CN219087011U - 三相平衡牵引供电变压器、三相平衡牵引供电装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相平衡牵引供电变压器，包括三相原边绕组、单相次边牵引绕组和三相次边补偿绕组，其中：所述三相原边绕组的三相端口A、B、C作为三相输入端口，用于连接三相交流电网；所述单相次边牵引绕组的单相端口T、F作为单相牵引输出端口，用于为单相牵引负载供电；所述三相次边补偿绕组的三相端口a、b、c作为三相补偿端口，用于与三相平衡补偿装置连接。本实用新型通过设置包括单相牵引输出端口的单相次边牵引绕组和包括三相补偿端口的三相次边补偿绕组，可以在使用本实用新型时实现三相到单相平衡供电，有效治理负序，满足三相电压平衡的电能质量要求。

Description

三相平衡牵引供电变压器、三相平衡牵引供电装置及系统

技术领域

本实用新型涉及交流电气化铁路供电领域，尤其涉及一种三相平衡牵引供电变压器、三相平衡牵引供电装置及系统。

背景技术

我国电气化铁道普遍采用单相工频交流制，为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能平衡，电气化铁道往往采用轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处的相邻供电区间便形成分相绝缘器，称为电分相或分相。为防止电力机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，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，采用了自动过分相技术，主要有地面开关自动过分相、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，影响供电可靠性和列车安全运行。因此，电分相环节是整个牵引供电系统中最薄弱的环节，列车过分相成为了高速铁路乃至整个电气化铁路牵引供电的瓶颈。

为此，有必要提出一种能够取消电分相的三相平衡供电方案，在实现取消电分相、消除供电瓶颈的同时，还能有效治理负序电流，满足三相电压平衡的电能质量要求，有利于促进电力与铁路的和谐发展。

实用新型内容

为解决以上技术问题，本实用新型的第一方面在于提供一种三相平衡牵引供电变压器，通过设置包括单相牵引输出端口的单相次边牵引绕组和包括三相补偿端口的三相次边补偿绕组，可以在使用本实用新型时实现三相到单相平衡供电，有效治理负序，满足三相电压平衡的电能质量要求。本实用新型通过以下技术手段实现：

一种三相平衡牵引供电变压器，包括三相原边绕组、单相次边牵引绕组和三相次边补偿绕组，其中：所述三相原边绕组的三相端口A、B、C作为三相输入端口，用于连接三相交流电网；所述单相次边牵引绕组的单相端口T、F作为单相牵引输出端口，用于为单相牵引负载供电；所述三相次边补偿绕组的三相端口a、b、c作为三相补偿端口，用于与三相平衡补偿装置连接。

进一步地，所述三相原边绕组包括绕组R11、绕组R12和绕组R13，所述绕组R11、绕组R12和绕组R13的接线方式为三角形接线或Y接线。

进一步地，所述三相次边补偿绕组包括绕组R31、绕组R32和绕组R33，所述绕组R31、绕组R32和绕组R33的接线方式为三角形接线或Y接线。

进一步地，所述单相次边牵引绕组包括绕组R21，所述绕组R21的两端作为单相端口T、F。

进一步地，所述单相次边牵引绕组包括绕组R21和绕组R22，其中：

所述绕组R22和绕组R21串联后的两端作为单相端口T、F；或，

所述绕组R21的两端作为第一组单相端口T1、F1，所述绕组R22的两端作为第二组单相端口T2、F2。

进一步地，所述单相次边牵引绕组包括绕组R21、绕组R22和绕组R23，其中：

所述绕组R21、绕组R22和绕组R23中的两个绕组串联后的两端作为第一组单相端口T1、F1，剩余一个绕组的两端作为第二组单相端口T2、F2；或，

所述绕组R21的两端作为第一组单相端口T1、F1，所述绕组R22的两端作为第二组单相端口T2、F2，所述绕组R23的两端作为第三组单相端口T3、F3。

本实用新型的第二方面在于提供一种三相平衡牵引供电装置，包括上述的三相平衡牵引供电变压器，还包括与所述三相次边补偿绕组连接的三相平衡补偿装置。

进一步地，本实用新型包括n个三相平衡补偿装置，n个三相平衡补偿装置并联连接于所述三相次边补偿绕组，n≥2。

进一步地，所述三相平衡补偿装置为三相AC/DC变流器，或所述三相平衡补偿装置由两个单相AC/DC变流器组合构成三相结构，或所述三相平衡补偿装置由三个单相AC/DC变流器组合构成三相结构。

进一步地，当所述三相平衡补偿装置为三相AC/DC变流器时，所述三相AC/DC变流器为两电平结构或三电平结构；当所述三相平衡补偿装置包括单相AC/DC变流器时，所述单相AC/DC变流器为两电平结构或三电平结构。

本实用新型的第三方面在于提供一种三相平衡牵引供电系统，包括上述的三相平衡牵引供电装置，还包括与所述三相输入端口连接的三相交流电网，与所述单相牵引输出端口连接的牵引网。

进一步地，本实用新型包括多个并联于所述三相交流电网的三相平衡牵引供电装置。

进一步地，所述三相平衡牵引供电装置包括两组及以上的单相端口，每组单相端口连接到一段牵引网，各个牵引网之间设置电分相进行隔离分段。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型提供的三相平衡供电牵引变压器集成了牵引和补偿端口，减少了变压器数量，节约了成本；

二、本实用新型提供的三相平衡牵引供电装置只采用一级AC/DC变流和一级变压，能量流经通道简单，提升了系统能量效率。

三、本实用新型采用三相补偿方式，可充分利用补偿装置容量，减少补偿装置的成本。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。

图1是根据一示例性实施例提供的第一种三相平衡牵引供电变压器结构示意图。

图2是根据一示例性实施例提供的第二种三相平衡牵引供电变压器结构示意图。

图3是根据一示例性实施例提供的第三种三相平衡牵引供电变压器结构示意图。

图4是根据一示例性实施例提供的第四种三相平衡牵引供电变压器结构示意图。

图5是根据一示例性实施例提供的第五种三相平衡牵引供电变压器结构示意图。

图6是根据一示例性实施例提供的一种三相平衡牵引供电装置结构示意图。

图7是根据一示例性实施例提供的第一种三相平衡补偿装置结构示意图。

图8是根据一示例性实施例提供的第二种三相平衡补偿装置结构示意图。

图9是根据一示例性实施例提供的第三种三相平衡补偿装置结构示意图。

图10是根据一示例性实施例提供的第一种三相平衡牵引供电系统结构示意图。

图11是根据一示例性实施例提供的第二种三相平衡牵引供电系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，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。

实施例1

如图1—图5所示，本实施例提供一种三相平衡牵引供电变压器，包括三相原边绕组、单相次边牵引绕组和三相次边补偿绕组，其中：所述三相原边绕组的三相端口A、B、C作为三相输入端口，用于连接三相交流电网；所述单相次边牵引绕组的单相端口T、F作为单相牵引输出端口，用于为单相牵引负载供电；所述三相次边补偿绕组的三相端口a、b、c作为三相补偿端口，用于与三相平衡补偿装置连接。具体实施本实施例时，牵引工况或其他用电工况下，三相平衡牵引供电变压器的三相端口A、B、C从三相交流电网P取电，并通过单相端口T、F为单相牵引负载供电，由于单相牵引负载的存在，会导致三相交流电网P中的三相电压不平衡，这时，通过控制与三相端口a、b、c连接的三相平衡补偿装置进行负序补偿，从而满足三相电压平衡的电能质量要求。另外，本实施例提及的三相输入端口、单相输出端口，仅仅是作为名称，并不代表本实施例不能工作在再生工况下或其他向三相交流电网反馈电能的情况下。还需要说明的是，本实施例中的单相次边牵引绕组端的电压等级可以高于、低于或等于三相原边绕组端的电压等级，本领域技术人员根据实际情况设置绕组参数即可，在有些场景中，单相次边牵引绕组的单相端口T、F处还可以增设变压装置进行进一步升压或降压。本实施例可以应用于牵引变电所等高压三相交流电网场景，也可以用于列车检修场所或试验线等中低压三相交流电网场景。

作为优选，本实施例中的三相原边绕组可以包括绕组R11、绕组R12和绕组R13，如图2—图5所示，绕组R11、绕组R12和绕组R13的接线方式可以为三角形接线，如图1所示，绕组R11、绕组R12和绕组R13的接线方式也可以为Y接线。这里需要说明的是，图1—图5只是各种接线组合形式的部分示例，具体实施时，图1所示的三相原边绕组接线方式也可以采用三角形接线，图2—图5所示三相原边绕组接线方式也可以采用Y接线。当然，本领域技术人员也可以在本实施例的思想上扩展出其他三相原边绕组接线方式，满足三相要求，也属于本实用新型的保护范围。

作为优选，本实施例中的三相次边补偿绕组可以包括绕组R31、绕组R32和绕组R33，如图2所示，所述绕组R31、绕组R32和绕组R33的接线方式可以为三角形接线，如图1、图3—图5所示，所述绕组R31、绕组R32和绕组R33的接线方式也可以为Y接线。这里需要说明的是，具体实施时，图2所示的三相次边补偿绕组接线方式也可以采用Y形接线，图1、图3—图5所示三相次边补偿绕组接线方式也可以采用三角形接线。同样地，本领域技术人员也可以在本实施例的思想上扩展出其他三相次边补偿绕组接线方式，满足三相要求，也属于本实用新型的保护范围。具体实施本实施例时，绕组R31、绕组R32和绕组R33根据实际情况与三相原边绕组匹配，比如，三相原边绕组包括绕组R11、绕组R12和绕组R13时，绕组R31、绕组R32和绕组R33可以分别与绕组R11、绕组R12和绕组R13匹配。

作为一种优选，如图1所示，本实施例的单相次边牵引绕组包括绕组R21，所述绕组R21的两端作为单相端口T、F，此时，也作为单相牵引输出端口。这里，绕组R21作为一个区别于其他绕组的名称，并不限制为绕组R21必须与绕组R11匹配，作为其他匹配方式，绕组R21也可以与绕组R12或绕组R13匹配，或者当三相原边绕组为其他三相绕组形式时，绕组R21根据实际情况灵活设置匹配方式即可。

作为另一种优选，本实施例的单相次边牵引绕组可以包括绕组R21和绕组R22，其中：

如图2所示，所述绕组R22和绕组R21串联后的两端作为单相端口T、F，此时，也作为所述单相牵引输出端口；或，

如图3所示，所述绕组R21的两端作为第一组单相端口T1、F1，所述绕组R22的两端作为第二组单相端口T2、F2，此时，单相次边牵引绕组的单相端口T、F包括第一组单相端口T1、F1和第二组单相端口T2、F2(也即，单相牵引输出端口包括第一组单相端口T1、F1和第二组单相端口T2、F2)。同样地，绕组R21和绕组R22作为区别于其他绕组的名称，并不限制为绕组R21必须与绕组R11匹配，绕组R22必须与绕组R12匹配，作为其他匹配方式，绕组R21也可以与绕组R12或绕组R13匹配，绕组R21也可以与绕组R11或绕组R13匹配，或者当三相原边绕组为其他三相绕组形式时，绕组R21和绕组R22根据实际情况灵活设置匹配方式即可。

作为又一种优选，本实施例的单相次边牵引绕组包括绕组R21、绕组R22和绕组R23，其中：

如图4所示，所述绕组R21、绕组R22和绕组R23中的两个绕组串联(比如绕组R21和绕组R22串联)后的两端作为第一组单相端口T1、F1，剩余一个绕组(比如绕组R23)的两端作为第二组单相端口T2、F2，此时，单相次边牵引绕组的单相端口T、F包括第一组单相端口T1、F1和第二组单相端口T2、F2(也即，单相牵引输出端口包括第一组单相端口T1、F1和第二组单相端口T2、F2)；或，

如图5所示，所述绕组R21的两端作为第一组单相端口T1、F1，所述绕组R22的两端作为第二组单相端口T2、F2，所述绕组R23的两端作为第三组单相端口T3、F3，此时，单相次边牵引绕组的单相端口T、F包括第一组单相端口T1、F1、第二组单相端口T2、F2和第三单相端口T3、F3(也即，单相牵引输出端口包括第一组单相端口T1、F1、第二组单相端口T2、F2和第三单相端口T3、F3)。

作为其中一种具体实施方式，当三相原边绕组包括绕组R11、绕组R12和绕组R13，三相次边补偿绕组包括绕组R31、绕组R32和绕组R33，单相次边牵引绕组包括绕组R21时，三相原边绕组和三相次边补偿绕组通过不同的接线方式和顺序可以构成包括Yd11、Yy0等各种不同的相位关系；三相原边绕组和单相次边牵引绕组通过不同的接线方式和顺序亦可构成不同的相位关系。在本思想指导下，本领域技术人员通过本实施例提供的方案得到的各种不同接线组合亦属于本实用新型的保护范围。实施本实施时，当单相牵引输出端口包括多组单相端口，比如第一组单相端口T1、F1、第二组单相端口T2、F2和第三单相端口T3、F3，则本实施例可以同时为多个单相负载提供单相电。

实施例2

如图6所示，本实施例提供一种三相平衡牵引供电装置，包括实施例1所提供的三相平衡牵引供电变压器，还包括与所述三相次边补偿绕组连接的三相平衡补偿装置CD。图6、图10和图11中，BTT表示三相平衡牵引供电变压器，Pin表示三相平衡牵引供电变压器中的三相原边绕组的三相输入端口，Ptr表示三相平衡牵引供电变压器中的单相牵引输出端口，Pcom表示三相平衡牵引供电变压器中的三相补偿端口。具体地，本实施例可以设置n个三相平衡补偿装置，n个三相平衡补偿装置并联连接于所述三相次边补偿绕组，n≥2，从而提高补偿能力。

作为一种优选，如图7所示，本实施例中的三相平衡补偿装置可以为三相AC/DC变流器；作为另一种优选，如图8所示，本实施中的三相平衡补偿装置还可以由两个单相AC/DC变流器组合构成三相结构；作为又一种优选，如图9所示，本实施例中的三相平衡补偿装置也可以由三个单相AC/DC变流器组合构成三相结构。同样地，本领域技术人员也可以在本实施例的思想上扩展出其他三相结构，满足三相输入输出要求，也属于本实用新型的保护范围。

具体地，当本实施例中的三相平衡补偿装置为三相AC/DC变流器时，所述三相AC/DC变流器可以为两电平结构或三电平结构；当本实施例中的三相平衡补偿装置包括单相AC/DC变流器时，所述单相AC/DC变流器可以为两电平结构或三电平结构。

实施例3

如图10所示，本实施例提供一种三相平衡牵引供电系统，包括实施例2提供的三相平衡牵引供电装置，还包括与所述三相输入端口连接的三相交流电网P，与所述单相牵引输出端口连接的牵引网L。具体实施本实施例时，可以设置多个并联于三相交流电网的三相平衡牵引供电装置，既可以提高供电能力，也可以作为备用，提供供电可靠性。

作为优选，本实施例中，三相平衡牵引供电装置可以包括两组及以上的单相端口，每个单相输出端口连接到一段牵引网，各个牵引网之间设置电分相进行隔离分段。具体地，如图11所示，三相平衡牵引供电装置中的三相平衡牵引供电变压器包括第一组单相端口T1、F1和第二组单相端口T2、F2，第一组单相端口T1、F1连接到第一段牵引网L1，第二组单相端口T2、F2连接到第二段牵引网L2，第一段牵引网L1和第二段牵引网L2之间设置电分相NS进行隔离，图11中的Lc表示列车这一单相牵引负荷。进一步地，如果三相平衡牵引供电装置中的三相平衡牵引供电变压器包括第一组单相端口T1、F1、第二组单相端口T2、F2和第三组单相端口T3、F3，则第一组单相端口T1、F1可以连接到第一段牵引网L1，第二组单相端口T2、F2可以连接到第二段牵引网L2，第三组单相端口T3、F3可以连接到第三段牵引网L3，第一段牵引网L1和第二段牵引网L2之间可以设置电分相NS1进行隔离，第二段牵引网L2和第三段牵引网L3之间可以设置电分相NS2进行隔离。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种三相平衡牵引供电变压器，其特征在于，包括三相原边绕组、单相次边牵引绕组和三相次边补偿绕组，其中：所述三相原边绕组的三相端口A、B、C作为三相输入端口，用于连接三相交流电网；所述单相次边牵引绕组的单相端口T、F作为单相牵引输出端口，用于为单相牵引负载供电；所述三相次边补偿绕组的三相端口a、b、c作为三相补偿端口，用于与三相平衡补偿装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种三相平衡牵引供电变压器，其特征在于，所述三相原边绕组包括绕组R11、绕组R12和绕组R13，所述绕组R11、绕组R12和绕组R13的接线方式为三角形接线或Y接线。

3.根据权利要求1所述的一种三相平衡牵引供电变压器，其特征在于，所述三相次边补偿绕组包括绕组R31、绕组R32和绕组R33，所述绕组R31、绕组R32和绕组R33的接线方式为三角形接线或Y接线。

4.根据权利要求1所述的一种三相平衡牵引供电变压器，其特征在于，所述单相次边牵引绕组包括绕组R21，所述绕组R21的两端作为单相端口T、F。

5.根据权利要求1所述的一种三相平衡牵引供电变压器，其特征在于，所述单相次边牵引绕组包括绕组R21和绕组R22，其中：

所述绕组R22和绕组R21串联后的两端作为单相端口T、F；或，

所述绕组R21的两端作为第一组单相端口T1、F1，所述绕组R22的两端作为第二组单相端口T2、F2。

6.根据权利要求1所述的一种三相平衡牵引供电变压器，其特征在于，所述单相次边牵引绕组包括绕组R21、绕组R22和绕组R23，其中：

所述绕组R21、绕组R22和绕组R23中的两个绕组串联后的两端作为第一组单相端口T1、F1，剩余一个绕组的两端作为第二组单相端口T2、F2；或，

所述绕组R21的两端作为第一组单相端口T1、F1，所述绕组R22的两端作为第二组单相端口T2、F2，所述绕组R23的两端作为第三组单相端口T3、F3。

7.一种三相平衡牵引供电装置，其特征在于，包括权利要求1—6任意一项所述的三相平衡牵引供电变压器，还包括与所述三相次边补偿绕组连接的三相平衡补偿装置。

8.根据权利要求7所述的一种三相平衡牵引供电装置，其特征在于，包括n个三相平衡补偿装置，n个三相平衡补偿装置并联连接于所述三相次边补偿绕组，n≥2。

9.根据权利要求7所述的一种三相平衡牵引供电装置，其特征在于，所述三相平衡补偿装置为三相AC/DC变流器，或所述三相平衡补偿装置由两个单相AC/DC变流器组合构成三相结构，或所述三相平衡补偿装置由三个单相AC/DC变流器组合构成三相结构。

10.根据权利要求8所述的一种三相平衡牵引供电装置，其特征在于，当所述三相平衡补偿装置为三相AC/DC变流器时，所述三相AC/DC变流器为两电平结构或三电平结构；当所述三相平衡补偿装置包括单相AC/DC变流器时，所述单相AC/DC变流器为两电平结构或三电平结构。

11.一种三相平衡牵引供电系统，其特征在于，包括权利要求7—9任意一项所述的三相平衡牵引供电装置，还包括与所述三相输入端口连接的三相交流电网，与所述单相牵引输出端口连接的牵引网。

12.根据权利要求11所述的一种三相平衡牵引供电系统，其特征在于，所述三相平衡牵引供电装置包括两组及以上的单相端口，每组单相端口连接到一段牵引网，各个牵引网之间设置电分相进行隔离分段。

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