一種電氣化鐵路同相供電備機(jī)構(gòu)造的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電氣化鐵路同相供電備機(jī)構(gòu)造，主要包括進(jìn)線、n+m組并聯(lián)的同相供電單元、出線和測(cè)控單元；同相供電單元由交直交變流器、匹配變壓器及配電開關(guān)串聯(lián)而成且為單相結(jié)構(gòu)；同相供電單元的工作數(shù)n由牽引變電所所需的同相補(bǔ)償容量和每組同相供電單元的額定容量確定；同相供電單元的備用數(shù)m取滿足可靠性要求的最小值；利用交直交變流器內(nèi)部模塊的冗余性，在交直交變流器模塊故障而該同相供電單元尚未故障時(shí)便投入備用的同相供電單元，使工作單元與備用單元平滑過渡，實(shí)現(xiàn)同相供電單元狀態(tài)修，避免故障擴(kuò)大化，提高系統(tǒng)可靠性，同時(shí)可用于兩路進(jìn)線互為備用的變電所，實(shí)現(xiàn)進(jìn)線切換而共用一套同相供電裝置，大大提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性；本實(shí)用新型所涉及的技術(shù)先進(jìn)、可靠，易于實(shí)施。
【專利說明】一種電氣化鐵路同相供電備機(jī)構(gòu)造
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及交流電氣化鐵路供電領(lǐng)域，尤其涉及一種電氣化鐵路同相供電備機(jī)構(gòu)造。
【背景技術(shù)】
[0002]電氣化鐵道普遍采用由公用電力系統(tǒng)供電的單相工頻交流制，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，電氣化鐵道往往采用輪換相序、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。為防止電力機(jī)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，隨著列車速度的不斷升高，在司機(jī)無法手動(dòng)完成過分相的情況下，采用了自動(dòng)過分相技術(shù)。自動(dòng)過分相技術(shù)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，甚至導(dǎo)致自動(dòng)過分相操作失敗，影響供電可靠性和列車安全運(yùn)行。因此，電分相環(huán)節(jié)是整個(gè)牽引供電系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，列車過分相成為了高速鐵路乃至整個(gè)電氣化鐵路牽引供電的瓶頸。
[0003]高速和重載鐵路已廣泛采用基于IGBT、IGCT等全控型器件的大功率交直交型電力機(jī)車或動(dòng)車組，其核心是多組四象限PWM控制和多重化控制的牽引變流器，諧波含量小，功率因數(shù)接近于1，但交直交型電力機(jī)車或動(dòng)車組牽引功率大，如大編組運(yùn)行的單車高速動(dòng)車組其額定功率達(dá)25MW (相當(dāng)于普速鐵路5列車)，這些大量開行的大功率單相負(fù)荷對(duì)三相電網(wǎng)造成的以三相電壓不平衡度(負(fù)序)為主的電能質(zhì)量問題日益嚴(yán)重，不能不受到重視。
[0004]理論和實(shí)踐均表明，采用同相供電技術(shù)可以在取消牽引變電所出口處電分相、消除供電瓶頸、增加供電能力、增強(qiáng)節(jié)能效果的同時(shí)，還能有效治理負(fù)序電流、達(dá)到以三相電壓不平衡度國(guó)標(biāo)限值為主的電能質(zhì)量要求，有利于促進(jìn)電力與鐵路的共同與和諧發(fā)展。
[0005]為此，本實(shí)用新型人曾提出了一種單相三相組合式同相供變電裝置(實(shí)用新型申請(qǐng)?zhí)?201210583674.X)、一種單相組合式同相供變電構(gòu)造(實(shí)用新型申請(qǐng)?zhí)?201310227591.1)、一種Vv接線同相供變電構(gòu)造(實(shí)用新型申請(qǐng)?zhí)?201310308559.6)、一種三相組合式同相供變電構(gòu)造(實(shí)用新型申請(qǐng)?zhí)?201310308513.4)等技術(shù)實(shí)用新型來實(shí)現(xiàn)同相供電，其中同相供電裝置的關(guān)鍵構(gòu)成是交直交變流器。交直交變流器是采用大功率電力電子半導(dǎo)體器件(例如集成門極換向晶閘管IGCT或絕緣柵雙極性晶體管IGBT)的通過直流儲(chǔ)能電容連接的單相交流-直流-交流變換裝置，技術(shù)難度大，制造成本高，尋求交直交變流器可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳結(jié)合點(diǎn)是同相供電技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵所在。
[0006]本 申請(qǐng)人:在與本申請(qǐng)同日提交的發(fā)明專利申請(qǐng)中公開了一種電氣化鐵路同相供電方法:同相供電單元CEi運(yùn)行，同相供電單元CEj備用，i=l, 2，..., n, j=l, 2..., m ;當(dāng)同相供電單元CEi的交直交變流器ADAi中有一模塊故障且有備用的同相供電單元時(shí)，則測(cè)控單元⑶按一定規(guī)則投入一組備用的同相供電單元CEy同時(shí)令同相供電單元CEi停運(yùn)維修并在修復(fù)后轉(zhuǎn)入備用；i=l，2，..., n, j=l, 2...，m ;而當(dāng)同相供電單元CEi的交直交變流器ADAi中有一模塊故障且無備用的同相供電單元時(shí)，則測(cè)控單元CU令該同相供電單元CEi繼續(xù)運(yùn)行，分以下兩種情形:
[0007]A、該同相供電單元CEi運(yùn)行中有同相供電單元CEj參復(fù)而轉(zhuǎn)入備用，則測(cè)控單元CU令同相供電單元CE」投入運(yùn)行，同時(shí)令同相供電單元CEi停運(yùn)維修并在修復(fù)后轉(zhuǎn)入備用；i=l, 2，..., n, j=l, 2...，m ；
[0008]B、該同相供電單元CEi運(yùn)行中故障，則測(cè)控單元⑶令其停運(yùn)維修并在修復(fù)后轉(zhuǎn)入備用；i=l, 2，..., n, j=l, 2…。
[0009]測(cè)控單元⑶按一定規(guī)則投入一組備用的同相供電單元CE?此處的一定規(guī)則是指同相供電單元的備用數(shù)m > 2時(shí)，安排其中各供電單元投入與停運(yùn)次序的規(guī)則，一般采用“先出先入”的備用原則，即先停運(yùn)維修并修復(fù)的供電單元先投入運(yùn)行。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]本實(shí)用新型的目的就是為如上控制方法提供予以實(shí)施的硬件基礎(chǔ)，使電氣化鐵路同相供電裝置的可靠性和經(jīng)濟(jì)性得到最佳發(fā)揮。
[0011]本實(shí)用新型的目的是由以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0012]一種電氣化鐵路同相供電備機(jī)構(gòu)造，包括進(jìn)線S1、n+m組并聯(lián)的同相供電單元、出線S2和測(cè)控單元CU ；同相供電單元CEk由交直交變流器ADAk、匹配變壓器MTk及配電開關(guān)Fk、fk串聯(lián)而成；交直交變流器ADAk、匹配變壓器MTk及配電開關(guān)Fk、fk均為單相結(jié)構(gòu)；測(cè)控單元⑶連接配電開關(guān)Fk、fk的控制端、交直交變流器ADAk的測(cè)控端，還連接上一級(jí)控制系統(tǒng)；k=l, 2,…,n+m ο
[0013]同相供電單元CEk中的交直交變流器ADAk由額定模塊和冗余模塊構(gòu)成，額定模塊和冗余模塊一起工作，其中的額定模塊數(shù)由選用的大功率電力電子半導(dǎo)體器件的額定電壓、額定電流和同相供電單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部額定電壓、額定電流的要求而定，冗余模塊數(shù)應(yīng)取滿足可靠性要求的最小值。
[0014]系統(tǒng)中的η組同相供電單元工作，m組同相供電單元備用，備用單元不工作，m<n ；同相供電單元的工作數(shù)η由牽引變電所所需的同相補(bǔ)償容量和每組同相供電單元的額定容量確定；同相供電單元的備用數(shù)m取滿足可靠性要求的最小值。
[0015]組成同相供電單元的交直交變流器、匹配變壓器及配電開關(guān)任一元件故障即造成該同相供電單元故障。交直交變流器由額定模塊和冗余模塊構(gòu)成，其額定模塊和冗余模塊一起工作，每個(gè)模塊出力率為n/(n+m)，當(dāng)其中的故障模塊數(shù)超過冗余模塊數(shù)而不能使該交直交變流器在額定工況下工作時(shí)便認(rèn)定該交直交變流器故障，亦即該同相供電單元故障。
[0016]測(cè)控單元實(shí)時(shí)檢測(cè)交直交變流器模塊和同相供電單元，反映其工作、備用、故障、維修等狀態(tài)并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
[0017]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0018]一、本實(shí)用新型利用同相供電單元中交直交變流器模塊的冗余性，在交直交變流器模塊故障而該同相供電單元尚未故障時(shí)便投入備用的同相供電單元，使工作單元與備用單元平滑過渡，實(shí)現(xiàn)同相供電單元狀態(tài)修，避免故障擴(kuò)大化，提高系統(tǒng)可靠性。
[0019]二、本實(shí)用新型可用于兩路進(jìn)線互為備用的變電所，實(shí)現(xiàn)進(jìn)線切換而共用一套同相供電裝置，大大提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。[0020]三、本實(shí)用新型技術(shù)先進(jìn)、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)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的構(gòu)造示意圖。
[0023]圖2是本實(shí)用新型原理的測(cè)控流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例
[0025]如圖1所示，一種電氣化鐵路同相供電備機(jī)構(gòu)造，包括進(jìn)線S1、n+m組并聯(lián)的同相供電單元、出線S2和測(cè)控單元CU ;同相供電單元CEk由交直交變流器ADAk、匹配變壓器MTk及配電開關(guān)Fk、fk串聯(lián)而成；交直交變流器ADAk、匹配變壓器MTk及配電開關(guān)Fk、fk均為單相結(jié)構(gòu)；測(cè)控單元⑶連接配電開關(guān)Fk、fk的控制端、交直交變流器ADAk的測(cè)控端，還連接上一級(jí)控制系統(tǒng)；k=l, 2，…，n+m。
[0026]同相供電單元CEk中的交直交變流器ADAk由額定模塊和冗余模塊構(gòu)成，額定模塊和冗余模塊一起工作，其中的額定模塊數(shù)由選用的大功率電力電子半導(dǎo)體器件的額定電壓、額定電流和同相供電單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部額定電壓、額定電流的要求而定，冗余模塊數(shù)應(yīng)取滿足可靠性要求的最小值，如為I或2。
[0027]系統(tǒng)中的η組同相供電單元工作，m組同相供電單元備用，備用單元不工作，m<n ;同相供電單元的工作數(shù)η由牽引變電所所需的同相補(bǔ)償容量和每組同相供電單元的額定容量確定；同相供電單 元的備用數(shù)m取滿足可靠性要求的最小值，如為I或2。
[0028]組成同相供電單元的交直交變流器、匹配變壓器及配電開關(guān)任一元件故障即造成該同相供電單元故障。交直交變流器由額定模塊和冗余模塊構(gòu)成，其額定模塊和冗余模塊一起工作，每個(gè)模塊出力率為n/(n+m)，當(dāng)其中的故障模塊數(shù)超過冗余模塊數(shù)而不能使該交直交變流器在額定工況下工作時(shí)認(rèn)定該交直交變流器故障，亦即該同相供電單元故障。
[0029]正常情況下同相供電單元的配電開關(guān)都處于接通狀態(tài)，同相供電單元維修時(shí)測(cè)控單元將其配電開關(guān)斷開，修復(fù)后再接通，使該同相供電單元轉(zhuǎn)入備用。
[0030]測(cè)控單元實(shí)時(shí)檢測(cè)交直交變流器模塊和同相供電單元，反映其工作、備用、故障、維修等狀態(tài)并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
[0031]圖2是本實(shí)用新型方法的測(cè)控流程示意圖。同相供電單元CEi運(yùn)行，同相供電單元CEj備用，i=l，2，…，n, j=l, 2...，m ；當(dāng)同相供電單元CEi的交直交變流器ADAi中有一模塊故障且有備用的同相供電單元時(shí)，則測(cè)控單元CU按一定規(guī)則投入一組備用的同相供電單元CE」，同時(shí)令同相供電單元CEi停運(yùn)維修并在修復(fù)后轉(zhuǎn)入備用；i=l, 2，..., n, j=l, 2...，m ;而當(dāng)同相供電單元CEi的交直交變流器ADAi中有一模塊故障且無備用的同相供電單元時(shí)，則測(cè)控單元CU令該同相供電單元CEi繼續(xù)運(yùn)行，分以下兩種情形:
[0032]A、該同相供電單元CEi運(yùn)行中有同相供電單元CEj參復(fù)而轉(zhuǎn)入備用，則測(cè)控單元CU令同相供電單元CE」投入運(yùn)行，同時(shí)令同相供電單元CEi停運(yùn)維修并在修復(fù)后轉(zhuǎn)入備用；i=l, 2，..., n, j=l, 2...，m ；
[0033]B、該同相供電單元CEi運(yùn)行中故障，則測(cè)控單元⑶令其停運(yùn)維修并在修復(fù)后轉(zhuǎn)入備用；i=l, 2，..., n, j=l, 2...，ηι。
[0034]測(cè)控單元⑶按一定規(guī)則投入一組備用的同相供電單元CEy此處的一定規(guī)則是指同相供電單元的備用數(shù)m > 2時(shí)，安排其中各供電單元投入與停運(yùn)次序的規(guī)則，一般采用“先出先入”的備用原則，即先停運(yùn)維修并修復(fù)的供電單元先投入運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種電氣化鐵路同相供電備機(jī)構(gòu)造，包括進(jìn)線Sl、n+m組并聯(lián)的同相供電單元、出線S2和測(cè)控單元CU ;同相供電單元CEk由交直交變流器ADAk、匹配變壓器MTk及配電開關(guān)Fk、fk串聯(lián)而成；交直交變流器ADAk、匹配變壓器MTk及配電開關(guān)Fk、fk均為單相結(jié)構(gòu)；其特征在于:同相供電單元CEk中的交直交變流器ADAk由額定模塊和與其一起工作的冗余模塊構(gòu)成；n組同相供電單元工作，m組同相供電單元備用，且m ( η ;同相供電單元的工作數(shù)η由牽引變電所所需的同相補(bǔ)償容量和每組同相供電單元的額定容量確定；同相供電單元的備用數(shù)m取滿足可靠性要求的最小值；測(cè)控單元CU連接配電開關(guān)Fk、fk的控制端、交直交變流器ADAk的測(cè)控端及上一級(jí)控制系統(tǒng)；k=l，2，…，n+m。
【文檔編號(hào)】B60M3/00GK203445686SQ201320526658
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】李群湛, 郭鍇, 解紹鋒, 舒澤亮, 郭育華, 李亞楠, 賀建閩, 李子晗, 趙元哲, 余俊祥 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)