一種電氣化鐵路雙邊供電系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電氣化鐵路雙邊供電系統，由相鄰的牽引變電所及其間的牽引網、分區所組成，在牽引變電所牽引變壓器的次邊分別串接電抗器，分區所中的斷路器將其兩側的牽引網聯通而對其構成雙邊供電；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牽引變壓器；本發明可取消相鄰牽引變電所之間分區所處的電分相并且不影響電力系統正常運行，技術先進、易于實施。
【專利說明】—種電氣化鐵路雙邊供電系統
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種電氣化鐵路雙邊供電系統，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所電分相的雙邊供電系統。
【背景技術】
[0002]單相系統所具有的結構簡單、建設成本低、運用和維護方便等優點，決定了電氣化鐵路牽引網普遍采用單相工頻交流電為電氣列車牽引負荷供電。為使單相的牽引負荷在三相電力系統中盡可能均勻分配，電氣化鐵路牽弓I網采用了輪換相序、分相分區供電的方案。分相分區處的相鄰供電區之間用分相絕緣器分割，形成電分相，也稱分相。電分相是牽引網最薄弱的環節和供電瓶頸，電氣列車通過電分相最易引發事故，影響供電和行車安全。
[0003]解決電分相不外有兩種方法:一是米用自動過分相技術，一是取消電分相。
[0004]對于前者，隨著列車速度的不斷升高，在司機無法手動進行退級、關輔助機組、斷主斷路器、靠列車慣性駛過中性段、再合主斷路器、合輔助機組、進級恢復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懸掛部件，甚至導致相間短路等事故，需采取自動過分相技術，以提高列車帶電、安全通過電分相的能力。現階段主要有地面開關自動切換過分相、車載自動過分相以及柱上自動過分相等幾種，但仍存在開關切換中列車通過電分相的暫態電氣過程，易產生較大的操作過電壓或過電流，造成牽引網與車載設備燒損等事故，甚至出現自動過分相失敗，仍然影響供電可靠性和列車安全運行。可見，即使是采用自動過分相技術，電分相環節仍然是整個牽引供電系統中的薄弱環節。
[0005]對于后者，則分兩種情形:情形一是采用同相供電技術，以取消牽引變電所出口處的電分相，其關鍵是有效治理負序電流，使三相電壓不平衡度達到國標要求；情形二是實施雙邊供電，以取消分區所處的電分相，其關鍵是減小因牽引網與電力系統并聯而在牽引網中產生的均衡電流，使其達到所允許的程度。
[0006]顯然，取消電分相是解決電氣化鐵路牽引網供電瓶頸問題、增強其供電與運輸能力的根本舉措。與此同時，治理負序電流以使三相電壓不平衡度達到國標要求、減小均衡電流并使其達到所允許的程度(如小于因三相輸電線結構不對稱而造成的零序分量)有利于促進電力與鐵路的和諧發展。
[0007]本發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所處電分相的雙邊供電系統。

【發明內容】

[0008]本發明的目的就是提供一種電氣化鐵路雙邊供電系統，取消相鄰牽引變電所之間分區所處的電分相，且不影響電力系統的正常運行。
[0009]本發明解決其技術問題，所采用的技術方案為:一種電氣化鐵路雙邊供電系統，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TNk、分區所SPk及牽引網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 ;分區所SPk中的斷路器將牽引網TNk和牽引網TNk+1聯通，相鄰的牽引變電所SSk和牽引變電所SSk+1對牽引網TNk和牽引網TNk+1構成雙邊供電。
[0010]對于AT供電的牽引變電所，電抗器還可分解成兩個，分別串接在牽引變壓器次邊。
[0011]本發明的工作原理是: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，使其達到電力系統所允許的程度。所謂均衡電流，是指牽引網與電力系統并聯而在牽引網產生的附加電流。正常運行時，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荷的分配比例；功率因數滯后且接近I的交直交電氣列車牽引負荷在牽引變電所SSk (SSk+1)的電抗器Lk (Lk+1)和牽引變壓器TTk (TTk+1)漏抗上所產生的電壓損失較小，甚至在功率因數超前且接近I的交直交電氣列車牽引負荷通過時，還產生一定量的電壓升高(負電壓損失)，因此，串接電抗器不影響正常供電電壓水平。再者，牽引網發生短路故障時，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構更為緊湊的高漏抗牽引變壓器；高漏抗牽引變壓器的漏抗值=原牽引變壓器的漏抗值+電抗器的電抗值。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0015]一、本發明在牽引變電所串接適量電抗器可降低均衡電流，避免其對電力系統產生不允許的不良影響，從而取消分區所處的電分相，實施電氣化鐵路雙邊供電；并進而與牽引變電所的同相供電技術相結合，實現同一電力系統內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。
[0016]二、本發明在牽引變電所串接電抗器可以降低牽引網短路時的短路電流，從而減輕短路電流對牽引變壓器、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、本發明選擇相鄰牽引變電所的電抗器的電抗值與其相應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，可使牽引網的牽引負荷按此比例分配，并使牽引變電所牽引變壓器的容量得到更好地利用。
[0018]四、功率因數滯后且接近I的交直交電氣列車牽引負荷在牽引變電所電抗器和牽引變壓器漏抗所產生電壓損失較小，甚至在功率因數超前且接近I的交直交電氣列車牽引負荷通過時，還產生一定量的電壓升高(負電壓損失)，因此本發明所涉及的電抗器不影響正常供電電壓水平。
[0019]五、本發明除了適于直接供電的牽引變電所和牽引網外，亦可用于AT供電的牽引變電所及其牽引網。
[0020]六、本發明技術先進、運行可靠，易于實施。[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發明實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]實施例
[0024]如圖1所示，一種電氣化鐵路雙邊供電系統，所采用的技術方案為: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TNk、分區所SPk及牽引網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 ;分區所SPk中的斷路器將牽引網TNk和牽引網TNk+1聯通，相鄰的牽引變電所SSk和牽引變電所SSk+1對牽引網TNk和牽引網TNk+1構成雙邊供電。
[0025]對于AT供電的牽引變電所，電抗器還可分解成兩個，分別串接在牽引變壓器次邊。
[0026]本發明的工作原理是: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，使其達到電力系統所允許的程度。所謂均衡電流，是指牽引網與電力系統并聯而在牽引網產生的附加電流。正常運行時，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荷的分配比例；功率因數滯后且接近I的交直交電氣列車牽引負荷在牽引變電所SSk、SSk+1的電抗器Lk、Lk+i和牽引變壓器TTk、TTk+1漏抗所產生的電壓損失較小，甚至在功率因數超前且接近I的交直交電氣列車牽引負荷通過時，還產生少量的電壓升高(負電壓損失)，因此，串接的電抗器不影響正常供電電壓水平。再者，牽引網發生短路故障時，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]進一步地，為了減少占地，根據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構更為緊湊的高漏抗牽引變壓器，當然，高漏抗牽引變壓器的漏抗值=原牽引變壓器的漏抗值+電抗器的電抗值。
[0029]假設圖1中電力系統ABC的220kV輸電線在與牽引變電所SSk的公共連接點PCCk和與牽引變電所ssk+1的公共連接點PCCk+1之間的長度為50km，公共連接點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%，即歸算到牽引側的漏阻抗ζτ = 0.2134+J2.52 Ω ;相鄰牽引變電所距離為50km ;牽引網空載電壓為27.5kV ;單線鐵路、單鏈型懸掛牽引網阻抗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荷，即牽引負荷額定電流為1145A;對于普速電氣化鐵路，若牽引負荷LC的功率因數為0.8 (滯后)，則牽引變電所的電壓損失=2013V，對于現代交直交電氣列車牽引的電氣化鐵路，若牽引負荷LC的功率因數為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，由于均衡電流是牽引網與電力系統并聯而在牽引網產生的附加電流，因此，均衡電流亦可用歸算到統一電壓下的牽引網阻抗與電力系統(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%，即牽引網與電力系統并聯阻抗比=100:1，此時電抗器Lk (1^+1)的電抗值=1.73倍的牽引變壓器TTk (TTk+1)牽引側的漏抗，即4.36 Ω，對應的牽引變電所電壓損失=1522V ;若進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，則要求將牽引負荷功率因數由0.993 (功率因數角=6.78°，滯后)調整為0.9965 (功率因數角=4.8。,超前)。
[0030]進一步地，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構更緊湊的高漏抗牽引變壓器，在此高漏抗牽引變壓器的漏抗值=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% ;若假設電力系統為無窮大系 統，則對應的牽引網近端短路電流只有原來的1/2.73。
【權利要求】
1.一種電氣化鐵路雙邊供電系統，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TNk、分區所SPk及牽引網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 ;分區所SPk中的斷路器將牽引網TNk和牽引網TNk+1聯通，相鄰的牽引變電所SSk和牽引變電所SSk+1對牽引網TNk和牽引網TNk+1構成雙邊供電。
2.根據權利要求1所述的一種電氣化鐵路雙邊供電系統，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.根據權利要求1所述的一種電氣化鐵路雙邊供電系統，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牽引變壓器；高漏抗牽引變壓器的漏抗值=原牽引變壓器的漏抗值+電抗器的電抗值。
【文檔編號】B60M3/00GK103552488SQ201310542875
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】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 申請人:西南交通大學