CN108202644A - 一种交流牵引变电所同相供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流牵引变电所同相供电系统，该系统包括原边与第一外部电源连接的第一牵引变压器，第一牵引变压器的次边的第一输出端和第二输出端均与供电母线连接；原边与第二外部电源连接的第二牵引变压器，第二牵引变压器的第一输出端和其第二输出端与供电母线连接；第一牵引变压器和第二牵引变压器均为非单相牵引变压器；分相区分别通过第一分相绝缘器与左供电臂连接，通过第二分相绝缘器与右供电臂连接，分相区通过第一开关与供电母线连接，左供电臂通过第二开关与供电母线连接，右供电臂通过第三开关与供电母线连接。该系统在实现了分相区带电且左、右供电臂和分相区电压幅值和相位相同的基础上，更便于对牵引供电网对应的馈线进行维护。

Description

一种交流牵引变电所同相供电系统

技术领域

本发明涉及铁路运输设备和电力电子技术领域，特别是涉及一种交流牵引变电所同相供电系统。

背景技术

目前，世界上大部分的电气化铁路采用的是交流供电系统，为了负荷平衡及消除负序分量，交流供电系统通常采用分段轮换相序的供电方式，这就导致牵引供电网上存在分相区。既有的变电所的牵引供电网采用的是左供电臂、分相区和右供电臂三段式的方式，并且两者之间通过分相绝缘器件连接，分相区无电。当列车从变电所的左供电臂驶向右供电臂时经过分相区，由于分相区无电，所以当列车驶入分相区时会断电，驶出分相区进入右供电臂时会复电，断电-复电过程容易出现系统过电压与过电流，分相区的存在还会造成列车速度的损失。

为解决上述技术问题，通常的做法是使分相区带电，且其电压与左、右供电臂的电压的幅值和相位相同，现有技术中的同相供电系统采用的是将左供电臂、分相区以及右供电臂连接起来，消除了分相区，当牵引供电网与供电母线连接时，使整个牵引供电网的电压幅值和相位相同，即具有同相电压。但是，采用现有技术中的同相供电系统时，由于左供电臂、分相区以及右供电臂相连，当某一馈线段线路发生故障时需要对整个牵引供电网进行断电，在实际应用中不易于实施，不易对牵引供电网对应的馈线进行维护。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的交流牵引变电所同相供电系统成为本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种交流牵引变电所同相供电系统，使用过程中在实现了分相区带电且左、右供电臂和分相区电压幅值和相位相同的基础上，更便于对牵引供电网对应的馈线进行维护。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种交流牵引变电所同相供电系统，所述系统包括：

原边与第一外部电源连接的第一牵引变压器，所述第一牵引变压器的次边的第一输出端和第二输出端均与供电母线连接；

原边与第二外部电源连接的第二牵引变压器，所述第二牵引变压器的第一输出端和其第二输出端与所述供电母线连接；所述第一牵引变压器和所述第二牵引变压器均为非单相牵引变压器；

分相区分别通过第一分相绝缘器与左供电臂连接，通过第二分相绝缘器与右供电臂连接，所述分相区通过第一开关与所述供电母线连接，所述左供电臂通过第二开关与所述供电母线连接，所述右供电臂通过第三开关与所述供电母线连接。

优选的，所述系统还包括N个变流器和N个变压器，所述N为不小于2的整数；所述第一牵引变压器的次边包括第一主牵引绕阻和N个第一副牵引绕阻，所述第一主牵引绕阻的第一输出端作为第一牵引变压器的第一输出端，所述第一主牵引绕阻的第二输出端接地；

所述第二牵引变压器的次边包括第二主牵引绕阻和N个第二副牵引绕阻，所述第二主牵引绕阻的第一输出端作为第二牵引变压器的第一输出端，所述第二主牵引绕阻的第二输出端接地；

N个所述第一副牵引绕阻与N个所述第二副牵引绕阻分别一一并联，得到N个公共输出端，N个所述公共输出端分别一一对应与N个所述变流器的输入端连接，N个所述变流器的输出端分别一一对应与N个所述变压器的输入端连接，N个所述变压器的输出端与所述供电母线连接，其中，位于第一牵引变压器的次边侧的变压器的输出端作为第一牵引变压器的第二输出端，位于第二牵引变压器的次边侧的变压器的输出端作为第二牵引变压器的第二输出端。

优选的，所述N为2。

优选的，所述第一牵引变压器为V/V型牵引变压器、SOCTT型牵引变压器或结线平衡变压器。

优选的，所述第二牵引变压器为V/V型牵引变压器、SOCTT型牵引变压器或结线平衡变压器。

优选的，所述变压器为隔离变压器。

优选的，所述变流器为背靠背结构的变流器、多电平结构的变流器或者级联结构的变流器中的一种。

优选的，所述第一分相绝缘器为绝缘锚段关节式分相绝缘器。

优选的，所述第二分相绝缘器为绝缘锚段关节式分相绝缘器。

优选的，如上述任意一项所述的交流牵引变电所同相供电系统，所述第一主牵引绕阻的容量大于N个所述第一副牵引绕阻的容量之和。

优选的，如上述任意一项所述的交流牵引变电所同相供电系统，所述第二主牵引绕阻的容量大于N个所述第二副牵引绕阻的容量之和。

本发明提供了一种交流牵引变电所同相供电系统，该系统包括：原边与第一外部电源连接的第一牵引变压器，第一牵引变压器的次边的第一输出端和第二输出端均与供电母线连接；原边与第二外部电源连接的第二牵引变压器，第二牵引变压器的第一输出端和其第二输出端与供电母线连接；第一牵引变压器和第二牵引变压器均为非单相牵引变压器；分相区分别通过第一分相绝缘器与左供电臂连接，通过第二分相绝缘器与右供电臂连接，分相区通过第一开关与供电母线连接，左供电臂通过第二开关与供电母线连接，右供电臂通过第三开关与供电母线连接。

本发明中的第一外部电源和第二外部电源通过第一牵引变压器和第二牵引变压器向供电母线供电，并通过第一开关将分相区与供电母线连接；由于左供电臂和右供电臂分别通过第二开关和第三开关与供电母线连接，所以当第一开关、第二开关和第三开关都闭合时，分相区带电，分相区的电压幅值和相位与左、右供电臂的电压幅值和相位相同，当牵引供电网的左、右供电臂或分相区中的某一段馈线线路发生故障时只需要对该段进行断电、维护即可。可见，该系统在实现了分相区带电且左、右供电臂和分相区电压幅值和相位相同的基础上，更便于对牵引供电网对应的馈线进行维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种交流牵引变电所同相供电系统的结构示意图；

图2为本发明另一种交流牵引变电所同相供电系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种交流牵引变电所同相供电系统，使用过程中实现了分相区带电且左、右供电臂和分相区电压幅值和相位相同的基础上，更便于对牵引供电网对应的馈线进行维护。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参照图1，图1为本发明提供的一种交流牵引变电所同相供电系统的结构示意图，该系统包括：

原边与第一外部电源连接的第一牵引变压器1，第一牵引变压器1的次边的第一输出端和第二输出端均与供电母线连接；

原边与第二外部电源连接的第二牵引变压器2，第二牵引变压器2的第一输出端和其第二输出端与供电母线连接；第一牵引变压器1和第二牵引变压器2均为非单相牵引变压器；

分相区通过第一开关3与供电母线连接，左供电臂通过第二开关4与供电母线连接，右供电臂通过第三开关5与供电母线连接，分相区分别通过第一分相绝缘器6与左供电臂连接，通过第二分相绝缘器7与右供电臂连接。

具体的，第一外部电源提供的电压通过第一牵引变压器1变压后加载到供电母线上，第二外部电源提供的电压通过第二牵引变压器2变压后加载到供电母线上，其中第一牵引变压器1和第二牵引变压器2为一主一备。通常，第一外部电源和第二外部电源的电压均为110kV/220kV/330kV，第一外部电源和第二外部电源分别通过第一牵引变压器1和第二牵引变压器2变压后得到25kV的电压，并将该25kV的电压加载到供电母线上。本申请中提出通过第一开关3将牵引供电网的分相区与供电母线连接，当第一开关3关闭时，分相区带电，并且当第一开关3、第二开关4和第三开关5同时关闭时，分相区与左、右供电臂同时连接在一个供电母线上，即分相区与左、右供电臂的电压的幅值与相位相同，当列车从一侧供电臂驶向另一侧的供电臂时实现列车不断电通过分相区，实现同相供电的目的。

本申请所提供的同相供电系统中，当牵引供电网的某一段馈线线路发生故障时，断开该段馈线与供电母线连接的开关即可。例如，当左供电臂发生故障时，将第二开关断开，使左供电臂断电，工作人员可以进一步对该段馈线进行相应的故障诊断及维护。

本发明提供了一种交流牵引变电所同相供电系统，该系统包括：原边与第一外部电源连接的第一牵引变压器，第一牵引变压器的次边的第一输出端和第二输出端均与供电母线连接；原边与第二外部电源连接的第二牵引变压器，第二牵引变压器的第一输出端和其第二输出端与供电母线连接；第一牵引变压器和第二牵引变压器均为非单相牵引变压器；分相区分别通过第一分相绝缘器与左供电臂连接，通过第二分相绝缘器与右供电臂连接，分相区通过第一开关与供电母线连接，左供电臂通过第二开关与供电母线连接，右供电臂通过第三开关与供电母线连接。

本发明中的第一外部电源和第二外部电源通过第一牵引变压器和第二牵引变压器向供电母线供电，并通过第一开关将分相区与供电母线连接；由于左供电臂和右供电臂分别通过第二开关和第三开关与供电母线连接，所以当第一开关、第二开关和第三开关都闭合时，分相区带电，分相区的电压幅值和相位与左、右供电臂的电压幅值和相位相同，当牵引供电网的左、右供电臂或分相区中的某一段馈线线路发生故障时只需要对该段进行断电、维护即可。可见，该系统在实现了分相区带电且左、右供电臂和分相区电压幅值和相位相同的基础上，更便于对牵引供电网对应的馈线进行维护。

实施例二

请参照图2，图2为本发明提供的另一种交流牵引变电所同相供电系统的结构示意图，在上述实施例的基础上：

作为优选的，系统还包括N个变流器和N个变压器，N为不小于2的整数；

第一牵引变压器1的次边包括第一主牵引绕阻11和N个第一副牵引绕阻12，第一主牵引绕阻11的第一输出端作为第一牵引变压器1的第一输出端，第一主牵引绕阻11的第二输出端接地；

第二牵引变压器2的次边包括第二主牵引绕阻21和N个第二副牵引绕阻22，第二主牵引绕阻21的第一输出端作为第二牵引变压器2的第一输出端，第二主牵引绕阻21的第二输出端接地；

N个第一副牵引绕阻12与N个第二副牵引绕阻22分别一一并联，得到N个公共输出端，N个公共输出端分别一一对应与N个变流器8的输入端连接，N个变流器8的输出端分别一一对应与N个变压器9的输入端连接，N个变压器9的输出端与供电母线连接，其中，位于第一牵引变压器1的次边侧的变压器9的输出端作为第一牵引变压器1的第二输出端，位于第二牵引变压器2的次边侧的变压器9的输出端作为第二牵引变压器2的第二输出端。

需要说明的是，第一牵引变压器1的次边的第一主牵引绕阻11与常规绕阻一致，输出25kV的电压将该电压加载到供电母线上；第二牵引变压器2的次边的第二主牵引绕阻21同样与常规绕阻一致，也是输出25kV的电压并将该电压加载到供电母线上，第一主牵引绕阻11和第二主牵引绕阻21的容量可以根据不同的负载情况来选择；另外，第一牵引变压器1的次边的N个第一副牵引绕阻12中的各个第一副边绕阻的电压幅值和相位一致，均与第一主牵引绕阻11相差相同的角度，例如60°或90°；同样，第二牵引变压器2的次边的N个第二副牵引绕阻22中的各个第二副边绕阻的电压幅值和相位一致，均与第二主牵引绕阻21相差相同的角度，例如60°或90°。

第一牵引变压器1的次边的N个第一副牵引绕阻12通过各自的开关与第二牵引变压器2的次边的N个第二副牵引绕阻22通过各自的开关采用一一对应并联的方式连接，两个绕阻之间并没有直接的电气连接，第一副牵引绕阻12与第二副牵引绕阻22并联后的公共输出端与变流器8的输入端连接，该变流器8的输出端与一个变压器9连接，变压器9的输出端连接供电母线。可以将一个第一副牵引绕阻12和与其并联的第二副牵引绕阻22及相应的变流器8和变压器9视为一组，在使用的过程中每一组中的第一副牵引绕阻12和第二副牵引绕阻22选择一个使用即可，当其中一个发生故障时可以切换到另一个副牵引绕阻，例如，当第一副牵引绕阻12发生故障时，可以将与第一副牵引绕阻12对应的开关断开，将与第二副牵引绕阻22对应的开关闭合，通过第二副牵引绕阻22将输出的参数传递至与该组第一副牵引绕阻12和第二副牵引绕阻22的公共输出端连接的变流器8，提高了系统的可靠性。

还需要说明的是，当第一牵引变压器1的次边侧一共有m个变流器8，第二牵引变压器2具有n个变流器8时，应满足m+n＝N，第一牵引变压器1的次边侧和第二牵引变压器2的次边侧的变压器9的个数与本侧变流器8的个数是相等的。

需要说明的是，当牵引变压器的次边有两个绕阻时，只有当牵引变压器的两个次边绕阻中的电流相等时其原边三相才能平衡。当牵引变压器的次边有多个绕阻时，其中一个绕阻为主绕阻，其他各个绕阻均为相同的副绕阻时，只有当牵引变压器的各个副绕阻中的电流之和与主绕阻中的电流相等时其原边三相才能平衡。

现有技术中的同相供电系统的牵引变压器的次边只有两个绕阻，并且该同相供电系统没有采用变流器而是直接将牵引变压器的次边的两个绕阻的输出电压引入至供电母线上，并且其电流由负载决定，很容易造成牵引变压器的两个次边中的电流不相等，从而导致现有技术中的牵引变压器的原边不平衡。

本发明所提供的同相供电系统，一方面，利用第一牵引变压器1次边两个供电臂有功能量的互传实现第一牵引变压器1原边三相平衡；另一方面，通过第一牵引变压器1侧的m个变流器8对相应的m个第一副牵引绕阻12输出的电流进行调节，使m个第一副牵引绕阻12最终输出的电流之和等于第一主牵引绕阻11输出的电流，从而改善第一牵引变压器1原边三相不平衡的情况；同样，一方面，利用第二牵引变压器2次边两个供电臂有功能量的互传实现第二牵引变压器2原边三相平衡；另一方面，通过第二牵引变压器2侧的n个变流器8对相应的n个第二副牵引绕阻22输出的电流进行调节，使n个第二副牵引绕阻22最终输出的电流之和等于第二主牵引绕阻21输出的电流，从而改善第二牵引变压器2原边三相不平衡的情况。

还需要说明的是，第一牵引变压器1的次边的第一副牵引绕阻12可以根据实际需求通过各自变流器8的调节为供电母线提供部分功率；同样第二牵引变压器2的次边的第二副牵引绕阻22可以根据实际需求通过各自变流器8的调节为供电母线提供部分功率，以实现功率补偿。

作为优选的，第一主牵引绕阻11的容量大于N个第一副牵引绕阻12的容量之和。

作为优选的，第二主牵引绕阻21的容量大于N个第二副牵引绕阻22的容量之和。

需要说明的是，各个第一副牵引绕阻12的输出电压根据与各自连接的变流器8的具体结构而定，通常第一副牵引绕阻12的输出电压在500～10kV的范围内变化；各个第二副牵引绕阻22的输出电压根据与各自连接的变流器8的具体结构而定，通常第二副牵引绕阻22的输出电压在500～10kV的范围内变化。

作为优选的，变流器8为背靠背结构的变流器8、多电平结构的变流器8或者级联结构的变流器8中的一种。

需要说明的是，这里的N个变流器8可以采用同一种结构的变流器8，也可以采用不同种结构的变流器8，并且变流器8的具体结构并不仅限于上述几种，还可以采用其他结构的变流器8，本发明在此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

作为优选的，N为2。

需要说明的是，N的具体数据可以根据实际需要进行设定。

作为优选的，第一牵引变压器1为V/V型牵引变压器、SOCTT型牵引变压器或结线平衡变压器。

作为优选的，第二牵引变压器2为V/V型牵引变压器、SOCTT型牵引变压器或结线平衡变压器。

当然，第一牵引变压器1和第二牵引变压器2不仅限于上述几种牵引变压器，还可以是其他结构的变压器，本发明在此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

作为优选的，变压器9为隔离变压器。

各个背靠背变流器8通过隔离变压器隔离后使各自之间没有电气连接，从而在一定程度上提升了整个系统的可靠性。

作为优选的，第一分相绝缘器6为绝缘锚段关节式分相绝缘器61。

作为优选的，第二分相绝缘器7为绝缘锚段关节式分相绝缘器71。

需要说明的是，本发明所提供的同相供电系统中采用了变压器9与变流器8的符合输出原理，降低了系统的成本和装置体积，提高了系统可靠性。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种交流牵引变电所同相供电系统，其特征在于，所述系统包括：

原边与第一外部电源连接的第一牵引变压器，所述第一牵引变压器的次边的第一输出端和第二输出端均与供电母线连接；

原边与第二外部电源连接的第二牵引变压器，所述第二牵引变压器的第一输出端和其第二输出端与所述供电母线连接；所述第一牵引变压器和所述第二牵引变压器均为非单相牵引变压器；

分相区分别通过第一分相绝缘器与左供电臂连接，通过第二分相绝缘器与右供电臂连接，所述分相区通过第一开关与所述供电母线连接，所述左供电臂通过第二开关与所述供电母线连接，所述右供电臂通过第三开关与所述供电母线连接。

2.根据权利要求1所述的交流牵引变电所同相供电系统，其特征在于，所述系统还包括N个变流器和N个变压器，所述N为不小于2的整数；

所述第一牵引变压器的次边包括第一主牵引绕阻和N个第一副牵引绕阻，所述第一主牵引绕阻的第一输出端作为第一牵引变压器的第一输出端，所述第一主牵引绕阻的第二输出端接地；

所述第二牵引变压器的次边包括第二主牵引绕阻和N个第二副牵引绕阻，所述第二主牵引绕阻的第一输出端作为第二牵引变压器的第一输出端，所述第二主牵引绕阻的第二输出端接地；

N个所述第一副牵引绕阻与N个所述第二副牵引绕阻分别一一并联，得到N个公共输出端，N个所述公共输出端分别一一对应与N个所述变流器的输入端连接，N个所述变流器的输出端分别一一对应与N个所述变压器的输入端连接，N个所述变压器的输出端与所述供电母线连接，其中，位于第一牵引变压器的次边侧的变压器的输出端作为第一牵引变压器的第二输出端，位于第二牵引变压器的次边侧的变压器的输出端作为第二牵引变压器的第二输出端。

3.根据权利要求2所述的交流牵引变电所同相供电系统，其特征在于，所述N为2。

4.根据权利要求2所述的交流牵引变电所同相供电系统，其特征在于，所述第一牵引变压器为V/V型牵引变压器、SOCTT型牵引变压器或结线平衡变压器。

5.根据权利要求2所述的交流牵引变电所同相供电系统，其特征在于，所述第二牵引变压器为V/V型牵引变压器、SOCTT型牵引变压器或结线平衡变压器。

6.根据权利要求5所述的交流牵引变电所同相供电系统，其特征在于，所述变压器为隔离变压器。

7.根据权利要求6所述的交流牵引变电所同相供电系统，其特征在于，所述变流器为背靠背结构的变流器、多电平结构的变流器或者级联结构的变流器中的一种。

8.根据权利要求1所述的交流牵引变电所同相供电系统，其特征在于，所述第一分相绝缘器为绝缘锚段关节式分相绝缘器。

9.根据权利要求8所述的交流牵引变电所同相供电系统，其特征在于，所述第二分相绝缘器为绝缘锚段关节式分相绝缘器。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的交流牵引变电所同相供电系统，其特征在于，所述第一主牵引绕阻的容量大于N个所述第一副牵引绕阻的容量之和。

11.根据权利要求1-9任意一项所述的交流牵引变电所同相供电系统，其特征在于，所述第二主牵引绕阻的容量大于N个所述第二副牵引绕阻的容量之和。