CN1909353A - 一种牵引送变电设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牵引送变电设备，其组成为：三相变压器与公用高压电网相连，单相变压器与铁路牵引负荷相连，三相变压器与单相变压器之间依次连接三相整流逆变器、直流储能器、单相整流逆变器。该装置能实现铁路的相邻变电所输出同相，铁路线全线同相贯通而无需分相，各牵引变电所区段供电电压稳频、稳压，保证机车的高速、重载运行；铁路牵引负荷的供电系统从公用电网上三相取电、隔扰联结，彻底消除铁路牵引负荷因分段单相取电，对公用电网电能质量的影响。

Description

一种牵引送变电设备

所属技术领域

本发明涉及一种机车牵引送变电装置。

背景技术

单相系统所具有的结构简单、建设成本低、运用和维护方便等优点，决定了在电气化铁路普遍采用单相工频交流电为铁路机车供电。而电力系统希望所有的负载都从电网取用三相对称的基波电流，以充分利用设备，线路的容量，减少无功电流和谐波电流对系统的危害。为满足该要求，电气化铁道采用相序轮换、分段分相供电的方案，也即铁路沿线每20-25km作为一个供电区段，各个区段依次分别由电网中的不同相供电，各区段之间设置30m左右的分相区段，并由分相装置进行分相。当各相分别供电的区段上运行相同的负荷的机车时，就可使电力系统在大的范围内三相负荷的平衡。

但是，由于各区段的牵引负荷的大小不可能随时处于平衡等因素的影响，分相分段方案只是在一定程度上减轻了三相不平衡的影响，没有从根本上解决铁路负荷单相用电对整个公用电网的影响，使电力部门的工作受到影响。电气化铁道由于影响电能质量的问题被迫修改设计方案，增大投资，处境被动的情况时有发生。

同时，由于电分相装置的存在，当机车运行到一个供电区段末端时，必须经过退级、断电等一系列复杂的操作，滑行到下一个区段再逐项恢复正常运行，这既增加了机车操作的复杂程度，同时又严重制约了机车运行速度的提高和牵引力的发挥。

对于我国现行的状态而言，急需发展高速重载铁路。现有的机车牵引供电系统在实现高速、重载机车牵引时，更加不适应，主要表现在：

(1)高速和重载运输则要求机车受电弓平滑连续受流，而分相环节的存在，使受电弓上的电流时断时续，这大大影响了机车的运行速度。同时分相环节也是整个系统中最薄弱的环节之一。虽然有自动过分相装置，但因其电压高、转换动作频繁，其准确性和可靠度都存在严重问题，还不能完全解决电分相对机车运行的不利影响。

(2)高速、重载运输都需要大容量供电，为满足国家标准中电力系统对电气化铁道以负序为突出的电能质量的限制指标，原有单相供电方式所使用的无功补偿技术已无法适应。若在牵引变电所采用可调对称补偿技术，即使在机车上使用交-直-交的电源(不计其无功和谐波)，因容量更大，负序更为突出，技术和经济上均难达到理想状态。

(3)我国将建设的高速铁路可能是高、中速混跑模式，若出现交-直-交电源的机车与交-直电源的机车混用局面，除负序外，无功和谐波仍然存在，电能质量不能改善，电气化铁路面临高价电费问题。

(4)能源危机、环境污染是困扰国家发展的头等问题。为此国家产业政策鼓励开发各种可再生绿色能源如太阳能、风能、地热、沼气等。这些能源与天气、环境之间关系密切，稳定性、可调性不如火电、核电等发电厂，其转换为电能后，如何并入公用电网且合理利用存在着技术问题。比如青藏铁路建设中的太阳能、风能发电厂的如何并网运行等问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种牵引送变电设备，该装置能实现铁路的相邻变电所输出同相，铁路线全线同相贯通而无需分相，各牵引变电所区段供电电压稳频、稳压，保证机车的高速、重载运行；铁路牵引负荷的供电系统从公用电网上三相取电、隔扰联结，彻底消除铁路牵引负荷因分段单相取电，对公用电网电能质量的影响。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种牵引送变电设备，其组成为：三相变压器与公用高压电网相连，单相变压器与铁路牵引负荷相连，三相变压器与单相变压器之间依次连接三相整流/逆变器、直流储能器、单相整流/逆变器。

本发明的工作原理是：本发明安装于铁路线上的各牵引变电所，公用高压电网上的三相高压电(通常为110kV或220kV)经三相变压器变低为较低的高压电如6kV，然后由三相整流/逆变器整流变换为直流电压，送直流储能器，直流储能器输出的直流电，经单相整流/逆变器再转换为铁路牵引负荷所需的单相高压交流电(通常为27.5kV或25kV)。且在变换过程中，各牵引变电所的单相/整流逆变器可采用同相策略控制，使各牵引变电所对牵引机车同相供电。

而铁路牵引负荷(列车)在制动时，列车的动能经列车上的装置转换为电能，该电能通过单相变压器变换为交流电后，再经单相/整流逆变器转换为直流送直流储能器，将该电能储存在直流储能器中，在列车启动时，该电能反向流动，提供给列车使用，这样可降低三相变压器的容量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、在同相策略控制下，使各牵引变电所的单相整流/逆变器向牵引机车同相供电，使各牵引变电所区段供电电压稳频、稳压，铁路线上所有变电所的电压输出同相贯通，而无需采用相序轮换、分相分段供电，从根本上避免了电分相环节，既使机车运行可靠，又使机车能够高速、稳定运行。尤其适用于重载、高速列车。

二、铁路牵引负荷的供电系统由三相变压器从公用电网上三相对称取电，彻底避免了原单相取电产生负序电流严重影响电网电能质量的问题；并通过直流储能器将牵引供电系统和公用电网隔离开来，实现隔扰联结，彻底消除铁路牵引负荷的大量无功成分与谐波对公用电网电能质量的影响，使电力供电系统的经济与安全可靠运行得到保证，铁路系统彻底摆脱因影响电力系统的电能质量与安全而支付高价电费或罚款的困境。

三、直流储能器还能有效地吸收列车制动能量，并能提供列车起动能量，降低三相变压器的容量。

上述的直流储能器还与辅助供电装置相连。

接入的辅助供电装置可以是铁路沿线的太阳能、风能等发供电系统中的供电输出装置。通过本发明将以上发电系统输出的直流电送入直流储能器。正常情况下，可由直流储能器经单相整流/逆变器再转换为铁路牵引负荷所需的单相高压交流电(通常为27.5kV或25kV)供牵引使用；而当辅助供电装置提供的电能功率很大或者铁路牵引负荷小甚至没有时，则直流储能器可将接收到的电能输送给三相整流/逆变器，将直流电逆变为三相交流电，再由三相变压器升压成公用高压电网的电压并入公用电网。这样，可实现多个不同能源发供电系统的相互联结，符合国家能源发展规划和环保的要求。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1是本发明的电气连接原理示意图。

图2是本发明安装在铁路牵引变电所的示意图。

具体实施方式

实施例

图1、图2示出，本发明的一种具体实施方式为：一种牵引送变电设备，其组成为：三相变压器1与公用高压电网相连，单相变压器5与铁路牵引负荷6相连，三相变压器1与单相变压器5之间依次连接三相整流/逆变器2、直流储能器3、单相整流/逆变器4。直流储能器3还与辅助供电装置7相连。

图2还示出，本发明的装置安装于铁路沿线的牵引变电所中，由本发明的装置对牵引负荷进行同相供电。为检修方便，牵引变电所之间设有分段绝缘器8。

Claims (2)

1、一种牵引送变电设备，其组成为：三相变压器(1)与公用高压电网相连，单相变压器(5)与铁路牵引负荷(6)相连，三相变压器(1)与单相变压器(5)之间依次连接三相整流/逆变器(2)、直流储能器(3)、单相整流/逆变器(4)。

2、如权利要求1所述的一种牵引送变电设备，其特征在于：所述的直流储能器(3)还与辅助供电装置(7)相连。

Images