专利名称：一种基于YN,vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁道机车交流牵引同相供电装置。
技术背景单相系统所具有的结构简单、建设成本低、运用和维护方便等优点，决定 了在电气化铁路普遍采用单相工频交流电为铁路机车供电。而电力系统希望所 有的负载都从电网取用三相对称的基波电流，以充分利用设备，线路的容量， 减少无功电流和谐波电流对系统的危害。为满足该要求，电气化铁道采用相序 轮换、分段分相供电的方案，也即铁路沿线每20-25km作为一个供电区段，各 个区段依次分別由电网中的不同相供电，各区段之间设置30m左右的分相区段， 并由分相装置进行分相。当各相分别供电的区段上运行的机车负荷相同时，就 可使电力系统在大的范围内三相负荷的平衡。但是，由于各区段的牵引负荷的大小不可能随时相同，分相分段方案只是 在一定程度上减轻了三相不平衡的影响，没有从根本上解决铁路负荷单相用电 对整个公用电网的影响。电气化铁道由于影响电能质量的问题，被迫修改设计 方案，增大投资，处境被动的情况时有发生。同时，由于电分相装置的存在，当机车运行到一个供电区段末端时，必须经 过退级、断电等一系列复杂的操作，滑行到下一个区段再逐项恢复正常运行，这 既增加了机车操作的复杂程度，同时又严重制约了机车运行速度的提高和牵引 力的发挥。对于我国现行的状态而言，急需发展高速重载铁路。现有的机车牵引供电 系统在实现高速、重载机车牵引时，更加不适应，主要表现在(1) 高速和重载运输要求机车受电弓平滑连续受流，而分相环节的存在， 使受电弓上的电流时断时续，这大大影响了机车的运行速度。同时分相环节也 是整个系统中最薄弱的环节之一。虽然有自动过分相装置，但因其电压高、 转换动作频繁，其准确性和可靠度都存在严重问题，还不能完全解决电分相对 机车运行的不利影响。(2) 高速、重载运输都需要大容量供电，为满足国家标准中电力系统对电
气化铁道以负序为突出的电能质量的限制指标，原有单相供电方式所使用的无 功补偿技术已无法适应。若在牵引变电所采用可调对称补偿技术，即使在机车 上使用交-直-交的电源(不计其无功和谐波)，因容量更大，负序更为突出，技 术和经济上均难达到理想状态。(3)我国将建设的高速铁路可能是高、中速混跑模式，若出现交-直-交 电源的机车与交-直电源的机车混用局面，除负序外，无功和谐波仍然存在， 电能质量不能改善，制约了铁路与电力双方的发展。 发明内容本发明的目的就是提供一种基于YN, vd接线变压器的铁道机车交流牵引同 相供电装置，该装置能实现铁路全线同相供电而无需分相，各牵引变电所区段 供电电压稳定，保证机车的高速、重载运行；铁路牵引负荷的供电系统从公用 电网上三相取电，消除铁路牵引负荷对公用电网电能质量的影响。且该装置可 以利用现有牵引变压器进行改造而成，成本低，便于实施。本发明解决其技术问题，所釆用的技术方案为 一种基于YN，vd接线变压 器的铁道机车交流牵引同相供电装置，其结构特点是牵引变压器为YN, vd接法的三相一两相平衡变压器，该变压器的YN接法的 三个原边绕组接高压公用电网，v接法的次边绕组的两输出端(b" cO作为线 电压输出端；d接法中的一个次边绕组的两端作为相电压输出端，且该绕组所缠 绕的铁芯上未缠绕v接法的次边绕组；变压器线电压输出端与相电压输出端之间接有整流逆变器，且线电压输出端或相电压输出端作为牵引机车的供电端；同时，整流逆变器的控制装置与 牵引机车的供电端相连。本发明的工作原理是公用高压电网上的三相高压电(通常为110kV或 220kV)经YN,vd三相一两相平衡变压器变换后，分别从其相电压输出端和线 电压输出端输出两相平衡的相电压和线电压(27. 5kV或25kV)，该线电压和相 电压的大小幅值相等、频率相同，但相位相差90。。根据牵引机车的需要可将 其中的相电压直接输出给牵引机车；整流逆变器的控制装置检测出供电端交流 电的相位，然后在控制装置的控制下，整流逆变器则将变压器中未直接输出给 牵引机车的线电压，先变为直流电，再转换为与相电压的相位相同的交流电，再输送给牵引机车。同理，也可将线电压直接输出给牵引机车，则相电压经过 整流逆变器的作用同样变为与线电压相位相同的交流电，共同输出给牵引机 车。这样，即实现了相电压与线电压输出端口之间的有功功率传递，使其牵引 功率增大一倍，并使负序为零。与现有技术相比，本发明的有益效果是一、铁路线上所有使用本发明装置的变电所能输出相同的同相电压，而无 需采用相序轮换、分相分段供电，从根本上避免了电分相环节，既使机车运行 可靠，又使机车能够高速、稳定运行。尤其适用于重栽、高速列车。二 、铁路牵引负荷的供电系统由三相变压器从公用电网上三相对称取电， 彻底避免了原单相取电产生负序电流严重影响电网电能质量的问题；消除铁路 牵引负荷的大量无功成分与谐波对公用电网电能质量的影响，使铁路和电力系 统的经济与安全可靠运行得到保证。三、 对使用本发明装置的牵引变电所内部，其供电区段的左右两侧采用同 一端口供电，较之现有的同一牵引变电所按运行区段轮流换相供电，负荷的均 衡性得到改善。四、 我国既有线路大量采用YN,d (星形一三角形)接线变压器供电，作为 同相供电系统应使牵引电压要么对应三相电网的相电压，要么对应三相电网的 线电压。而本发明装置的供电端既可是对应三相电网相电压的相电压端，也可 是对应三相电网线电压的线电压端，因此，本发明装置对我国4失;洛电力系统具 有最广泛的适应性。五、 本发明装置既可用于新建的牵引变电所，也方便对已有普通牵引变电 所的改建，改建时只需在原有YN， d (星形一三角形)接线的牵引变压器的次边 d接线中两绕组的铁芯上，新缠绕v形接法的两绕组；或者只需在原有YN, d(星 形一三角形)接线的牵引变压器的^5出上增加V,V接线的另一变压器，原YN, d变压器与新增的v,v接线变压器合用，也可达到YN，vd变压器的效果；然后 再加上整流逆变器即可。从而可以在不弃用原有牵引变压器内部构造的基础 上，改建成本发明的装置，其改建方便、投资少，便于实施。上述的整流逆变器的整流部分和逆变部分之间还接有一储能电容。 这样，该储能电容能有效补偿牵引端口的感性无功功率、提高功率因数、 稳定母线电压，滤除负荷电流中的高次谐波。上述的变压器的相电压输出端作为供电端时，变压器的线电压输出端经过
一降压变压器后，再与整流逆变器的输入端相连，整流逆变器的输出端侧通过 升压变压器与相电压输出端相连。上述的变压器的线电压输出端作为供电端时，变压器的相电压输出端经过 一降压变压器后，再与整流逆变器的输入端相连，整流逆变器的输出端侧通过 升压变压器与线电压输出端相连。这样，整流逆变器输入的电压通过降压变压器变为较低的电压，整流部分 及逆变部分的工作电压均为低电压，逆变成交流电后，再通过升压变压器变回 高电压对外输出。佳_得整流逆变器由昂贵的高压元器件改为^f介格低廉的低压元 器件组成，进一步降低了本发明的成本。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的描述。
图1为本发明实施例一的YN,vd接线的三相一两相平tf变压器(T)的内部 接线关系示意图，其中的*、 △、，分别表示变压器铁芯的三个同名端。图2为本发明实施例一的电路原理图。图3为本发明实施例二的电路原理图。
具体实施方式
实施例一图l示出，本发明的一种具体结构为 一种基于YN，vd接线变压器的铁道 机车交流牵引同相供电装置中，牵引变压器为YN，vd接法的三相一两相平衡变 压器T,该变压器T的YN接法的三个原边绕组AN、 BN、 CN接高压公用电网，v 接法的次边绕组b'y'、 c'z'的两输出端b'、 c'作为线电压l餘出端b'、 c'; d 接法中的一个次边绕组ax的两端a、 x作为相电压输出端a、 x，且该绕组ax 所缠绕的铁芯(即图中标*的铁芯)上未缠绕v接法的次边绕组b'y'、 c/z'。图2示出，变压器T线电压输出端b'、 c'与相电压输出端a、 x之间接有 整流逆变器Z,且相电压输出端a、 x作为牵引机车的供电端VI、 V2;同时，整 流逆变器Z的控制装置与牵引机车的供电端VI、 V2相连。图2还示出，本例的变压器T的相电压输出端a、 x作为供电端Vl、 V2，变 压器T的线电压输出端b'、 c'经过一降压变压器Tb后，再与整流逆变器Z的输 入端相连，整流逆变器Z的输出端侧通过升压变压器Ta与相电压输出端a、 x 相连。
由于本例的供电端为变压器的相电压输出端a、 x，故其l命出电压与三相电 网的的相电压相同；当相邻的普通牵引供电装置的供电臂为相电压时，采用本 例的供电装置，这样便于本发明装置与常规的普通牵引供电装置，实现同相供 电，避免电分相。本例的整流逆变器Z的整流部分和逆变部分之间还接有一储能电容。 实施例二图3示出，本例与实施例一基本相同，不同的仅仅是线电压输出端b'、 c'作为牵引机车的供电端VI、 V2;从而变压器T的相电压输出端a、 x经过一 降压变压器Tb后，再与整流逆变器Z的输入端相连，整流逆变器Z的输出端 侧通过升压变压器Ta与线电压输出端b'、 c'相连。在相邻变电所的普通牵引供电装置的供电臂为线电压时，适用本例的装置。 显然，当相邻变电所也采用本发明的装置时，供电端既可是相电压输出端， 也可是线电压输出端，只要相邻变电所采用的输出端相同即可。
权利要求
1、一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置，其特征在于牵引变压器为YN，vd接法的三相-两相平衡变压器(T)，该变压器(T)的YN接法的三个原边绕组(AN、BN、CN)接高压公用电网，v接法的次边绕组(b′y′、c′z′)的两输出端(b′、c′)作为线电压输出端(b′、c′)；d接法中的一个次边绕组(ax)的两端(a、x)作为相电压输出端(a、x)，且该绕组(ax)所缠绕的铁芯上未缠绕v接法的次边绕组(b′y′、c′z′)；变压器(T)线电压输出端(b′、c′)与相电压输出端(a、x)之间接有整流逆变器(Z)，且线电压输出端(b′、c′)或相电压输出端(a、x)作为牵引机车的供电端(V1、V2)；同时，整流逆变器(Z)的控制装置与牵引机车的供电端(V1、V2)相连。
2、 如权利要求1所述的一种基于YN, vd接线变压器的铁道机车交流牵引同 相供电装置，其特征在于所述的整流逆变器(Z)的整流部分和逆变部分之间 还接有一储能电容。
3、 如权利要求1所述的一种基于YN， vd接线变压器的铁道机车交流牵引同 相供电装置，其特征在于所述的变压器(T)的相电压输出端(a、 x)作为供电端(Vl、 V2)时，变压器(T)的线电压输出端(b'、 cO经过一降压变压器(Tb) 后，再与整流逆变器(Z)的输入端相连，整流逆变器(Z)的输出端側通过升 压变压器(Ta)与相电压输出端(a、 x)相连。
4、 如权利要求1所述的一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引 同相供电装置，其特征在于所述的变压器(T)的线电压输出端(b'、 c')作为 供电端(Vl、 V2)时，变压器(T)的相电压输出端(a、 x)经过一降压变压器(Tb)后，再与整流逆变器(Z)的输入端相连，整流逆变器(Z)的输出端侧 通过升压变压器(Ta)与线电压输出端(b'、 cO相连。
全文摘要
一种基于YN，vd接线变压器的铁道机车交流牵引同相供电装置，其中的牵引变压器为YN，vd接法的三相一两相平衡变压器(T)，该变压器(T)的线电压输出端(b′、c′)与相电压输出端(a、x)之间接有整流逆变器(Z)，且线电压输出端(b′、c′)或相电压输出端(a、x)作为牵引机车的供电端(V1、V2)；同时，整流逆变器(Z)的控制装置与牵引机车的供电端(V1、V2)相连。该装置能实现铁路全线同相供电而无需分相，各牵引变电所区段供电电压稳定，保证机车的高速、重载运行；铁路牵引负荷的供电系统从公用电网上三相取电，消除铁路牵引负荷对公用电网电能质量的影响。且该装置可以利用现有牵引变压器进行改造而成，成本低，便于实施。
文档编号H02M5/00GK101127488SQ20071004965
公开日2008年2月20日 申请日期2007年8月2日 优先权日2007年8月2日
发明者余俊祥, 炜 刘, 丽 张, 张丽艳, 张文丽, 东 易, 李群湛, 解绍锋, 贺建闽, 锴 郭, 马庆安, 高师湃 申请人:西南交通大学