接给最近的q个C型变电站及r个牵引变电所供电，其中B型变电站同一分段母线的两个不同分段经两路输电线给其中一个C型变电站或一个牵引变电所供电；所述各型变电站的数量符号q、r为正整数。

3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路外部电网供电构造，其特征在于：所述C型变电站的110kV分段母线分别直接给最近的t个牵引变电所供电，t≥2；其中C型变电站同一分段母线的两个不同分段经两路输电线给其中一个牵引变电所供电。

4.根据权利要求1所述的一种电气化铁路外部电网供电构造，其特征在于：所述牵引变电所之间分区所内的开关闭合。