一種牽引送變電設備的製作方法

2023-07-14 14:20:21

專利名稱：一種牽引送變電設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機車牽引送變電裝置。
背景技術：
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，決定了在電氣化鐵路普遍採用單相工頻交流電為鐵路機車供電。而電力系統希望所有的負載都從電網取用三相對稱的基波電流，以充分利用設備，線路的容量，減少無功電流和諧波電流對系統的危害。為滿足該要求，電氣化鐵道採用相序輪換、分段分相供電的方案，也即鐵路沿線每20-25km作為一個供電區段，各個區段依次分別由電網中的不同相供電，各區段之間設置30m左右的分相區段，並由分相裝置進行分相。當各相分別供電的區段上運行相同的負荷的機車時，就可使電力系統在大的範圍內三相負荷的平衡。
但是，由於各區段的牽引負荷的大小不可能隨時處於平衡等因素的影響，分相分段方案只是在一定程度上減輕了三相不平衡的影響，沒有從根本上解決鐵路負荷單相用電對整個公用電網的影響，使電力部門的工作受到影響。電氣化鐵道由於影響電能質量的問題被迫修改設計方案，增大投資，處境被動的情況時有發生。
同時，由於電分相裝置的存在，當機車運行到一個供電區段末端時，必須經過退級、斷電等一系列複雜的操作，滑行到下一個區段再逐項恢復正常運行，這既增加了機車操作的複雜程度，同時又嚴重製約了機車運行速度的提高和牽引力的發揮。
對於我國現行的狀態而言，急需發展高速重載鐵路。現有的機車牽引供電系統在實現高速、重載機車牽引時，更加不適應，主要表現在(1)高速和重載運輸則要求機車受電弓平滑連續受流，而分相環節的存在，使受電弓上的電流時斷時續，這大大影響了機車的運行速度。同時分相環節也是整個系統中最薄弱的環節之一。雖然有自動過分相裝置，但因其電壓高、轉換動作頻繁，其準確性和可靠度都存在嚴重問題，還不能完全解決電分相對機車運行的不利影響。
(2)高速、重載運輸都需要大容量供電，為滿足國家標準中電力系統對電氣化鐵道以負序為突出的電能質量的限制指標，原有單相供電方式所使用的無功補償技術已無法適應。若在牽引變電所採用可調對稱補償技術，即使在機車上使用交-直-交的電源(不計其無功和諧波)，因容量更大，負序更為突出，技術和經濟上均難達到理想狀態。
(3)我國將建設的高速鐵路可能是高、中速混跑模式，若出現交-直-交電源的機車與交-直電源的機車混用局面，除負序外，無功和諧波仍然存在，電能質量不能改善，電氣化鐵路面臨高價電費問題。
(4)能源危機、環境汙染是困擾國家發展的頭等問題。為此國家產業政策鼓勵開發各種可再生綠色能源如太陽能、風能、地熱、沼氣等。這些能源與天氣、環境之間關係密切，穩定性、可調性不如火電、核電等發電廠，其轉換為電能後，如何併入公用電網且合理利用存在著技術問題。比如青藏鐵路建設中的太陽能、風能發電廠的如何併網運行等問題。

發明內容
本發明的目的就是提供一種牽引送變電設備，該裝置能實現鐵路的相鄰變電所輸出同相，鐵路線全線同相貫通而無需分相，各牽引變電所區段供電電壓穩頻、穩壓，保證機車的高速、重載運行；鐵路牽引負荷的供電系統從公用電網上三相取電、隔擾聯結，徹底消除鐵路牽引負荷因分段單相取電，對公用電網電能質量的影響。
本發明解決其技術問題，所採用的技術方案為一種牽引送變電設備，其組成為三相變壓器與公用高壓電網相連，單相變壓器與鐵路牽引負荷相連，三相變壓器與單相變壓器之間依次連接三相整流/逆變器、直流儲能器、單相整流/逆變器。
本發明的工作原理是本發明安裝於鐵路線上的各牽引變電所，公用高壓電網上的三相高壓電(通常為110kV或220kV)經三相變壓器變低為較低的高壓電如6kV，然後由三相整流/逆變器整流變換為直流電壓，送直流儲能器，直流儲能器輸出的直流電，經單相整流/逆變器再轉換為鐵路牽引負荷所需的單相高壓交流電(通常為27.5kV或25kV)。且在變換過程中，各牽引變電所的單相/整流逆變器可採用同相策略控制，使各牽引變電所對牽引機車同相供電。
而鐵路牽引負荷(列車)在制動時，列車的動能經列車上的裝置轉換為電能，該電能通過單相變壓器變換為交流電後，再經單相/整流逆變器轉換為直流送直流儲能器，將該電能儲存在直流儲能器中，在列車啟動時，該電能反向流動，提供給列車使用，這樣可降低三相變壓器的容量。
與現有技術相比，本發明的有益效果是一、在同相策略控制下，使各牽引變電所的單相整流/逆變器向牽引機車同相供電，使各牽引變電所區段供電電壓穩頻、穩壓，鐵路線上所有變電所的電壓輸出同相貫通，而無需採用相序輪換、分相分段供電，從根本上避免了電分相環節，既使機車運行可靠，又使機車能夠高速、穩定運行。尤其適用於重載、高速列車。
二、鐵路牽引負荷的供電系統由三相變壓器從公用電網上三相對稱取電，徹底避免了原單相取電產生負序電流嚴重影響電網電能質量的問題；並通過直流儲能器將牽引供電系統和公用電網隔離開來，實現隔擾聯結，徹底消除鐵路牽引負荷的大量無功成分與諧波對公用電網電能質量的影響，使電力供電系統的經濟與安全可靠運行得到保證，鐵路系統徹底擺脫因影響電力系統的電能質量與安全而支付高價電費或罰款的困境。
三、直流儲能器還能有效地吸收列車制動能量，並能提供列車起動能量，降低三相變壓器的容量。
上述的直流儲能器還與輔助供電裝置相連。
接入的輔助供電裝置可以是鐵路沿線的太陽能、風能等發供電系統中的供電輸出裝置。通過本發明將以上發電系統輸出的直流電送入直流儲能器。正常情況下，可由直流儲能器經單相整流/逆變器再轉換為鐵路牽引負荷所需的單相高壓交流電(通常為27.5kV或25kV)供牽引使用；而當輔助供電裝置提供的電能功率很大或者鐵路牽引負荷小甚至沒有時，則直流儲能器可將接收到的電能輸送給三相整流/逆變器，將直流電逆變為三相交流電，再由三相變壓器升壓成公用高壓電網的電壓併入公用電網。這樣，可實現多個不同能源發供電系統的相互聯結，符合國家能源發展規劃和環保的要求。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的描述。


圖1是本發明的電氣連接原理示意圖。
圖2是本發明安裝在鐵路牽引變電所的示意圖。
具體實施例方式
實施例圖1、圖2示出，本發明的一種具體實施方式
為一種牽引送變電設備，其組成為三相變壓器1與公用高壓電網相連，單相變壓器5與鐵路牽引負荷6相連，三相變壓器1與單相變壓器5之間依次連接三相整流/逆變器2、直流儲能器3、單相整流/逆變器4。直流儲能器3還與輔助供電裝置7相連。
圖2還示出，本發明的裝置安裝於鐵路沿線的牽引變電所中，由本發明的裝置對牽引負荷進行同相供電。為檢修方便，牽引變電所之間設有分段絕緣器8。
權利要求
1.一種牽引送變電設備，其組成為三相變壓器(1)與公用高壓電網相連，單相變壓器(5)與鐵路牽引負荷(6)相連，三相變壓器(1)與單相變壓器(5)之間依次連接三相整流/逆變器(2)、直流儲能器(3)、單相整流/逆變器(4)。
2.如權利要求1所述的一種牽引送變電設備，其特徵在於所述的直流儲能器(3)還與輔助供電裝置(7)相連。
全文摘要
本發明公開了一種牽引送變電設備，其組成為三相變壓器與公用高壓電網相連，單相變壓器與鐵路牽引負荷相連，三相變壓器與單相變壓器之間依次連接三相整流逆變器、直流儲能器、單相整流逆變器。該裝置能實現鐵路的相鄰變電所輸出同相，鐵路線全線同相貫通而無需分相，各牽引變電所區段供電電壓穩頻、穩壓，保證機車的高速、重載運行；鐵路牽引負荷的供電系統從公用電網上三相取電、隔擾聯結，徹底消除鐵路牽引負荷因分段單相取電，對公用電網電能質量的影響。
文檔編號B60M3/00GK1909353SQ20061002156
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月8日 優先權日2006年8月8日
發明者李群湛, 賀建閩, 易東, 郭育華, 高師湃, 張崑崙, 何曉瓊, 張麗, 郭鍇, 郭世明, 餘俊祥, 張文麗, 張麗豔, 劉煒 申請人:西南交通大學