CN203611784U - 一种电气化铁路双边供电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电气化铁路双边供电系统，由相邻的牵引变电所及其间的牵引网、分区所组成，在牵引变电所牵引变压器的次边分别串接电抗器，分区所中的断路器将其两侧的牵引网联通而对其构成双边供电；两相邻牵引变电所电抗器的电抗值之和=满足电力系统均衡电流要求的最小值；相邻牵引变电所的电抗器的电抗值与相应的牵引变压器的漏抗值之和的比值与该相邻牵引变电所牵引变压器的额定容量的比值成反比；为减少牵引变电所占地，可将牵引变压器与其串接的电抗器合并为更紧凑的高漏抗牵引变压器；本实用新型可取消相邻牵引变电所之间分区所处的电分相并且不影响电力系统正常运行，技术先进、易于实施。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电气化铁路双边供电系统，特别涉及由交直交电气列车牵引的电气化铁路取消分区所电分相的双边供电系统。
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，决定了电气化铁路牵引网普遍采用单相工频交流电为电气列车牵引负荷供电。为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能均匀分配，电气化铁路牵引网采用了轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处的相邻供电区之间用分相绝缘器分割，形成电分相，也称分相。电分相是牵引网最薄弱的环节和供电瓶颈，电气列车通过电分相最易引发事故，影响供电和行车安全。
解决电分相不外有两种方法：一是采用自动过分相技术，一是取消电分相。
对于前者，随着列车速度的不断升高，在司机无法手动进行退级、关辅助机组、断主断路器、靠列车惯性驶过中性段、再合主断路器、合辅助机组、进级恢复牵引功率来完成过分相的情况下，为防止电气列车带电通过电分相因燃弧而烧坏接触网悬挂部件，甚至导致相间短路等事故，需采取自动过分相技术，以提高列车带电、安全通过电分相的能力。现阶段主要有地面开关自动切换过分相、车载自动过分相以及柱上自动过分相等几种，但仍存在开关切换中列车通过电分相的暂态电气过程，易产生较大的操作过电压或过电流，造成牵引网与车载设备烧损等事故，甚至出现自动过分相失败，仍然影响供电可靠性和列车安全运行。可见，即使是采用自动过分相技术，电分相环节仍然是整个牵引供电系统中的薄弱环节。
对于后者，则分两种情形：情形一是采用同相供电技术，以取消牵引变电所出口处的电分相，其关键是有效治理负序电流，使三相电压不平衡度达到国标要求；情形二是实施双边供电，以取消分区所处的电分相，其关键是减小因牵引网与电力系统并联而在牵引网中产生的均衡电流，使其达到所允许的程度。
显然，取消电分相是解决电气化铁路牵引网供电瓶颈问题、增强其供电与运输能力的根本举措。与此同时，治理负序电流以使三相电压不平衡度达到国标要求、减小均衡电流并使其达到所允许的程度（如小于因三相输电线结构不对称而造成的零序分量）有利于促进电力与铁路的和谐发展。
本实用新型提出一种涉及由交直交电气列车牵引的电气化铁路取消分区所处电分相的双边供电系统。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种电气化铁路双边供电系统，取消相邻牵引变电所之间分区所处的电分相，且不影响电力系统的正常运行。
本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种电气化铁路双边供电系统，由相邻的牵引变电所SSk和牵引变电所SSk+1及其间的牵引网TNk、分区所SPk及牵引网TNk+1组成，其特征在于：牵引变电所SSk的牵引变压器TTk次边串接电抗器Lk，牵引变电所SSk+1的牵引变压器TTk+1次边串接电抗器Lk+1；分区所SPk中的断路器将牵引网TNk和牵引网TNk+1联通，相邻的牵引变电所SSk和牵引变电所SSk+1对牵引网TNk和牵引网TNk+1构成双边供电。
对于AT供电的牵引变电所,电抗器还可分解成两个，分别串接在牵引变压器次边。
本实用新型的工作原理是：在牵引变电所SSk、SSk+1分别串接电抗器Lk、Lk+1以降低均衡电流，使其达到电力系统所允许的程度。所谓均衡电流，是指牵引网与电力系统并联而在牵引网产生的附加电流。正常运行时，相邻牵引变电所SSk、SSk+1分别串接的电抗器Lk、Lk+1的电抗值与其相应的牵引变压器TTk、TTk+1的漏抗值的和值之比将决定电气列车牵引负荷的分配比例；功率因数滞后且接近1的交直交电气列车牵引负荷在牵引变电所SSk（SSk+1）的电抗器Lk（Lk+1）和牵引变压器TTk（TTk+1）漏抗上所产生的电压损失较小，甚至在功率因数超前且接近1的交直交电气列车牵引负荷通过时，还产生一定量的电压升高（负电压损失），因此，串接电抗器不影响正常供电电压水平。再者，牵引网发生短路故障时，牵引变电所SSk（SSk+1）串接的电抗器Lk（Lk+1）可以用作限流电抗器，降低短路电流。
具体的参数选择是：牵引变电所SSk的电抗器Lk的电抗值和牵引变电所SSk+1的电抗器Lk+1的电抗值的和值=满足电力系统均衡电流要求的最小值；牵引变电所SSk的电抗器Lk的电抗值与牵引变压器TTk的漏抗值的和值/牵引变电所SSk+1的电抗器Lk+1的电抗值与牵引变压器TTk+1的漏抗值的和值=牵引变电所SSk+1额定容量/牵引变电所SSk额定容量。
进一步地,为了减少占地，可将牵引变电所牵引变压器与串接的电抗器合并制造成结构更为紧凑的高漏抗牵引变压器；高漏抗牵引变压器的漏抗值=原牵引变压器的漏抗值+电抗器的电抗值。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
一、本实用新型在牵引变电所串接适量电抗器可降低均衡电流，避免其对电力系统产生不允许的不良影响，从而取消分区所处的电分相，实施电气化铁路双边供电；并进而与牵引变电所的同相供电技术相结合，实现同一电力系统内的全铁路线的无电分相供电，电气化铁路牵引供电全面升级。
二、本实用新型在牵引变电所串接电抗器可以降低牵引网短路时的短路电流，从而减轻短路电流对牵引变压器、断路器等元件的冲击，有利于断路器的选型和切断故障，提高工作可靠性。
三、本实用新型选择相邻牵引变电所的电抗器的电抗值与其相应的牵引变压器的漏抗值之和的比值与该相邻牵引变电所牵引变压器的额定容量的比值成反比，可使牵引网的牵引负荷按此比例分配，并使牵引变电所牵引变压器的容量得到更好地利用。
四、功率因数滞后且接近1的交直交电气列车牵引负荷在牵引变电所电抗器和牵引变压器漏抗所产生电压损失较小，甚至在功率因数超前且接近1的交直交电气列车牵引负荷通过时，还产生一定量的电压升高（负电压损失），因此本实用新型所涉及的电抗器不影响正常供电电压水平。
五、本实用新型除了适于直接供电的牵引变电所和牵引网外，亦可用于AT供电的牵引变电所及其牵引网。
六、本实用新型技术先进、运行可靠，易于实施。下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例
如图1所示，一种电气化铁路双边供电系统，所采用的技术方案为：由相邻的牵引变电所SSk和牵引变电所SSk+1及其间的牵引网TNk、分区所SPk及牵引网TNk+1组成，牵引变电所SSk的牵引变压器TTk次边串接电抗器Lk，牵引变电所SSk+1的牵引变压器TTk+1次边串接电抗器Lk+1；分区所SPk中的断路器将牵引网TNk和牵引网TNk+1联通，相邻的牵引变电所SSk和牵引变电所SSk+1对牵引网TNk和牵引网TNk+1构成双边供电。
对于AT供电的牵引变电所,电抗器还可分解成两个，分别串接在牵引变压器次边。
本实用新型的工作原理是：在牵引变电所SSk、SSk+1分别串接电抗器Lk、Lk+1以降低均衡电流，使其达到电力系统所允许的程度。所谓均衡电流，是指牵引网与电力系统并联而在牵引网产生的附加电流。正常运行时，相邻牵引变电所SSk、SSk+1的电抗器Lk、Lk+1的电抗值与其相应的牵引变压器TTk、TTk+1的漏抗值的和值之比将决定电气列车牵引负荷的分配比例；功率因数滞后且接近1的交直交电气列车牵引负荷在牵引变电所SSk、SSk+1的电抗器Lk、Lk+1和牵引变压器TTk、TTk+1漏抗所产生的电压损失较小，甚至在功率因数超前且接近1的交直交电气列车牵引负荷通过时，还产生少量的电压升高（负电压损失），因此，串接的电抗器不影响正常供电电压水平。再者，牵引网发生短路故障时，牵引变电所SSk、SSk+1串接的电抗器Lk、Lk+1可以用作限流电抗器，降低短路电流。
具体的参数选择是：牵引变电所SSk的电抗器Lk的电抗值和牵引变电所SSk+1的电抗器Lk+1的电抗值的和值=满足电力系统均衡电流要求的最小值；牵引变电所SSk的电抗器Lk的电抗值与牵引变压器TTk的漏抗值的和值/牵引变电所SSk+1的电抗器Lk+1的电抗值与牵引变压器TTk+1的漏抗值的和值=牵引变电所SSk+1额定容量/牵引变电所SSk额定容量。
进一步地,为了减少占地，根据牵引变压器的漏抗值和电抗器的电抗值之和的大小，可将牵引变压器与串接的电抗器合并制造成结构更为紧凑的高漏抗牵引变压器，当然，高漏抗牵引变压器的漏抗值=原牵引变压器的漏抗值+电抗器的电抗值。
假设图1中电力系统ABC的220kV输电线在与牵引变电所SSk的公共连接点PCCk和与牵引变电所SSk+1的公共连接点PCCk+1之间的长度为50km，公共连接点PCCk（PCCk+1）到牵引变电所SSk（SSk+1）的输电线长度为10km，输电线采用三分裂导线，即单位长阻抗zL＝0.04+j0.3Ω/km，牵引变压器TTk和TTk+1额定容量均为31.5MVA，短路阻抗取10.5%，即归算到牵引侧的漏阻抗
zT＝0.2134+j2.52Ω；相邻牵引变电所距离为50km；牵引网空载电压为27.5kV；单线铁路、单链型悬挂牵引网阻抗z＝0.232+j0.515Ω/km；相邻牵引变电所的牵引变压器均输出额定牵引负荷，即牵引负荷额定电流为1145A；对于普速电气化铁路，若牵引负荷LC的功率因数为0.8（滞后），则牵引变电所的电压损失=2013V，对于现代交直交电气列车牵引的电气化铁路，若牵引负荷LC的功率因数为0.993（滞后），则牵引变电所的电压损失=730V，可见，电压损失大大减少，只有普速铁路的1/2.758；同时，由于均衡电流是牵引网与电力系统并联而在牵引网产生的附加电流，因此，均衡电流亦可用归算到统一电压下的牵引网阻抗与电力系统（输电线）阻抗之比值来描述，比值越大，均衡电流就越小。若允许的均衡电流为1%，即牵引网与电力系统并联阻抗比=100:1，此时电抗器Lk（Lk+1）的电抗值=1.73倍的牵引变压器TTk（TTk+1）牵引侧的漏抗，即4.36Ω，对应的牵引变电所电压损失=1522V；若进一步要求串接电抗器Lk（Lk+1）前后牵引变电所的电压损失不变，则要求将牵引负荷功率因数由0.993（功率因数角=6.78°，滞后）调整为0.9965（功率因数角=4.8°，超前）。进一步地，为了减少牵引变电所占地，可将牵引变压器与串接的电抗器合并制造成结构更紧凑的高漏抗牵引变压器，在此高漏抗牵引变压器的漏抗值=原牵引变压器的漏抗值2.52Ω+电抗器的电抗值1.73×2.52Ω=6.88Ω，即短路阻抗=2.73×10.5%=28.7%；若假设电力系统为无穷大系统，则对应的牵引网近端短路电流只有原来的1/2.73。
Claims (3)
1.一种电气化铁路双边供电系统，由相邻的牵引变电所SSk和牵引变电所SSk+1及其间的牵引网TNk、分区所SPk及牵引网TNk+1组成，其特征在于，牵引变电所SSk的牵引变压器TTk次边串接电抗器Lk，牵引变电所SSk+1的牵引变压器TTk+1次边串接电抗器Lk+1；分区所SPk中的断路器将牵引网TNk和牵引网TNk+1联通，相邻的牵引变电所SSk和牵引变电所SSk+1对牵引网TNk和牵引网TNk+1构成双边供电。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路双边供电系统，其特征在于，牵引变电所SSk的电抗器Lk的电抗值和牵引变电所SSk+1的电抗器Lk+1的电抗值的和值=满足电力系统均衡电流要求的最小值；牵引变电所SSk的电抗器Lk的电抗值与牵引变压器TTk的漏抗值的和值/牵引变电所SSk+1的电抗器Lk+1的电抗值与牵引变压器TTk+1的漏抗值的和值=牵引变电所SSk+1额定容量/牵引变电所SSk额定容量。
3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路双边供电系统，其特征在于，将牵引变压器与串接的电抗器合并制造成高漏抗牵引变压器；高漏抗牵引变压器的漏抗值=原牵引变压器的漏抗值+电抗器的电抗值。
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|---|---|---|---|---|
| CN103552488A (zh) * | 2013-11-05 | 2014-02-05 | 西南交通大学 | 一种电气化铁路双边供电系统 |
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| CN113258579A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-08-13 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 混合电源模式双边供电系统电气化铁路短路电流计算方法 |
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