一種電力機車試驗線平衡供電系統的製作方法

2023-06-24 21:58:16 1

本發明主要涉及電力機車技術領域，特指一種電力機車試驗線平衡供電系統。

背景技術：

作為電力機車靜調、動調考核試驗的試驗線路通常採用普遍存在的交流三相10kV電源供電，通過變壓器輸出單相25kV電壓給電力機車供電，由於10kV系統容量相對較小，供給SS型、HXD型電力機車、CRH型高速動車組等大功率單相不平衡負載時，容易出現不平衡負荷或者單相過載引起的上級變壓器跳閘故障，影響供電系統安全、可靠運行。為了保證電力機車出廠動調試驗正常運行，往往只是採取同線負載臨時限電，或增大上級線路及變壓器容量的措施。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題就在於：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種保證三相供電平衡、消除負序對其它供電負載影響的電力機車試驗線平衡供電系統。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種電力機車試驗線平衡供電系統，包括控制單元、機車牽引供電子系統和功率平衡子系統，所述機車牽引供電子系統包括單相升壓變壓器，所述單相升壓變壓器與電力機車試驗線相連、用於將單相線電壓轉換為電力機車額定牽引供電電壓；所述功率平衡子系統包括三相V/v接線變壓器和功率平衡裝置，所述三相V/v接線變壓器的原邊分別與電力機車試驗線的三相供電網中三相相連，所述功率平衡裝置包括兩個變流器機組以及直流電容，兩個變流器機組形成背靠背結構且共用直流電容，兩個變流器機組的輸出端分別與三相V/v接線變壓器中的兩臺單相降壓變壓器的次邊相連；所述單相升壓變壓器的原邊迴路中設置有第一電流檢測件，所述控制單元分別與第一電流檢測件和功率平衡裝置相連，用於檢測單相升壓變壓器的原邊迴路的電流信號，控制兩個變流器機組間的有功功率融通以及各自的無功功率輸出，以實現電力機車試驗線的三相電網功率平衡。

作為上述技術方案的進一步改進：

兩個變流器機組的電源迴路中分別串聯有第二電流檢測件和第三電流檢測件，所述控制單元分別與第二電流檢測件和第三電流檢測件相連，用於根據對應檢測的電流信號調整兩個變流器機組之間的有功功率融通以及各自的無功功率輸出以達到閉環控制。

所述牽引供電子系統和功率平衡子系統與三相供電網之間均串聯有開關組件。

還包括保護單元，所述三相V/v接線變壓器的原邊三相中均串聯有第四電流檢測件，所述電力機車試驗線的三相供電網的三相中均設置有電壓檢測件，所述保護單元用於在第一電流檢測件或第二電流檢測件或第三電流檢測件或第四電流檢測件或電壓檢測件檢測到的信號大於對應預設值時封鎖變流器機組的脈衝或者斷開開關組件。

兩個變流器機組均為由多個IGBT模塊構成的H橋電路。

所述單相升壓變壓器和單相降壓變壓器的原邊均設置有避雷器。

所述單相升壓變壓器以及三相V/v接線變壓器均為高阻抗變壓器。

所述單相升壓變壓器以及三相V/v接線變壓器的次邊均串聯有電抗器。

與現有技術相比，本發明的優點在於：

本發明的電力機車試驗線平衡供電系統，可滿足機車動調試驗需求，避免供電線路保護跳閘，同時實現試驗線(10kV)進線側三相供電平衡，顯著減小線路電流幅值，消除負序對同線路其它供電負荷造成的不良影響，保證試驗線路供電質量，充分發揮供電系統的能力；另外本平衡供電系統結構簡單、操作簡便。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的平衡供電系統的一次主電路圖。

圖3為本發明的平衡供電系統的功率平衡原理圖。

圖4為本發明的電力機車牽引供電子系統電壓電流矢量圖。

圖5為本發明的功率平衡子系統的電壓電流矢量圖。

圖6為本發明的三相電網進線側的電壓電流矢量圖之一。

圖7為本發明的三相電網進線側的電壓電流矢量圖之二。

圖8為本發明的控制及保護邏輯原理圖。

圖9為本發明的平衡供電系統其它實施例的一次主電路圖。

圖10為本發明的平衡供電系統其它實施例的一次主電路圖。

圖11為本發明的變流器機組的電路原理圖。

圖中標號表示：1、控制單元；2、機車牽引供電子系統；3、功率平衡子系統；4、保護單元。

具體實施方式

以下結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步描述。

如圖1至圖11所示，本實施例的電力機車試驗線平衡供電系統，包括控制單元1、機車牽引供電子系統2和功率平衡子系統3，機車牽引供電子系統2包括單相升壓變壓器，單相升壓變壓器T1分別與電力機車試驗線和電力機車相連、用於將單相線電壓轉換為電力機車額定牽引供電電壓；功率平衡子系統3包括三相V/v接線變壓器T2和功率平衡裝置，三相V/v接線變壓器T2的原邊分別與電力機車試驗線的三相供電網中三相相連，功率平衡裝置包括兩個變流器機組以及直流電容，兩個變流器機組形成背靠背結構且共用直流電容，兩個變流器機組的輸出端分別與三相V/v接線變壓器中的兩臺單相降壓變壓器的次邊相連；單相升壓變壓器的原邊迴路中設置有第一電流檢測件，控制單元1分別與第一電流檢測件和功率平衡裝置相連，用於根據單相升壓變壓器的原邊迴路的電流信號，控制兩個變流器機組間的有功功率融通以及各自的無功功率輸出，以實現電力機車試驗線的三相電網功率平衡。本發明的電力機車試驗線平衡供電系統，可滿足機車動調試驗需求，避免供電線路保護跳閘，同時實現試驗線(10kV)進線側三相供電平衡，顯著減小線路電流幅值，消除負序對同線路其它供電負荷造成的不良影響，保證試驗線路供電質量，充分發揮供電系統的能力；另外本平衡供電系統結構簡單、操作簡便。

如圖9所示，本實施例中，可採用單相三繞組變壓器替換本發明的單相雙繞組變壓器，可採用單相雙繞組變壓器替換本發明的三相V/v接線變壓器，相應的開關組件會有相應減少。

本實施例中，兩個變流器機組的電源迴路中分別串聯有第二電流檢測件(圖2中的CT2)和第三電流檢測件(圖2中的CT3)，控制單元1分別與第二電流檢測件和第三電流檢測件相連，用於檢測對應變流器機組的電流信號，實時調整兩個變流器機組之間的有功功率融通以及各自的無功功率輸出以達到閉環控制。

本實施例中，牽引供電子系統和功率平衡子系統3與三相供電網之間均串聯有開關組件，如圖2中的隔離開關(QS1和QS2)和斷路器(QF1和QF2)。

本實施例中，還包括保護單元4，三相V/v接線變壓器的原邊三相中均串聯有第四電流檢測件(圖2中的TA2、TA3和TA4)，電力機車試驗線的三相供電網的三相中均設置有電壓檢測件(圖2中的PT)，保護單元4用於在第一電流檢測件或第二電流檢測件或第三電流檢測件或第四電流檢測件或電壓檢測件檢測到的信號大於對應預設值時封鎖兩個變流器機組的脈衝或斷開開關組件。

如圖11所示，本實施例中，兩個變流器機組均為由四個IGBT模塊構成的H橋電路，在其它實施例中，也可以由多於四個的IGBT模塊構成；單相升壓變壓器和單相降壓變壓器的原邊均設置有避雷器，抑制供電線路雷電、操作以及運行過電壓。

本實施例中，單相升壓變壓器以及三相V/v接線變壓器均採用高阻抗變壓器，高阻抗變壓器內部集成有電抗器；其中高阻抗變壓器是指短路電壓百分數超過同一電壓等級、同一容量的國家標準的百分值的變壓器；在其它實施例中，如圖10所示，單相升壓變壓器以及三相V/v接線變壓器也可以為普通變壓器，在其次邊的外部串聯電抗器。

下面對本發明的電力機車試驗線平衡供電系統的控制方法做進一步分析說明：

設定三相進線電壓為額定電壓，變壓器損耗較小，忽略不計，以交流傳動機車負荷(功率因數為1)為例進行分析，機車有功功率等於P1，無功功率Q1等於0。為方便分析，以下的電壓電流全部為10kV側等效電流。

機車牽引供電子系統2運行時，子系統的電壓電流矢量圖如圖4所示。

如圖3所示，控制系統檢測到機車牽引子系統的電流，控制系統使得變流器機組2#向變流器機組1#進行有功融通，融通功率大小為機車供電系統有功功率的二分之一(10kV側等效為融通電流為二分之一I1)，方向為由變流器機組2#向變流器機組1#；同時變流器機組1#輸出容性無功功率Q2，同時變流器機組2#輸出感性無功功率Q3。

即以各自線電壓為參考，如圖5所示：

變流器機組1#的視在功率為：

變流器機組2#的視在功率為：

如圖6所示，平衡供電系統10kV進線側總電流：

<![CDATA[ I A = I 1 + I 2 ]]>

<![CDATA[ I B = I 4 ]]>

又因則可知，10kV進線側三相母線電流均與相電壓同相位，電流幅值相等，三相功率實現平衡，如圖7所示。

功率平衡前後，相電流幅值變化為：

則平衡供電系統能夠顯著減小10kV進線側的電流幅值，減小幅值達42.3％。

如果負載為交直型電力機車，只需將變流器機組1#的容性無功輸出值增加為機車無功負載Q1與Q2之和即可。以各自線電壓為參考：

變流器機組1#的視在功率為：

變流器機組2#的視在功率為：

而且由於平衡供電子系統同時補償了牽引供電子系統的無功電流，則電流10kV進線側的電流幅值減小比例超過42.3％。

如圖8所示，本實施例中，控制裝置接收保護裝置以及兩個變流器機組發送的故障信號，當檢測到故障時，停止發送變流器機組1#和變流器機組2#的控制命令。保護裝置實時檢測10kV母線的電壓(來自PT)和系統各支路10kV側的電流(來自TA1、TA2、TA3、TA4的保護繞組)，以及變流器機組1#的電流(來自CT1的保護繞組)和變流器機組2#的電流(來自CT2的保護繞組)，並與保護定值進行比較。若採集的電流值超過設定值，動作於牽引供電子系統支路斷路器(QF1)和功率平衡子系統3支路斷路器(QF2)，同時將故障信號發送至控制系統，停止變流器機組1#和變流器機組2#的輸出。同時，保護裝置還採集了隔離開關的位置信號，作為合閘允許條件，防止系統檢修時誤合斷路器。

本實施例中，變流器機組所使用的降壓變壓器為高阻抗變壓器(等效為次邊輸出繞組線路串聯一個高阻值的電抗器)，可以節省系統總投資以及節省佔地。

本實施例中，牽引供電子系統一次主電路接入斷路器QF1雙極分別接入A、C相，平衡供電子系統一次主電路接線斷路器QF2三極分別接入A、C、B相；在其它實施例中，斷路器QF1雙極分別接入A、B相，平衡供電子系統一次主電路接線斷路器QF2三極分別接入A、B、C相；或者斷路器QF1雙極分別接入B、C相，平衡供電子系統一次主電路接入斷路器QF2三極分別接入A、B、C相。

以上僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護範圍並不僅局限於上述實施例，凡屬於本發明思路下的技術方案均屬於本發明的保護範圍。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發明的保護範圍。