CN108725217B - 一种电力机车试验线平衡供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力机车试验线平衡供电系统，包括：包括：变压器、牵引供电系统和平衡供电装置；变压器的原边包括：具有公共连接点的第一原边绕组和第二原边绕组；变压器的次边包括：牵引供电绕组、第一组输出绕组和第二组输出绕组；牵引供电绕组与牵引供电系统相连；平衡供电装置与第一组输出绕组中的第一次边绕组、以及第二组输出绕组的第二次边绕组相连，用于通过有功融通和无功输出，实现三相功率平衡。可见，通过本方案的平衡供电系统，可在满足电力机车/动车组的静调和动调试验需求的基础上，实现高压侧三相实时平衡供电，消除负序和电压波动对供电线路下游敏感负荷的影响，保证供电安全、可靠。

Description

一种电力机车试验线平衡供电系统
技术领域
本发明涉及牵引供电技术领域，更具体地说，涉及一种电力机车试验线平衡供电系统。
背景技术
目前，制造完成之后，电力机车、动车组等还需进行静调/动调考核试验，试验线路采用27.5kV单相牵引供电。参见图1，供电系统通常采用交流三相110kV(东北地区存在66kV)电源输入，再经过单相变压器转换为27.5kV单相输出至牵引供电试验线路。但是由于SS型、HXD型电力机车、CRH型高速动车组等牵引负荷均为大功率单相冲击性负荷，机车上线试验运行时，会造成公共连接点(PCC)处三相不平衡度超标、电压波动超标等问题，进而影响其它供电线路下游电能质量敏感负荷的正常运行。
因此，如何实现线路高压侧三相实时平衡供电，消除负序、电压波动对公共连接点处其它负荷的不良影响，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力机车试验线平衡供电系统，以实现线路高压侧三相实时平衡供电，消除负序、电压波动对公共连接点处其它负荷的不良影响。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种电力机车试验线平衡供电系统，包括：变压器、牵引供电系统和平衡供电装置；
所述变压器的原边包括：具有公共连接点的第一原边绕组和第二原边绕组；所述变压器的次边包括：牵引供电绕组、第一组输出绕组和第二组输出绕组；
所述牵引供电绕组与所述牵引供电系统相连；
所述平衡供电装置与所述第一组输出绕组中的第一次边绕组、以及所述第二组输出绕组的第二次边绕组相连，用于通过有功融通和无功输出，实现三相功率平衡。
其中，所述变压器的原边与所述变压器的次边共铁芯。
其中，所述第一组输出绕组的容量不小于所述第二组输出绕组的容量。
其中，所述第一组输出绕组中的第一次边绕组为高阻抗次边绕组；和/或，所述第二组输出绕组中的第二次边绕组为高阻抗次边绕组。
其中，所述第一组输出绕组具有：输出电压的多档位电压等级调节功能；和/或，所述第二组输出绕组具有：输出电压的多档位电压等级调节功能。
其中，所述平衡供电装置包括第一变流器、直流电容和第二变流器：
所述第一变流器与所述第一组输出绕组中的第一次边绕组相连；所述第二变流器与所述第二组输出绕组中的第二次边绕组相连；所述第一变流器与所述直流电容并联后与所述第二变流器相连。
其中，所述第一组输出绕组包括一个第一次边绕组，所述第二组输出绕组包括一个第二次边绕组。
其中，本方案还包括：
与三相电源相连的电压互感器，用于检测三相电源的三相母线电压；
一端与所述牵引供电绕组第一端相连，另一端与牵引供电系统的电流输入端相连的第一电流互感器，用于检测牵引供电线路的电流值。
其中，本方案还包括：
设置于所述第一原边绕组和所述第二原边绕组与三相电源相连的三条线路上的三个电流互感器，用于检测三相电源的供电线路电流；
设置于所述第一次边绕组的第一端与所述第一变流器的连接线路上的第二电流互感器；
设置与所述第二次边绕组的第二端与所述第二变流器的连接线路上的第三电流互感器。
其中，本方案还包括：
设置于所述第一原边绕组和所述第二原边绕组与三相电源相连的三条线路上的三个断路器。
通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种电力机车试验线平衡供电系统，包括：包括：变压器、牵引供电系统和平衡供电装置；所述变压器的原边包括：具有公共连接点的第一原边绕组和第二原边绕组；所述变压器的次边包括：牵引供电绕组、第一组输出绕组和第二组输出绕组；所述牵引供电绕组与所述牵引供电系统相连；所述平衡供电装置与所述第一组输出绕组中的第一次边绕组、以及所述第二组输出绕组的第二次边绕组相连，用于通过有功融通和无功输出，实现三相功率平衡。
可见，通过本方案的平衡供电系统，可在满足电力机车/动车组的静调和动调试验需求的基础上，实现高压侧三相实时平衡供电，消除负序和电压波动对供电线路下游敏感负荷的影响，保证供电安全、可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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为现有电力机车试验线供电系统及与其共PCC点处三相负荷供电回路关系图；
图2为本发明实施例公开的一种电力机车试验线平衡供电系统示意图；
图3为本发明实施例公开的电力机车试验线平衡供电系统电路图；
图4为本发明实施例公开的电力机车试验线平衡供电系统原理图；
图5为本发明实施例公开的平衡供电系统控制及保护逻辑示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作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。
本发明实施例公开了一种电力机车试验线平衡供电系统，以实现线路高压侧三相实时平衡供电，消除负序、电压波动对公共连接点处其它负荷的不良影响。
参见图2，本发明实施例提供的一种电力机车试验线平衡供电系统，包括：变压器、牵引供电系统和平衡供电装置；
所述变压器的原边包括：具有公共连接点的第一原边绕组和第二原边绕组；所述变压器的次边包括：牵引供电绕组、第一组输出绕组和第二组输出绕组；
所述牵引供电绕组与所述牵引供电系统相连；
所述平衡供电装置与所述第一组输出绕组中的第一次边绕组、以及所述第二组输出绕组的第二次边绕组相连，用于通过有功融通和无功输出，实现三相功率平衡。
具体的，参见图2，其中T1即为本实施例中的变压器，AC为第一原边绕组，CB为第二原边绕组，第一原边绕组与第二原边绕组的公共连接点为C点，其中，A、B、C为高压侧三相电源输入端，AB和BC绕组额定电压等级为110kV或者66kV；需要说明的是，在本实施例中，以三相电源输入侧相序为ABC为例对本方案进行描述，但是三相电源输入侧相序并不局限于ABC，还可以为CAB、BCA、ACB、BAC、CBA等方式。
其中，所述变压器的原边与所述变压器的次边共铁芯。所述第一组输出绕组的容量不小于所述第二组输出绕组的容量。第一组输出绕组具有：输出电压的多档位电压等级调节功能；和/或，所述第二组输出绕组具有：输出电压的多档位电压等级调节功能。
具体的，在本实施例中，牵引供电绕组的容量大于第一组输出绕组的容量，以及第二组输出绕组的容量，并且第一组输出绕组的容量不小于第二组输出绕组的容量。参见图2中，与动力机车相连的左侧的绕组为本方案中的牵引供电绕组，变压器T1通过将两组110kV或66kV线电压转换为一组电力机车额定牵引供电电压27.5kV，从而满足电力机车静调/动调电能需求；本实施例中第一组输出绕组和第二组输出绕组可以输出两组变流器额定电压，满足变流器运行，该变流器额定电压可以为0.97kV或者其它等级，可以有多档电压等级档位可调节。并且，本方案中的第一组输出绕组和第二组输出绕组中次边绕组的数量可以为多个，但在本方案中，以第一组输出绕组中有一个第一次边绕组，第二组输出绕组中有一个第二次边绕组对本方案进行描述。
其中，所述平衡供电装置包括第一变流器、直流电容和第二变流器：
所述第一变流器与所述第一组输出绕组中的第一次边绕组相连；所述第二变流器与所述第二组输出绕组中的第二次边绕组相连；所述第一变流器与所述直流电容并联后与所述第二变流器相连。
具体的，本方案中的平衡供电装置(BPSD，Balanced Power Supply Device)用于检测机车牵引供电回路的电流，通过控制两个变流器的有功融通及无功输出，实现110kV或66kV进线侧三相电流平衡。参见图3，为本实施例提供的电力机车试验线平衡供电系统电路图，该电路图上的各设备的名称详见表1。需要说明的是，当第一组输出绕组和第二组输出绕组中的次边绕组的数量为多个时，相对应的与之连接的平衡供电装置也对应的为多个。
表1
Figure BDA0001268969600000051
Figure BDA0001268969600000061
基于上述实施例，在本实施例中还包括：
与三相电源相连的电压互感器，用于检测三相电源的三相母线电压；
一端与所述牵引供电绕组第一端相连，另一端与牵引供电系统的电流输入端相连的第一电流互感器，用于检测牵引供电线路的电流值。
具体的，参见图3及图4，本方案中与三相电源相连的电压互感器为PT，本实施例中的第一电流互感器为TA4，控制装置通过PT实时检测高压进线侧三相母线电压，以及通过TA4检测27.5kV牵引供电回路系统的电流，计算27.5kV牵引供电回路牵引或制动工况下的电流I1，计算出牵引供电子系统的有功功率P1和无功功率Q1，并控制两个变流器机组之间的功率融通以及变流器机组1的无功输出，具体为：第二变流器向第一变流器进行有功融通，转移有功功率P2，其中，P2＝0.5*P1；同时第一变流器输出容性无功功率Q2，第二变流器输出感性无功功率Q3，这样，便可通过控制两个变流器机组间的有功融通以及各自的无功输出，实现高压进线侧(110kV或66kV)三相输入电流相等，实现功率平衡。
在本方案中，可根据两个变流器的有功融通以及各自的无功输出计算出各个变流器的视在功率，具体的：
变流器机组1的视在功率为：
Figure BDA0001268969600000062
变流器机组2的视在功率为：
Figure BDA0001268969600000063
基于上述实施例，在本实施例中还包括：
设置于所述第一原边绕组和所述第二原边绕组与三相电源相连的三条线路上的三个电流互感器，用于检测三相电源的供电线路电流；
设置于所述第一次边绕组的第一端与所述第一变流器的连接线路上的第二电流互感器；
设置与所述第二次边绕组的第二端与所述第二变流器的连接线路上的第三电流互感器。
具体的，在本实施例中，用于检测三相电源的供电线路电流的三个电流互感器为：TA1、TA2和TA3，用于实时采集第一变流器电流的第二电流互感器为：TA5，用于实时采集第二变流器电流的第三电流互感器为：TA6，通过实时采集上述电流值并反馈回控制系统，以对变流器机组的输出进行实时修正，保证进线侧三相功率平衡。
基于上述实施例，还包括：
设置于所述第一原边绕组和所述第二原边绕组与三相电源相连的三条线路上的三个断路器。
具体的，本实施例中的断路器为QF1，参见图5，为本实施例提供的平衡供电系统控制及保护逻辑示意图；本实施例中的控制装置通过PT实时检测高压母线侧的电压，通过TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6检测系统各支路电流，并与保护定值进行比较。若采集的电流值超过设定值，则动作于断路器QF1跳闸，同时将故障信号发送至控制系统，停止变流器机组1和变流器机组2的输出；控制装置实时检测两个变流器机组的状态反馈信号，当检测到任一机组出现故障时，停止发送变流器机组1和变流器机组2的控制命令，并动作于断路器QF1跳闸。同时，控制装置还采集了隔离开关QS1的位置信号，作为断路器QF1软逻辑连锁，防止系统检修时误合断路器QF1。
其中，所述第一组输出绕组中的第一次边绕组为高阻抗次边绕组；和/或，所述第二组输出绕组中的第二次边绕组为高阻抗次边绕组。
本实施例中牵引变压器次边的两个变流器机组专用绕组可以是按照正常的低阻抗值设计，但是与变流器机组连接时，还需要在回路中间串联一台电抗器；因此，在本实施例中，为了节约设备投资和占地面积，在本实施例中的牵引变压器次边的两个变流器机组专用绕组为高阻抗设计，可以直接连接至变流器机组，无需外置电抗器，降低系统损耗。
可见，通过本方案提供的一种电力机车试验线平衡供电系统，能够满足电力机车静调/动调试验需求，实现高压110kV侧(以及东北地区66kV)三相实时平衡供电，消除负序和电压波动对共公共连接点处其它供电线路下游敏感负荷的影响，保证供电安全、可靠。同时，本装置工作原理简单有效，一次系统构成简洁，功能和结构分区清晰，检修和维护方便。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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，在其它实施例中实现。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 (10)

1.一种电力机车试验线平衡供电系统，其特征在于，包括：变压器、牵引供电系统和平衡供电装置；
所述变压器的原边包括：具有公共连接点的第一原边绕组和第二原边绕组；所述变压器的次边包括：牵引供电绕组、第一组输出绕组和第二组输出绕组；
所述牵引供电绕组与所述牵引供电系统相连，用于将两组110kV或66kV线电压转换为一组电力机车额定牵引供电电压27.5kV；
一端与所述牵引供电绕组第一端相连，另一端与所述牵引供电系统的电流输入端相连的第一电流互感器，用于检测牵引供电线路的电流值；
所述平衡供电装置与所述第一组输出绕组中的第一次边绕组、以及所述第二组输出绕组的第二次边绕组相连，用于检测机车牵引供电回路的电流，通过控制两个变流器的有功融通及无功输出，实现110kV或66kV进线侧三相电流平衡。
2.根据权利要求1所述的电力机车试验线平衡供电系统，其特征在于，所述变压器的原边与所述变压器的次边共铁芯。
3.根据权利要求2所述的电力机车试验线平衡供电系统，其特征在于，所述第一组输出绕组的容量不小于所述第二组输出绕组的容量。
4.根据权利要求1所述的电力机车试验线平衡供电系统，其特征在于，所述第一组输出绕组中的第一次边绕组为高阻抗次边绕组；和/或，所述第二组输出绕组中的第二次边绕组为高阻抗次边绕组。
5.根据权利要求1所述的电力机车试验线平衡供电系统，其特征在于，所述第一组输出绕组具有：输出电压的多档位电压等级调节功能；和/或，所述第二组输出绕组具有：输出电压的多档位电压等级调节功能。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的电力机车试验线平衡供电系统，其特征在于，所述平衡供电装置包括第一变流器、直流电容和第二变流器：
所述第一变流器与所述第一组输出绕组中的第一次边绕组相连；所述第二变流器与所述第二组输出绕组中的第二次边绕组相连；所述第一变流器与所述直流电容并联后与所述第二变流器相连。
7.根据权利要求6所述的电力机车试验线平衡供电系统，其特征在于，所述第一组输出绕组包括一个第一次边绕组，所述第二组输出绕组包括一个第二次边绕组。
8.根据权利要求7所述的电力机车试验线平衡供电系统，其特征在于，还包括：
与三相电源相连的电压互感器，用于检测三相电源的三相母线电压。
9.根据权利要求7所述的电力机车试验线平衡供电系统，其特征在于，还包括：
设置于所述第一原边绕组和所述第二原边绕组与三相电源相连的三条线路上的三个电流互感器，用于检测三相电源的供电线路电流；
设置于所述第一次边绕组的第一端与所述第一变流器的连接线路上的第二电流互感器；
设置与所述第二次边绕组的第二端与所述第二变流器的连接线路上的第三电流互感器。
10.根据权利要求7所述的电力机车试验线平衡供电系统，其特征在于，还包括：
设置于所述第一原边绕组和所述第二原边绕组与三相电源相连的三条线路上的三个断路器。
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