CN110126682A - 一种电气化铁路双边供电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电气化铁路双边供电方法，涉及交流电气化铁路供电技术领域。本方法所用到的铁道供电系统由牵引变电所及其之间的牵引网和分区所组成，牵引变电所由牵引变压器和电压补偿装置组成，分区所中的断路器将其两侧的牵引网联通构成双边供电；通过光纤通信电压补偿装置可以实时获得相邻牵引所的馈线电压和本所馈线电压，当两所牵引变压器输出电压相位不一致时，用电压补偿装置来调节一个变电所的馈线电压相位，来减小与相邻牵引所之间的电压相位差，因此减小甚至消除牵引供电系统与电力系统并联而在牵引网中产生的均衡电流。

Description

一种电气化铁路双边供电方法
技术领域
本发明涉及交流电气化铁路双边供电技术领域，尤其涉及一种电气化铁路取消分区所电分相实现双边供电的方法。
背景技术
我国的电气化铁路采用工频单相交流制，为了降低单相牵引负荷在电力系统中引起的负序影响，无论是普速铁路还是高铁，牵引变电所都实行换相连接。采用换相连接之后导致各供电区段电压不同相，因此需要设置电分相环节。电分相环节极大地制约了高铁和重载铁路的发展，成了牵引网的薄弱环节。
取消电分相、实现连续不间断供电是牵引供电的终极目标。
取消电分相分两种情形：一种是取消牵引变电所出口处的电分相，可采用单相牵引变压器或与之配套的同相补偿技术，称为同相供电；另一种是取消分区所处的电分相，需实施双边供电。采用双边供电模式可进一步提高供电能力，特别是对牵引网电压有很好的改善作用，且牵引网电能损失也会减小，其主要原因是双边供电在任意时刻都可以从两侧变压器取流，从而改变了牵引网中的电流分配。
我国电气化铁路牵引供电系统一直采用单边供电方式，主要是由我国电力系统管理模式决定的。我国电力系统要求高压环网、低压解网、呈树状供电。双边供电因牵引网与电网并联而在牵引网中产生一个电流分量，称为均衡电流。实施双边供电的关键是减小均衡电流，使其达到最小的或允许的程度。
为此，本发明提出一种电气化铁路实现双边供电，减小均衡电流的方法。
发明内容
本发明提出了一种电气化铁路双边供电方法，它能有效地解决取消牵引网中分区所处的电分相，通过电压补偿装置调节牵引变电所馈线电压相位的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：一种电气化铁路双边供电方法，包括牵引变电所SSk和相邻牵引变电所SSk+1及其间的牵引网OCS、分区所SPk；所述牵引变电所SSk内设有牵引变压器TTk、电压补偿装置PHCk；所述电压补偿装置PHCk包括高压并联变压器HMTk、晶闸管阀组THk、控制器CDk、牵引串联变压器TRk；其中，所述牵引变压器TTk、电压补偿装置PHCk均为单相结构，高压并联变压器HMTk原边绕组的一端a与牵引变压器TTk原边绕组中点相接；牵引变压器TTk原边绕组连接电力系统的线电压，即连接在三相中的两相之间，次边连接牵引网OCS和地；高压并联变压器HMTk原边绕组的另一端b连接所述线电压三相中的另一相；高压并联变压器HMTk次边绕组连接晶闸管阀组THk的输入端，晶闸管阀组THk的输出端连接牵引串联变压器TRk原边，产生与牵引变压器TTk相差90°的正交电压牵引串联变压器TRk次边串接在馈线上；高压并联变压器HMTk次边侧采用匝数比为1:3:9的绕组结构，通过控制晶闸管阀组THk的导通、关断实现27个级差的分级相位调节；控制器CDk通过光纤FO来实时获取相邻牵引变电所SSk+1电压互感器测量的单相变压器TTk+1的出线电压和本所单相变压器TTk的出线电压根据电压的相位差δ和幅值大小，实时控制晶闸管导通、关断，使晶闸管阀组THk输出端的正交电压大小改变；需要相位补偿时断路器QF打开，以串入正交电压来减小两相邻牵引变电所馈线电压的相位差，减小均衡电流，实现双边供电。
所述电压补偿装置PHCk共设置27个档位，能实现-13°到13°的相位调节；当电压 的相位不同时，确定两者之间的相位差δ，如果则对电压进行相位补偿，并控制对应的晶闸管导通、关断，将相位差补偿到接近于0。
所述电压补偿装置PHCk的相位调节是指：当电压的相位不同时，确定两者之间的相位差δ，如果则对电压进行相位补偿，并控制对应的晶闸管导通、关断，将相位差补偿到接近于0。
所述电压补偿装置PHCk的相位调节是指：当电压的相位相同时，则不对电压进行相位补偿，控制相应的晶闸管导通、关断，并保证断路器QF闭合。
所述电压补偿装置PHCk的相位补偿是指：当需要进行相位补偿时，用于补偿相位差δ而在牵引变电所馈线串联注入正交电压的大小串联正交电压的大小由相位差δ和单相牵引变压器输出电压确定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、可以实现电气化铁路双边供电，不仅取消了分区所电分相，且可以极大减小甚至消除均衡电流，避免对电力系统产生不良影响。
二、另外也可以在牵引变电所处设置了同相补偿装置，使电压补偿装置与牵引变电所的同相补偿装置相结合，不仅可以取消分区所处电分相，也可以取消牵引所出口处的电分相，实现全线无分相贯通供电。
三、牵引网实现双边供电，更有利于再生列车电能的被牵引列车利用，减少从电力系统的取电，大大增加节能效果。
四、利用电压补偿装置使牵引网实现双边供电，可以减小牵引变电所之间的负载不平衡，优化牵引变压器的容量，节省电费。
五、本发明技术先进、性能优越，比较易于实施。
附图说明
图1是本发明实施例中所述电气化铁路双边供电系统结构示意图；
图2是本发明中电压补偿装置PHCk的结构示意图；
图3是本发明电压补偿装置补偿电压相位的原理图。
具体实施方式
为了更好理解本发明创造，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
一种电气化铁路双边供电方法，包括牵引变电所SSk和相邻牵引变电所SSk+1及其间的牵引网OCS、分区所SPk；所述牵引变电所SSk内设有牵引变压器TTk、电压补偿装置PHCk；所述电压补偿装置PHCk包括高压并联变压器HMTk、晶闸管阀组THk、控制器CDk、牵引串联变压器TRk；其中，所述牵引变压器TTk、电压补偿装置PHCk均为单相结构，高压并联变压器HMTk原边绕组的一端a与牵引变压器TTk原边绕组中点相接；牵引变压器TTk原边绕组连接在三相高压母线的B、C两相上，次边连接牵引网OCS和地；高压并联变压器HMTk原边绕组的另一端b连接在三相高压母线的A相上；高压并联变压器HMTk次边绕组连接晶闸管阀组THk的输入端，晶闸管阀组THk的输出端连接牵引串联变压器TRk原边，产生与牵引变压器TTk相差90°的正交电压牵引串联变压器TRk次边经端头3、端头4串接在馈线上；高压并联变压器HMTk次边侧，即绕组E1、绕组E2、绕组E3采用匝数比为1:3:9的绕组结构，通过控制晶闸管阀组THk的导通、关断实现27个级差的分级相位调节；控制器CDk通过光纤FO来传输信息，经接口1、接口2来实时获取相邻牵引变电所SSk+1电压互感器PTk+1测量的单相变压器TTk+1的出线电压和本所电压互感器PTk测量的单相变压器TTk的出线电压根据电压的相位差δ和幅值大小，实时控制晶闸管导通、关断，使晶闸管阀组THk输出端的正交电压大小改变；需要相位补偿时断路器QF打开，以串入正交电压来减小两相邻牵引变电所馈线电压的相位差，减小均衡电流，实现双边供电。
当电压的相位不同时，确定两者之间的相位差δ，如果则对电压进行相位补偿，并控制对应的晶闸管导通、关断，将相位差补偿到接近于0。
当电压的相位不同时，确定两者之间的相位差δ，如果则对电压进行相位补偿，并控制对应的晶闸管导通、关断，将相位差补偿到接近于0。
当电压的相位相同时，则不对电压进行相位补偿，控制相应的晶闸管导通、关断，并保证断路器QF闭合。
当需要进行相位补偿时，用于补偿相位差δ而在牵引变电所馈线串联注入正交电压的大小可见串联正交电压的大小由相位差δ和单相牵引变压器输出电压确定，电压补偿装置补偿电压相位的原理，如图3所示。
电压补偿装置一共设置了27个档位，可以实现-13°到13°的相位调节，以高压并联变压器次边绕组E1为例，与其相连的晶闸管编号依次为D1、D2、D3、D4，控制方法如下：当D1与D4导通，D2与D3截止时，绕组正向串联；当D2与D3导通，D1与D4截止时，绕组反向串联；当D1与D2导通、D3与D4截至(或D3与D4导通、D1与D2截至)，绕组不串入；根据公式可得各个档位调节时串入电压的幅值大小，下面给出的表格中，取27.5kV。
根据上述控制方法，表1给出了电压补偿装置可实现的-13°到13°的相位调节，表中+表示绕组正向串联，-表示绕组反向串联，×表示绕组不串入。
表1电压补偿装置的工作状态
假设图1中电压互感器PTk测得的电压值电压互感器PTk+1测得的电压值牵引变电所SSk和牵引变电所SSk+1之间牵引网的长度为50km，单线铁路、单链型悬挂牵引网单位长度阻抗Z＝0.232+j0.515Ω/km，若牵引网处于空载状态，则此时牵引网上流过的均衡电流为0.1646+j0.0388kA；如果此时使用电压补偿装置对牵引变电所SSk+1的出线电压进行补偿，则串联注入正交电压补偿后的电压为27.42∠0°kV，补偿后牵引网上流过的均衡电流为0.0012-j0.0027kA，显然，使用电压补偿装置补偿牵引变电所馈线电压对降低均衡电流具有显著的作用。

Claims (5)

1.一种电气化铁路双边供电方法，包括牵引变电所SSk和相邻牵引变电所SSk+1及其间的牵引网OCS、分区所SPk；所述牵引变电所SSk内设有牵引变压器TTk、电压补偿装置PHCk；所述电压补偿装置PHCk包括高压并联变压器HMTk、晶闸管阀组THk、控制器CDk、牵引串联变压器TRk；其中，所述牵引变压器TTk、电压补偿装置PHCk均为单相结构，其特征在于：高压并联变压器HMTk原边绕组的一端a与牵引变压器TTk原边绕组中点相接；牵引变压器TTk原边绕组连接电力系统的线电压，即连接在三相中的两相之间，次边连接牵引网OCS和地；高压并联变压器HMTk原边绕组的另一端b连接所述线电压三相中的另一相；高压并联变压器HMTk次边绕组连接晶闸管阀组THk的输入端，晶闸管阀组THk的输出端连接牵引串联变压器TRk原边，产生与牵引变压器TTk相差90°的正交电压牵引串联变压器TRk次边串接在馈线上；高压并联变压器HMTk次边侧采用匝数比为1:3:9的绕组结构，通过控制晶闸管阀组THk的导通、关断实现27个级差的分级相位调节；控制器CDk通过光纤FO来实时获取相邻牵引变电所SSk+1电压互感器测量的单相变压器TTk+1的出线电压和本所单相变压器TTk的出线电压根据电压的相位差δ和幅值大小，实时控制晶闸管导通、关断，使晶闸管阀组THk输出端的正交电压大小改变；需要相位补偿时断路器QF打开，以串入正交电压来减小两相邻牵引变电所馈线电压的相位差，减小均衡电流，实现双边供电。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路双边供电方法，其特征在于：所述电压补偿装置PHCk共设置27个档位，能实现-13°到13°的相位调节；当电压的相位不同时，确定两者之间的相位差δ，如果则对电压进行相位补偿，并控制对应的晶闸管导通、关断，将相位差补偿到接近于0。
3.根据权利要求2所述的一种电气化铁路双边供电方法，其特征在于：所述电压补偿装置PHCk的相位调节是指：当电压的相位不同时，确定两者之间的相位差δ，如果则对电压进行相位补偿，并控制对应的晶闸管导通、关断，将相位差补偿到接近于0。
4.根据权利要求2所述的一种电气化铁路双边供电方法，其特征在于：所述电压补偿装置PHCk的相位调节是指：当电压的相位相同时，则不对电压进行相位补偿，控制相应的晶闸管导通、关断，并保证断路器QF闭合。
5.根据权利要求2所述的一种电气化铁路双边供电方法，其特征在于：所述电压补偿装置PHCk的相位补偿是指：当需要进行相位补偿时，用于补偿相位差δ而在牵引变电所馈线串联注入正交电压的大小串联正交电压的大小由相位差δ和单相牵引变压器输出电压确定。
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