应用于城市轨道交通牵引供电系统的谐振抑制电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种应用于城市轨道交通牵引供电系统的谐振抑制电路，包含两部分：第一部分为在主降压变电站的出线部分加装串联电抗器；第二部分为在直流牵引变电所直流侧1500V或750V正极和负极每一路出线上加装串联电抗器。该电路能够提高城市轨道交通牵引供电系统供电的可靠性和起到良好的谐振抑制作用。本实用新型增添的电抗器可以优先选用高频特性良好的铁淦氧磁芯的电抗器，频率特性较好、不易饱和，且匝数少、直流电阻小更能起到抑制谐振的作用。
【专利说明】应用于城市轨道交通牵引供电系统的谐振抑制电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种应用于城市轨道交通牵引供电系统的谐振抑制电路，特别是一种能提高城市轨道交通牵引供电系统供电可靠性和谐振抑制电路。
【背景技术】
[0002]近年来，我国各大中城市正在大力发展以地铁为主的轨道交通，而且发展速度十分迅速，地铁交通即将成为城市主要的快速交通方式。同时，轨道交通的供电和驱动技术也快速发展。2005年国家标准化管理委员会发布的《城市轨道交通直流牵引供电系统》(GB/T 10411— 2005)对直流供电系统的规定:正极采用架空接触网，负极回流采用回流轨或走行轨。实际目前直流1500V的牵引供电系统正极多采用接触网，接触网与回流轨及钢轨对地装设框架泄露保护，变电所接地网与支架、电缆屏蔽层连接，但是隧道体结构钢筋与接地网、回流轨、钢轨均不连接。采用这种设计冲击性负载所产生的电磁波在金属物体上产生散射回波是不可避免的。
[0003]目前我们国内的地铁线路多采用头尾两座110kV/35kV变电站、以35kV供电环网给地铁牵引变供电，每一区段直流侧1500V (或750V)正极的接触网由相邻两个牵引变直流侧首尾连接供电；正极接触网设置分区隔离开关，但给开关两侧供电的出线都连接在站内同一正极母线上，即整条线路的直流电源正极是通过母线和供电臂全部连接在一起。负极不论是钢轨或回流轨，实际都是全线直接贯通连接，牵引变的负极均提供电源给回流轨；即几十个牵引变的负极是经回流轨互相连接的。在每一列地铁机车的行驶过程中，是由多个牵引变同时供电的；从表面上看减少单个牵引变负荷很好，却潜藏着巨大的技术风险。不仅同一条线路任何两个牵引变交流侧通过直流侧正极形成电气环路，且电气距离极小；而且通过直流负极任何两个牵引变均也会形成电气环路，电气阻抗值很小。另外，整条地铁线路35kV供电环网与城市IlOkV电网还构成另一电气环路，且电气距离较小。若线路或电气设备有一定扰动或故障，牵引变之间的电气环路均极易出现暂态故障环流冲击而造成相关牵引变35kV进线跳闸停电事故，严重时造成两个以上牵引变35kV进线全部跳闸。
[0004]同时考虑地铁列车的动力一般采用将直流电压逆变为三相电压给三相电机供电，由于现在逆变器均采用高速开关管，极易产生高次谐波和高频率电流。若开关管的调节精度在Ius级，则完全可以组合产生频率在IMHz以上的电流信号。所以，逆变器具有较强的电磁场发射功能，在给接触网和回流轨供电的直流出线上串联电抗器可以有效抑制逆变器产生高频率电流的数值。机车上有许多供电回路可以独立产生电磁谐振。
[0005]综上，为了使城市轨道交通更加安全需要对城市轨道交通牵引供电系统进行改进，能有效抑制其谐振提高其供电可靠性。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种应用于城市轨道交通牵引供电系统的谐振抑制电路。
[0007]本实用新型采用以下方案实现:应用于城市轨道交通牵引供电系统的谐振抑制电路，包括主降压变电站；其特征在于，还包括N个直流牵引变电所、上行接触网、下行接触网、上行回流轨、下行回流轨以及N个电抗器组，所述的N个直流牵引变电所的输入端各自经一电抗器与所述主降压变电站连接；所述的N个直流牵引变电所的输出端各自经一个电抗器组分别与所述上行接触网、下行接触网、上行回流轨、下行回流轨的连接；所述电抗器组包括第一至第六电抗器；所述直流牵引变电所的正母线有第一至第四正输出，负母线有第一至第二负输出，所述第一电抗器的一端接所述直流牵引变电所负母线第一负输出，所述第一电抗器的另一端接所述上行回流轨；所述第二电抗器的一端接所述直流牵引变电所负母线第二负输出，所述第二电抗器的另一端接所述下行回流轨；所述第三电抗器的一端接所述直流牵引变电所正母线第一正输出，所述第三电抗器的另一端接所述上行接触网；所述第四电抗器的一端接所述直流牵引变电所正母线第二正输出，所述第四电抗器的另一端接所述下行接触网；所述第五电抗器的一端接所述直流牵引变电所正母线第三正输出，所述第五电抗器的另一端接所述上行接触网；所述第六电抗器的一端接所述直流牵引变电所正母线第四正输出，所述第六电抗器的另一端接所述下行接触网；其中N为大于I的自然数；所述第一电抗器和第二电抗器取值相同，所述第三电抗器和第五电抗器取值相同，所述第四电抗器和第六电抗器取值相同，所述第三电抗器、第五电抗器与所述第四电抗器、第六电抗器取值不同。
[0008]在本实用新型的一具体实施例中该电路还包括N个分区隔离开关组；每一隔离开关组包括第一分区隔离开关、第二分区隔离开关；第一分区隔离开关的一端连接所述第三电抗器的另一端，所述第一分区隔离开关的另一端连接所述第五电抗器的另一端；第二分区隔离开关的一端连接所述第四电抗器的另一端，所述第一分区隔离开关的另一端连接所述第六电抗器的另一端。
[0009]在本实用新型的一具体实施例中所述的N个电抗器组均采用铁淦氧磁芯的电抗器。
[0010]与现有技术相比本实用新型能够有效抑制城市轨道交通牵引供电系统谐振、提高其供电可靠，且电气接线简单便于实现，实施成本低，能够大面积投入使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为城市轨道交通牵引供电系统主要组成结构框图。
[0012]图2为本实用新型第一部分电气接线图。
[0013]图3为本实用新型第二部分电气接线图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
[0015]现有的城市轨道交通牵引供电系统主要组成结构框图具体可参见图1。图1为城市轨道交通牵弓I供电系统主要组成结构框图。主要包括:包括发电厂I，升压变压器2，电力网3，主降压变电站4，直流牵引变电所5，馈电线6，接触网7，走形轨8及回流线9。发电厂I将电能传送到升压变压器2，经电力网3将电能传送到城市轨道交通牵引供电系统首尾两座的主降压变电站4，主降压变电站4的输出传送到直流牵引变电所5，其中直流牵引变电所4包括变压电路和整流电路，直流牵引变电所4正母线接馈电线6，馈电线6的输出接接触网7，直流牵引变电所4的负母线接回流线9，回流线9的输出接走形轨8。城市轨道交通除了机车牵引供电系统，车站和机车隧道中还有许多其它电气设备或用电设备。正常的低压配电与照明系统、通风空调、给排水及消防系统动力及控制，还有监控系统、通信系统、火灾自动报警系统、环境与设备监控系统，以及行车控制和信号系统。但是这些并不是本实用新型考虑的范围，本使用新型的申请只涉及地铁主要负荷的牵引供电系统抑制谐振措施。
[0016]本实用新型要实现城市轨道交通牵引供电系统提高供电可靠性和抑制谐振需要两部分。第一部分为:城市轨道交通牵引供电系统首尾两座变电站的出现部分加装串联电抗器；第二部分为:在牵引变直流侧正极和负极每一路出线上加装串联电抗器。
[0017]在我国城市轨道交通牵引供电系统包括首尾两座主降压变电站，通常采用110KV/35KV，牵引直流侧通常采用1500V或750V直流电压，在本实用新型具体实施例中也以此电压等级进行阐述。
[0018]在本实用新型的具体实施例中可以参考图2和图3，图2为本实用新型连接线路的第一部分，图3为本实用新型连接线路的第二部分。
[0019]图2表示本实用新型城市轨道交通牵引供电系统主降压变电站35KV电气接线图。在线路首尾两座110kV/35kV变电站35KV出线上串联电抗器，每一变电站有两台I 1kV变压器，出线通常不止一路。第一路出线上每一相上装设串联电抗器CK11、CK12、CK13抑制谐振，......第j路出线上每一相上装设串联电抗器CKjl、CKj2、CKj3抑制谐振，......第
η路出线上每一相上装设串联电抗器CKnl、CKn2、CKn3抑制谐振。一条线路至少需要三台电抗器，η路出线需要安装nX3台串联电抗器。除牵引负载外，给地铁其它负荷供电的线路，同时装设串联电抗器。不同线路装设的电抗器的电感值可以根据具体需求有所不同。
[0020]图3表示本实用新型城市轨道交通牵引供电系统的直流牵引变电直流输出电气接线图。每一个城市轨道交通牵引供电系统都包含N个直流牵引变电所，N为大于I的自然数。N个直流牵引变电所的输出端各自经一个电抗器组分别与所述上行接触网、下行接触网、上行回流轨、下行回流轨连接。每个电抗器组包括6个电抗器。每一牵引变直流电源负母线2条负输出，均串联相同的电感值为LI的电抗器CKA5、CKA6、CKB5、CKB6、CKC5、CKC6、
CKD5、CKE5......;分别与上行回流轨和下行回流轨连接。每一直流牵引变电所的正母线有4条正输出，4条正输出装设不同电感值的串联电抗器的。直流牵引变电所A的第一、第三正输出分别经CKA1、CKA3与上行接触网连接，第二、第四正输出分别经CKA2、CKA4与下行接触网连接。在CKA1、CKA3串联一个分区隔离开关，CKA2、CKA4之间串联另一个分区隔离开关。直流牵引变电所B、C、D...与上、下行接触连接网的连接参考直流牵引变电所A。如此可以将接触网分成N个运行区段。第一运行区段直流牵引变电所的4条正输出均装设电感值为LI的串联电抗器CKA3、CKA4、CKB1、CKB2，第二运行区段直流牵引变电所的4条正输出均装设电感值为L2的串联电抗器CKB3、CKB4、CKC1、CKC2，第三运行区段直流牵引变电所的4条正输出均设电感值为L3的串联电抗器CKC3、CKC4、CKD1、CKD2，第四运行区段直流牵引变电所的4条正输出均装设电感值为LI的串联电抗器CKD3、CKD4、CKEU CKE2(后两个未画出)，.......即采用三种不同电感值的串联电抗器，每三个区段一个循环，以达到机车在行进过程中经过分区隔离开关时电源侧阻抗值随即变化的效果。经过电气计算后串联电抗器电感值可按L2= 2LUL3= 3L1的比例选取。[0021 ] 较佳的是本实用新型采用的所有电抗器均可以采用铁淦氧磁芯的电抗器，其频率特性较好、不易饱和，且匝数少、直流电阻小。
[0022]本实用新型的连接线路的第一部分用于限制35kV供电回路与IlOkV区域电网形成的环网的环流，提高城市轨道交通牵引供电系统供电可靠性；同时既可以防止电网的电磁谐振影响牵引供电系统，也可以阻挡牵引变整流器产生的高次谐波注入电网。本实用新型的连接线路的第二部分:在牵引变直流侧1500V或750V正极和负极每一路出线上加装串联电抗器可以有效抑制牵弓I直流侧的谐振。
[0023]最后要说明的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
【权利要求】
1.应用于城市轨道交通牵引供电系统的谐振抑制电路，包括主降压变电站；其特征在于，还包括N个直流牵引变电所、上行接触网、下行接触网、上行回流轨、下行回流轨以及N个电抗器组，所述的N个直流牵引变电所的输入端各自经一电抗器与所述主降压变电站连接；所述的N个直流牵引变电所的输出端各自经一个电抗器组分别与所述上行接触网、下行接触网、上行回流轨、下行回流轨连接； 所述电抗器组包括第一至第六电抗器；所述直流牵引变电所的正母线有第一至第四正输出，负母线有第一至第二负输出， 所述第一电抗器的一端接所述直流牵引变电所负母线第一负输出，所述第一电抗器的另一端接所述上行回流轨； 所述第二电抗器的一端接所述直流牵引变电所负母线第二负输出，所述第二电抗器的另一端接所述下行回流轨； 所述第三电抗器的一端接所述直流牵引变电所正母线第一正输出，所述第三电抗器的另一端接所述上行接触网； 所述第四电抗器的一端接所述直流牵引变电所正母线第二正输出，所述第四电抗器的另一端接所述下行接触网； 所述第五电抗器的一端接所述直流牵引变电所正母线第三正输出，所述第五电抗器的另一端接所述上行接触网； 所述第六电抗器的一端接所述直流牵引变电所正母线第四正输出，所述第六电抗器的另一端接所述下行接触网； 其中N为大于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的应用于城市轨道交通牵引供电系统的谐振抑制电路，其特征在于:还包括N个分区隔离开关组；每一隔离开关组包括第一分区隔离开关、第二分区隔离开关；第一分区隔离开关的一端连接所述第三电抗器的另一端，所述第一分区隔离开关的另一端连接所述第五电抗器的另一端；第二分区隔离开关的一端连接所述第四电抗器的另一端，所述第一分区隔离开关的另一端连接所述第六电抗器的另一端。
3.根据权利要求1所述的应用于城市轨道交通牵引供电系统的谐振抑制电路，其特征在于:所述N个电抗器组均采用铁淦氧磁芯的电抗器。
【文档编号】B60M1/00GK204037372SQ201420525945
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】陈宙, 唐志军, 林国栋, 邓超平, 林金东, 林少真 申请人:国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院