一種電氣化鐵路雙邊供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電氣化鐵路雙邊供電系統(tǒng)，由相鄰的牽引變電所及其間的牽引網(wǎng)、分區(qū)所組成，在牽引變電所牽引變壓器的次邊分別串接電抗器，分區(qū)所中的斷路器將其兩側(cè)的牽引網(wǎng)聯(lián)通而對(duì)其構(gòu)成雙邊供電；兩相鄰牽引變電所電抗器的電抗值之和=滿足電力系統(tǒng)均衡電流要求的最小值；相鄰牽引變電所的電抗器的電抗值與相應(yīng)的牽引變壓器的漏抗值之和的比值與該相鄰牽引變電所牽引變壓器的額定容量的比值成反比；為減少牽引變電所占地，可將牽引變壓器與其串接的電抗器合并為更緊湊的高漏抗?fàn)恳儔浩?；本發(fā)明可取消相鄰牽引變電所之間分區(qū)所處的電分相并且不影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，技術(shù)先進(jìn)、易于實(shí)施。
【專利說明】—種電氣化鐵路雙邊供電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電氣化鐵路雙邊供電系統(tǒng)，特別涉及由交直交電氣列車牽弓I的電氣化鐵路取消分區(qū)所電分相的雙邊供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]單相系統(tǒng)所具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建設(shè)成本低、運(yùn)用和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，決定了電氣化鐵路牽引網(wǎng)普遍采用單相工頻交流電為電氣列車牽引負(fù)荷供電。為使單相的牽引負(fù)荷在三相電力系統(tǒng)中盡可能均勻分配，電氣化鐵路牽弓I網(wǎng)采用了輪換相序、分相分區(qū)供電的方案。分相分區(qū)處的相鄰供電區(qū)之間用分相絕緣器分割，形成電分相，也稱分相。電分相是牽引網(wǎng)最薄弱的環(huán)節(jié)和供電瓶頸，電氣列車通過電分相最易引發(fā)事故，影響供電和行車安全。
[0003]解決電分相不外有兩種方法:一是米用自動(dòng)過分相技術(shù)，一是取消電分相。
[0004]對(duì)于前者，隨著列車速度的不斷升高，在司機(jī)無法手動(dòng)進(jìn)行退級(jí)、關(guān)輔助機(jī)組、斷主斷路器、靠列車慣性駛過中性段、再合主斷路器、合輔助機(jī)組、進(jìn)級(jí)恢復(fù)牽引功率來完成過分相的情況下，為防止電氣列車帶電通過電分相因燃弧而燒壞接觸網(wǎng)懸掛部件，甚至導(dǎo)致相間短路等事故，需采取自動(dòng)過分相技術(shù)，以提高列車帶電、安全通過電分相的能力?，F(xiàn)階段主要有地面開關(guān)自動(dòng)切換過分相、車載自動(dòng)過分相以及柱上自動(dòng)過分相等幾種，但仍存在開關(guān)切換中列車通過電分相的暫態(tài)電氣過程，易產(chǎn)生較大的操作過電壓或過電流，造成牽引網(wǎng)與車載設(shè)備燒損等事故，甚至出現(xiàn)自動(dòng)過分相失敗，仍然影響供電可靠性和列車安全運(yùn)行?？梢姡词故遣捎米詣?dòng)過分相技術(shù)，電分相環(huán)節(jié)仍然是整個(gè)牽引供電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。
[0005]對(duì)于后者，則分兩種情形:情形一是采用同相供電技術(shù)，以取消牽引變電所出口處的電分相，其關(guān)鍵是有效治理負(fù)序電流，使三相電壓不平衡度達(dá)到國標(biāo)要求；情形二是實(shí)施雙邊供電，以取消分區(qū)所處的電分相，其關(guān)鍵是減小因牽引網(wǎng)與電力系統(tǒng)并聯(lián)而在牽引網(wǎng)中產(chǎn)生的均衡電流，使其達(dá)到所允許的程度。
[0006]顯然，取消電分相是解決電氣化鐵路牽引網(wǎng)供電瓶頸問題、增強(qiáng)其供電與運(yùn)輸能力的根本舉措。與此同時(shí)，治理負(fù)序電流以使三相電壓不平衡度達(dá)到國標(biāo)要求、減小均衡電流并使其達(dá)到所允許的程度(如小于因三相輸電線結(jié)構(gòu)不對(duì)稱而造成的零序分量)有利于促進(jìn)電力與鐵路的和諧發(fā)展。
[0007]本發(fā)明提出一種涉及由交直交電氣列車牽引的電氣化鐵路取消分區(qū)所處電分相的雙邊供電系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就是提供一種電氣化鐵路雙邊供電系統(tǒng)，取消相鄰牽引變電所之間分區(qū)所處的電分相，且不影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:一種電氣化鐵路雙邊供電系統(tǒng)，由相鄰的牽引變電所SSk和牽引變電所SSk+1及其間的牽引網(wǎng)TNk、分區(qū)所SPk及牽引網(wǎng)TNk+1組成，其特征在于:牽引變電所SSk的牽引變壓器TTk次邊串接電抗器Lk，牽引變電所SSk+1的牽引變壓器TTk+1次邊串接電抗器Lk+1 ;分區(qū)所SPk中的斷路器將牽引網(wǎng)TNk和牽引網(wǎng)TNk+1聯(lián)通，相鄰的牽引變電所SSk和牽引變電所SSk+1對(duì)牽引網(wǎng)TNk和牽引網(wǎng)TNk+1構(gòu)成雙邊供電。
[0010]對(duì)于AT供電的牽引變電所，電抗器還可分解成兩個(gè)，分別串接在牽引變壓器次邊。
[0011]本發(fā)明的工作原理是:在牽引變電所SSk、SSk+1*別串接電抗器Lk、Lk+1以降低均衡電流，使其達(dá)到電力系統(tǒng)所允許的程度。所謂均衡電流，是指牽引網(wǎng)與電力系統(tǒng)并聯(lián)而在牽引網(wǎng)產(chǎn)生的附加電流。正常運(yùn)行時(shí)，相鄰牽引變電所SSk、SSk+1分別串接的電抗器Lk、Lk+1的電抗值與其相應(yīng)的牽引變壓器TTk、TTk+1的漏抗值的和值之比將決定電氣列車牽引負(fù)荷的分配比例；功率因數(shù)滯后且接近I的交直交電氣列車牽引負(fù)荷在牽引變電所SSk (SSk+1)的電抗器Lk (Lk+1)和牽引變壓器TTk (TTk+1)漏抗上所產(chǎn)生的電壓損失較小，甚至在功率因數(shù)超前且接近I的交直交電氣列車牽引負(fù)荷通過時(shí)，還產(chǎn)生一定量的電壓升高(負(fù)電壓損失)，因此，串接電抗器不影響正常供電電壓水平。再者，牽引網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，牽引變電所SSk(SSk+1)串接的電抗器Lk (Lk+1)可以用作限流電抗器，降低短路電流。
[0012]具體的參數(shù)選擇是:牽引變電所SSk的電抗器Lk的電抗值和牽引變電所SSk+1的電抗器Lk+1的電抗值的和值=滿足電力系統(tǒng)均衡電流要求的最小值；牽引變電所SSk的電抗器Lk的電抗值與牽引變壓器TTk的漏抗值的和值/牽引變電所SSk+1的電抗器Lk+1的電抗值與牽引變壓器TTk+1的漏抗值的和值=牽引變電所SSk+1額定容量/牽引變電所SSk額定容量。
[0013]進(jìn)一步地，為了減少占地，可將牽引變電所牽引變壓器與串接的電抗器合并制造成結(jié)構(gòu)更為緊湊的高漏抗?fàn)恳儔浩?；高漏抗?fàn)恳儔浩鞯穆┛怪?原牽引變壓器的漏抗值+電抗器的電抗值。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]一、本發(fā)明在牽引變電所串接適量電抗器可降低均衡電流，避免其對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生不允許的不良影響，從而取消分區(qū)所處的電分相，實(shí)施電氣化鐵路雙邊供電；并進(jìn)而與牽引變電所的同相供電技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)同一電力系統(tǒng)內(nèi)的全鐵路線的無電分相供電，電氣化鐵路牽引供電全面升級(jí)。
[0016]二、本發(fā)明在牽引變電所串接電抗器可以降低牽引網(wǎng)短路時(shí)的短路電流，從而減輕短路電流對(duì)牽引變壓器、斷路器等元件的沖擊，有利于斷路器的選型和切斷故障，提高工作可靠性。
[0017]三、本發(fā)明選擇相鄰牽引變電所的電抗器的電抗值與其相應(yīng)的牽引變壓器的漏抗值之和的比值與該相鄰牽引變電所牽引變壓器的額定容量的比值成反比，可使?fàn)恳W(wǎng)的牽引負(fù)荷按此比例分配，并使?fàn)恳冸娝鶢恳儔浩鞯娜萘康玫礁玫乩谩?br> [0018]四、功率因數(shù)滯后且接近I的交直交電氣列車牽引負(fù)荷在牽引變電所電抗器和牽引變壓器漏抗所產(chǎn)生電壓損失較小，甚至在功率因數(shù)超前且接近I的交直交電氣列車牽引負(fù)荷通過時(shí)，還產(chǎn)生一定量的電壓升高(負(fù)電壓損失)，因此本發(fā)明所涉及的電抗器不影響正常供電電壓水平。
[0019]五、本發(fā)明除了適于直接供電的牽引變電所和牽引網(wǎng)外，亦可用于AT供電的牽引變電所及其牽引網(wǎng)。
[0020]六、本發(fā)明技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠，易于實(shí)施。[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例
[0024]如圖1所示，一種電氣化鐵路雙邊供電系統(tǒng)，所采用的技術(shù)方案為:由相鄰的牽引變電所SSk和牽引變電所SSk+1及其間的牽引網(wǎng)TNk、分區(qū)所SPk及牽引網(wǎng)TNk+1組成，牽引變電所SSk的牽引變壓器TTk次邊串接電抗器Lk，牽引變電所SSk+1的牽引變壓器TTk+1次邊串接電抗器Lk+1 ;分區(qū)所SPk中的斷路器將牽引網(wǎng)TNk和牽引網(wǎng)TNk+1聯(lián)通，相鄰的牽引變電所SSk和牽引變電所SSk+1對(duì)牽引網(wǎng)TNk和牽引網(wǎng)TNk+1構(gòu)成雙邊供電。
[0025]對(duì)于AT供電的牽引變電所，電抗器還可分解成兩個(gè)，分別串接在牽引變壓器次邊。
[0026]本發(fā)明的工作原理是:在牽引變電所SSk、SSk+1*別串接電抗器Lk、Lk+1以降低均衡電流，使其達(dá)到電力系統(tǒng)所允許的程度。所謂均衡電流，是指牽引網(wǎng)與電力系統(tǒng)并聯(lián)而在牽引網(wǎng)產(chǎn)生的附加電流。正常運(yùn)行時(shí)，相鄰牽引變電所SSk、SSk+1的電抗器Lk、Lk+1的電抗值與其相應(yīng)的牽引變壓器TTk、TTk+1的漏抗值的和值之比將決定電氣列車牽引負(fù)荷的分配比例；功率因數(shù)滯后且接近I的交直交電氣列車牽引負(fù)荷在牽引變電所SSk、SSk+1的電抗器Lk、Lk+i和牽引變壓器TTk、TTk+1漏抗所產(chǎn)生的電壓損失較小，甚至在功率因數(shù)超前且接近I的交直交電氣列車牽引負(fù)荷通過時(shí)，還產(chǎn)生少量的電壓升高(負(fù)電壓損失)，因此，串接的電抗器不影響正常供電電壓水平。再者，牽引網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，牽引變電所SSk、SSk+1串接的電抗器Lk、Lk+1可以用作限流電抗器，降低短路電流。
[0027]具體的參數(shù)選擇是:牽引變電所SSk的電抗器Lk的電抗值和牽引變電所SSk+1的電抗器Lk+1的電抗值的和值=滿足電力系統(tǒng)均衡電流要求的最小值；牽引變電所SSk的電抗器Lk的電抗值與牽引變壓器TTk的漏抗值的和值/牽引變電所SSk+1的電抗器Lk+1的電抗值與牽引變壓器TTk+1的漏抗值的和值=牽引變電所SSk+1額定容量/牽引變電所SSk額定容量。
[0028]進(jìn)一步地，為了減少占地，根據(jù)牽引變壓器的漏抗值和電抗器的電抗值之和的大小，可將牽引變壓器與串接的電抗器合并制造成結(jié)構(gòu)更為緊湊的高漏抗?fàn)恳儔浩?，?dāng)然，高漏抗?fàn)恳儔浩鞯穆┛怪?原牽引變壓器的漏抗值+電抗器的電抗值。
[0029]假設(shè)圖1中電力系統(tǒng)ABC的220kV輸電線在與牽引變電所SSk的公共連接點(diǎn)PCCk和與牽引變電所ssk+1的公共連接點(diǎn)PCCk+1之間的長度為50km，公共連接點(diǎn)PCCk (PCCk+1)|IJ牽引變電所SSk (SSk+1)的輸電線長度為10km，輸電線采用三分裂導(dǎo)線，即單位長阻抗K =0.04+J0.3 Ω /km,牽引變壓器TTk和TTk+1額定容量均為31.5MVA，短路阻抗取10.5%，即歸算到牽引側(cè)的漏阻抗ζτ = 0.2134+J2.52 Ω ;相鄰牽引變電所距離為50km ;牽引網(wǎng)空載電壓為27.5kV ;單線鐵路、單鏈型懸掛牽引網(wǎng)阻抗z = 0.232+j0.515Q/km ;相鄰牽引變電所的牽引變壓器均輸出額定牽引負(fù)荷，即牽引負(fù)荷額定電流為1145A;對(duì)于普速電氣化鐵路，若牽引負(fù)荷LC的功率因數(shù)為0.8 (滯后)，則牽引變電所的電壓損失=2013V，對(duì)于現(xiàn)代交直交電氣列車牽引的電氣化鐵路，若牽引負(fù)荷LC的功率因數(shù)為0.993 (滯后)，則牽引變電所的電壓損失=730V，可見，電壓損失大大減少，只有普速鐵路的1/2.758 ;同時(shí)，由于均衡電流是牽引網(wǎng)與電力系統(tǒng)并聯(lián)而在牽引網(wǎng)產(chǎn)生的附加電流，因此，均衡電流亦可用歸算到統(tǒng)一電壓下的牽引網(wǎng)阻抗與電力系統(tǒng)(輸電線)阻抗之比值來描述，比值越大，均衡電流就越小。若允許的均衡電流為1%，即牽引網(wǎng)與電力系統(tǒng)并聯(lián)阻抗比=100:1，此時(shí)電抗器Lk (1^+1)的電抗值=1.73倍的牽引變壓器TTk (TTk+1)牽引側(cè)的漏抗，即4.36 Ω，對(duì)應(yīng)的牽引變電所電壓損失=1522V ;若進(jìn)一步要求串接電抗器Lk (Lk+1)前后牽引變電所的電壓損失不變，則要求將牽引負(fù)荷功率因數(shù)由0.993 (功率因數(shù)角=6.78°，滯后)調(diào)整為0.9965 (功率因數(shù)角=4.8。,超前)。
[0030]進(jìn)一步地，為了減少牽引變電所占地，可將牽引變壓器與串接的電抗器合并制造成結(jié)構(gòu)更緊湊的高漏抗?fàn)恳儔浩?，在此高漏抗?fàn)恳儔浩鞯穆┛怪?原牽引變壓器的漏抗值2.52 Ω +電抗器的電抗值1.73 X 2.52 Ω =6.88 Ω，即短路阻抗=2.73 X 10.5%=28.7% ;若假設(shè)電力系統(tǒng)為無窮大系 統(tǒng)，則對(duì)應(yīng)的牽引網(wǎng)近端短路電流只有原來的1/2.73。
【權(quán)利要求】
1.一種電氣化鐵路雙邊供電系統(tǒng)，由相鄰的牽引變電所SSk和牽引變電所ssk+1及其間的牽引網(wǎng)TNk、分區(qū)所SPk及牽引網(wǎng)TNk+1組成，其特征在于，牽引變電所SSk的牽引變壓器TTk次邊串接電抗器Lk，牽引變電所SSk+1的牽引變壓器TTk+1次邊串接電抗器Lk+1 ;分區(qū)所SPk中的斷路器將牽引網(wǎng)TNk和牽引網(wǎng)TNk+1聯(lián)通，相鄰的牽引變電所SSk和牽引變電所SSk+1對(duì)牽引網(wǎng)TNk和牽引網(wǎng)TNk+1構(gòu)成雙邊供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣化鐵路雙邊供電系統(tǒng)，其特征在于，牽引變電所SSk的電抗器Lk的電抗值和牽引變電所SSk+1的電抗器Lk+1的電抗值的和值=滿足電力系統(tǒng)均衡電流要求的最小值；牽引變電所SSk的電抗器Lk的電抗值與牽引變壓器TTk的漏抗值的和值/牽引變電所SSk+1的電抗器Lk+1的電抗值與牽引變壓器TTk+1的漏抗值的和值=牽引變電所SSk+1額定容量/牽引變電所SSk額定容量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣化鐵路雙邊供電系統(tǒng)，其特征在于，將牽引變壓器與串接的電抗器合并制造成高漏抗?fàn)恳儔浩?；高漏抗?fàn)恳儔浩鞯穆┛怪?原牽引變壓器的漏抗值+電抗器的電抗值。
【文檔編號(hào)】B60M3/00GK103552488SQ201310542875
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】李群湛, 李亞楠, 黃彥全, 賀建閩, 范紅靜, 趙元哲, 李子晗, 張麗艷, 解紹鋒, 郭鍇, 余俊祥 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)