专利名称：一种电气化铁道同相牵引供电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电气化铁道牵^ 1同相供电系统。
背景技术：
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，在铁路沿线每20-25km作为一个供电区段，各个 区段依次分别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《I 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。现有的分段分相的机 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
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。
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，原有分相供电方式所使用的无功补 偿技术已无法适应。若在牵引变电所釆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。
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^L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。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种电气化铁道同相牵引供电系统，该系统能 实现铁路全线同相供电而无需分相，且供电电压稳定，保证机车的高速、稳定
运行，尤其适用于高速、重载铁路使用；该系统同时能消除铁路牵引负荷对公 用电网电能的负序、无无功和谐波影响，成本低、实施方便。 本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案为
一种电气化铁道同相牵引供电系统，其结构特点是牵引变压器为YNdll 接法的三相变压器，该变压器的YN接法的三个原边三相接高压公用电网，该变 压器d接法的低压侧三个端子与潮流控制器的三个电流输出端相连，且其中的 两个端子同时连接电气化铁道接触网。
本实用新型的工作原理是将公用高压电网上的三相高压电，经YNdll接 法的牵引变压器变换后，其低压侧的两个端子接到铁道接触网，向电力机车供 电，实现单相供电。同时由于牵引变压器的低压侧的三个端子连接潮流控制器 的电流输出端，由潮流控制器的电流检测与脉宽调制控制器对牵引变压器次边 输出的三相电流/。,/6，之和铁道接触网上流过的电流4进行检测、运算，确定潮 流控制器的三个电流输出端的输出电流/p。,^，^大小，从而在保证铁道接触网单 向供电的同时，也保证牵引变压器次边三相电流/。，人,人对称且没有谐波。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是
一、铁路线上所有使用本实用新型的变电所均输出同一个单相电压给铁道机车供电，这样整个铁路线上无需采用相序轮换、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
用于重载、高速列车。
二、 由潮流控制器对牵引变压器次边的电流进行补偿，保证索引变压器次 边三相电流/。,4之对称且没有谐波，从而实现铁路牵引负荷从公用电网上三相
对称取电，避免了原分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、 我国现有的铁路线路的牵引变电所大量采用YNdll星形一三角形接线变 压器，将其进行改造即可构成本实用新型YNdll星形一三角形接线变压器同相 供电系统。因此本实用新型的系统对我国铁路电力系统具有最广泛的适应性， 实施方便、对现有4^路的改造成本低。
上述的潮流控制器的组成为YY接线的三相降压变压器的原边与三相变压 器d接法低压侧端子相连，降压变压器次边三相中的两相与对应的电力电子开 关的电流输出端相连。电力电子开关包括四只大功率晶体管，每只大功率晶体 管的控制极均与电流检测与脉宽调制控制器相连；四只大功率晶体管两两通过 发射极与集电极串连构成两组大功率晶体管组，两组大功率晶体管组的集电极 并联，发射极也并联；并在两组大功率晶体管组的集电极、发射极之并联直流 储能电容；两组大功率晶体管组内的发射极与集电极的串连点构成电力电子开
关的电流ir出端。
这样，在电流检测与脉宽调制控制器的控制下，轮流控制三个电力电子开 关的开关状态，并经降压变压器变换后，向牵引变压器的次边三相提供补偿电 流使牵引变压器的三个次边输出端的电流/。,4之对称且没有谐波，满 足公用电网的对负序、无功和谐波的要求。这种结构的潮流控制器，控制有效， 结构简单，成本低。
上述的两组大功率晶体管组未串联的集电极与未串耳关的发射极之间并联直 流储能电容。并联的储能电容既能有效补偿牵引变压器次边端口的感性无功功 率、提高功率因数、稳定牵引变压器原边的电压，滤除负荷电流中的高次谐波。上述的大功率晶体管为集成门极换向晶闸管或绝缘栅双极性晶体管。这两 种管子均为成熟可靠的大功率电力电子开关管。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的描述。
图l是本实用新型实施例的电路原理示意图。
图2是本实用新型实施例潮流控制器中一个电力电子开关D1的电路原理示 意图。
具体实施方式
实施例
图1示出，本实用新型的一种具体实施方式
为 一种电气化铁道同相牵引 供电系统中，牵引变压器为YNdll接法的三相变压器Tl，该变压器T1的YN接 法的三个原边A、 B、 C三相接高压公用电网，该变压器d接法的低压侧三个端 子a、 b、 c与潮流控制器IC的三个电流输出端相连，且其中的两个端子a、 b 同时连接铁道接触网TR。显然，本实用新型的三个低压侧的输出端a、 b、 c是 完全相同的，既可如图1所示选择a、 b两个端子与铁道接触网TR相连，也可 选择b、 c或a、 c两个端子与电气化铁道接触网TR相连。
本例的潮流控制器IC的组成为YY接线的三相降压变压器T2的原边与三 相变压器d接法低压侧端子a、 b、 c相连，降压变压器T2次边三相中的两相a'、 b'或b'、 c/或c'、 a'与对应的电力电子开关1)1、 D2、 D3的电流输出端x、 y或 y、 z或z、 x相连。
图2示出，电力电子开关D1包括四只大功率晶体管BG，每只大功率晶体管 BG的控制极均与脉宽调制控制器CP相连；四只大功率晶体管BG两两通过发射 极与集电极串联构成两组大功率晶体管组，两组大功率晶体管组的未串联的集 电极并联，未串联的发射极也并联；两组大功率晶体管组内的发射极与集电极 的串联点构成电力电子开关Dl电流输出端x、 y。电力电子开关D2、 D3的构成 与D1完全相同，只是电力电子开关D2、 D3的电流输出端分别在图1标注为y、
Z和Z、 Xo
两组大功率晶体管组未串联的集电极与未串联的发射极之间并联直流储能电容c。
图2示出，本例采用的大功率晶体管BG为集成门极换向晶闸管(IGCT); 在实际实施时，也可采用绝缘栅双极性晶体管(IGBT)。
权利要求1. 一种电气化铁道同相牵引供电系统，其特征在于牵引变压器为YNd11接法的三相变压器(T1)，该变压器(T1)的YN接法的三个原边(A、B、C)三相接高压公用电网，该变压器d接法的低压侧三个端子(a、b、c)与潮流控制器(IC)的三个电流输出端相连，且其中的两个端子(a、b)同时连接电气化铁道接触网(TR)。
专利摘要本实用新型公开了一种电气化铁道同相牵引供电系统，该系统的牵引变压器为YNd11接法的三相变压器(T1)，该变压器(T1)的YN接法的三个原边A、B、C三相接高压公用电网，该变压器d接法低压侧端子(a、b、c)之间接有潮流控制器(IC)，且端子a、b连接电气化铁道接触网(TR)。该系统能实现铁路全线同相供电而无需分相，且供电电压稳定，保证机车的高速、重载运行；同时，该系统能消除铁路牵引负荷对公用电网电能的负序、无无功和谐波影响，成本低、实施方便。
文档编号B60M3/00GK201077368SQ20072008156
公开日2008年6月25日 申请日期2007年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者余俊祥, 丽 张, 张丽艳, 东 易, 李群湛, 解绍锋, 贺建闽, 蕾 郭, 锴 郭, 马庆安 申请人:西南交通大学