CN108725262A - 一种基于Vv联结牵引变压器的供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于Vv联结牵引变压器的供电系统，包括：与三相电源相连的Vv联结牵引变压器；Vv联结牵引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；与牵引供电绕组相连的牵引供电系统。可见，由于只需要为一个牵引供电系统供电，因此可取消变电所出口处的分相区，实现同相供电；电力机车及动车组等通过本变电所供电区段时，无需断电降弓或者通过地面自动过分相装置转换，单相平滑连续受流，有效保证了牵引功率的持续发挥；同时，电力机车及动车组等不再存在通过分相区时的速度损失，可以缩短运输时长，充分发挥线路运能。

Description

一种基于Vv联结牵引变压器的供电系统
技术领域
本发明涉及牵引供电技术领域，更具体地说，涉及一种基于Vv联结牵引变压器的供电系统。
背景技术
牵引变压器是连接电力系统和牵引供电系统的核心设备，主要完成变压和向牵引供电负荷传递功率的功能。Vv接线牵引变压器因其具有系统容量利用率高、变电所结构简单、工程投资少等优点，使得Vv接线牵引变压器在中国电气化铁路项目中被广泛采用。目前铁路牵引变电所的主变压器牵引变电所高压侧一般接入110kV或220kV电压等级，通过Vv接线牵引变压器降压至27.5kV，通过牵引网向电力机车供电。基于传统Vv接线牵引变压器的变电所接线原理图见图1，其中，牵引变压器T1的一次侧联结三相110kV对称电源，牵引侧是两个单相27.5kV输出端(α、β)。同时，由于两个单相27.5kV输出端相位不同，为防止双边电源短路，变电所两个27.5kV输出端之间需要设置电分相区，参见见图2。电分相使得牵引供电系统存在供电孤岛，限制了电力机车及动车组的平滑连续受流，影响牵引功率的持续发挥，增加了运输时长，降低了铁路运能，并且目前普遍采用的自动过电分相装置均存在机电过程复杂、动作频繁、可靠性低、使用寿命短等问题。
因此，如何实现取消变电所出口处的分相区，实现同相供电，避免牵引供电系统存在供电孤岛，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基于Vv联结牵引变压器的供电系统，以实现取消变电所出口处的分相区，实现同相供电，避免牵引供电系统存在供电孤岛，对电力机车及动车组的平滑连续及牵引功率的持续发挥带来影响。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种基于Vv联结牵引变压器的供电系统，包括：
与三相电源相连的Vv联结牵引变压器；
所述Vv联结牵引变压器的原边包括与三相电源相连的第一原边绕组和第二原边绕组，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组具有公共连接点；
所述Vv联结牵引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；
所述第一原边绕组与所述牵引供电绕组和所述第一组输出绕组共铁芯，所述第二原边绕组和所述第二组输出绕组共铁芯，且所述牵引供电绕组的容量大于所述第一组输出绕组的容量、以及所述第二组输出绕组的容量；
与所述牵引供电绕组相连的牵引供电系统。
其中，还包括平衡供电装置；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，所述第一次边绕组为高阻抗次边绕组；和/或，所述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；
设置于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。
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，所述牵引供电绕组向牵引供电系统输出的额定电压为27.5kv。
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。
通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种基于Vv联结牵引变压器的供电系统，包括：与三相电源相连的Vv联结牵引变压器；所述Vv联结牵引变压器的原边包括与三相电源相连的第一原边绕组和第二原边绕组，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组具有公共连接点；所述Vv联结牵引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；所述第一原边绕组与所述牵引供电绕组和所述第一组输出绕组共铁芯，所述第二原边绕组和所述第二组输出绕组共铁芯，且所述牵引供电绕组的容量大于所述第一组输出绕组的容量、以及所述第二组输出绕组的容量；与所述牵引供电绕组相连的牵引供电系统。
可见，在本方案中，由于只需要为一个牵引供电系统供电，因此可取消变电所出口处的分相区，实现同相供电；电力机车及动车组等通过本变电所供电区段时，无需断电降弓或者通过地面自动过分相装置转换，单相平滑连续受流，有效保证了牵引功率的持续发挥；同时，电力机车及动车组等不再存在通过分相区时的速度损失，可以缩短运输时长，充分发挥线路运能。
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为基于传统Vv接线牵引变压器的变电所接线原理图；
图2为基于传统Vv接线牵引变压器的变电所出口处电分相位置示意图；
图3为本发明实施例公开的一种基于Vv联结牵引变压器的牵引供电系统示意图；
图4为本发明实施例公开的一种基于Vv联结牵引变压器的平衡供电系统电路图；
图5为本发明实施例公开的基于Vv联结牵引变压器的平衡供电系统原理图；
图6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基于Vv联结牵引变压器的供电系统，以实现取消变电所出口处的分相区，实现同相供电，避免牵引供电系统存在供电孤岛，对电力机车及动车组的平滑连续及牵引功率的持续发挥带来影响。
参见图3，本发明实施例提供的一种基于Vv联结牵引变压器的牵引供电系统，包括：
与三相电源相连的Vv联结牵引变压器；
所述Vv联结牵引变压器的原边包括与三相电源相连的第一原边绕组和第二原边绕组，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组具有公共连接点；
所述Vv联结牵引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；
所述第一原边绕组与所述牵引供电绕组和所述第一组输出绕组共铁芯，所述第二原边绕组和所述第二组输出绕组共铁芯，且所述牵引供电绕组的容量大于所述第一组输出绕组的容量、以及所述第二组输出绕组的容量；
与所述牵引供电绕组相连的牵引供电系统。
具体的，参见图3，为本实施例提供的一具体的牵引供电系统，其中T1即为Vv联结牵引变压器，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220kV；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。所述第一次边绕组为高阻抗次边绕组；和/或，所述第二次边绕组为高阻抗次边绕组。
本实施例中Vv联结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Vv联结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。
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。所述牵引供电绕组向牵引供电系统输出的额定电压为27.5kv。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。
参见图3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220kV线电压转换为一组电力机车额定牵引供电电压27.5kV，从而满足牵引供电需求；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。
并且，本方案中的变压器的牵引供电绕组的容量大于第一次边绕组和第二次边绕组的容量；第一次边绕组的容量大于或者等于第二次边绕组的容量。由于本变压器只需输出一组27.5kV电压，因此可以取消变电所出口处的分相区，实现同相供电。电力机车及动车组等通过本变电所供电区段时，无需断电降弓或者通过地面自动过分相装置转换，单相平滑连续受流，有效保证了牵引功率的持续发挥；同时，电力机车及动车组等不再存在通过分相区时的速度损失，可以缩短运输时长，充分发挥线路运能。
基于上述实施例，在本实施例中还包括平衡供电装置；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220kV进线侧三相电流平衡。参见图4，为本实施例提供的基于Vv联结牵引变压器的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
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4及图5，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220kV)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：
变流器机组2的视在功率为：
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；
设置于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，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断路器。
具体的，本实施例中的断路器为QF1，参见图6，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。
可见，本方案中的一种Vv联结牵引变压器的电气化铁路路平衡供电系统，可以满足牵引供电系统供电需求，同时能够实现高压进线侧三相平衡供电，有效控制牵引负荷对牵引供电系统和公共电网造成的电压波动、负序等一系列不利影响，显著提高牵引网及三相公共电网的供电质量，以及牵引供电及公共电网运营的安全性和经济性；并且，该平衡供电系统工作原理简单有效，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)

1.一种基于Vv联结牵引变压器的供电系统，其特征在于，包括：
与三相电源相连的Vv联结牵引变压器；
所述Vv联结牵引变压器的原边包括与三相电源相连的第一原边绕组和第二原边绕组，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组具有公共连接点；
所述Vv联结牵引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；
所述第一原边绕组与所述牵引供电绕组和所述第一组输出绕组共铁芯，所述第二原边绕组和所述第二组输出绕组共铁芯，且所述牵引供电绕组的容量大于所述第一组输出绕组的容量、以及所述第二组输出绕组的容量；
与所述牵引供电绕组相连的牵引供电系统。
2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，还包括平衡供电装置；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。
3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述第一次边绕组为高阻抗次边绕组；和/或，所述第二次边绕组为高阻抗次边绕组。
4.根据权利要求2所述的供电系统，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。
5.根据权利要求4所述的供电系统，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；
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。
6.根据权利要求4所述的供电系统，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；
设置于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。
7.根据权利要求4所述的供电系统，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。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的供电系统，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。
9.根据权利要求8所述的供电系统，其特征在于，所述牵引供电绕组向牵引供电系统输出的额定电压为27.5kV。
10.根据权利要求8所述的供电系统，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。
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