[发明专利]一种单相组合式同相供变电构造

说明书

技术领域

本发明涉及交流电气化铁路供电领域，尤其涉及一种单相组合式同相供变电构造。

背景技术

电气化铁道普遍采用由公用电力系统供电的单相工频交流制，为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能平衡分配，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之间用分相绝缘器分割，形成电分相，也称分相。为防止电力机车带电通过电分相发射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，甚至导致自动过分相操作失败，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。

高速和重载铁路已广泛采用基于IGBT、IGCT等全控型器件的大功率交直交型电力机车或动车组，其核心是多组四象限PWM控制和多重化控制的牵引变流器，谐波含量小，功率因数接近于1，但交直交型电力机车或动车组牵引功率大，如大编组运行的单车高速动车组其额定功率达25MW（相当普速铁路5列车），这些大量开行的大功率单相负荷对三相电网造成的日益严重的以三相电压不平衡度（负序）为主的电能质量问题日益严重，不能不受到重视。

理论和实践表明采用同相供电技术可以在取消牵引变电所出口处电分相、消除供电瓶颈、增加供电能力、增强节能效果的同时，还能有效治理负序电流、达到以三相电压不平衡度国标限值为主的电能质量要求，有利于促进电力与铁路的共同与和谐发展。

现阶段实现同相供电的一个关键是牵引网的电压相位，它由一定接线方式的牵引变压器的牵引端口决定。考虑到牵引变电所中各种牵引变压器最简捷、最经济的接线方式是单相牵引变压器，那么，可将用于同相供电系统的牵引变电所的接线方式分为两类，即一类为能与单相牵引变压器构成同相供电的牵引变压器，属于线电压型，另一类，属于非线电压型，主要是相电压型。

相电压型的主要代表是YNd11接线的牵引变电所，它在国内既有普速铁路上应用较为普遍，可以自成系统，即把既有铁路的两相供电改造为同相供电。然而，在三相电压不平衡度（负序）不达标的场合需要安装同相（对称）补偿装置，该装置需要在牵引侧的3个端口进行补偿，结构较复杂，同时，与最小值相比需要增加1/3的同相补偿容量，另外，在三相电压不平衡度（负序）满足要求的场合无需同相（对称）补偿时，用其中的一相来进行同相供电将造成YNd11接线牵引变压器容量的较大浪费（达2/3），很不经济。因此，很难在新建铁路全线推广YNd11接线牵引变压器来实施同相供电。

除了单相牵引变压器，线电压型的同相供电可以来自三相—两相平衡接线变压器，其中多数三相—两相平衡接线的一个端口为线电压，另一个端口为相电压，如Scott，Leblanc、（变型）Wood-Bridge及YNvd等，其中的线电压可以与单相牵引变压器的牵引变电所配合实现全线同相供电，是为优点，但缺点是三相—两相平衡接线牵引变压器需要特殊制造，比标准接线变压器费用增加，并将造成备用牵引变压器的部分容量闲置，影响经济性，也很难在新建铁路上全线推广。

显然，以牵引变电所的牵引变压器接线方式中最简捷、最经济的单相牵引变压器为基础，在必要时配以适量的同相（对称）补偿装置，达到取消牵引变电所出口处电分相以消除供电瓶颈，治理负序以满足三相电压不平衡度（负序）限值的电能质量要求为目标，从而实现牵引变电所接线方式和供电装置容量的最佳匹配才是新建铁路实现同相供电的最佳选择。

为此，本发明人曾提出了一种单相三相组合式同相供变电装置（发明申请号：201210583674.X），即通过单相牵引变压器的线电压和YNd11三相变压器的相电压的组合配以交直交变流器来实现同相供电的一种最佳匹配，适于中性点大电流接地系统和/或需要输出三相自用电的场合，但YNd11三相变压器用于单相负荷使得其绕组容量得不到充分利用，对此，提出一种适于不需要中性点大电流接地、不需要输出三相自用电场合的由单相牵引变压器和交直交变流器组合的最佳匹配来实现的同相供变电构造，相比于单相三相组合式同相供变电构造，其主接线更为简单，投资亦可进一步减少。

发明内容