用于电气化铁路牵引供电系统AT供电方式的负序治理系统的制作方法

本发明涉及电气化铁路牵引供电系统，特别涉及一种应用于电气化铁路牵引供电系统自耦变压器(以下简称at)供电方式的负序治理系统。

背景技术：

电力牵引由于具有高效率、低能耗、无污染等优势，在世界各国铁路中得到广泛应用，我国电气化铁路采用单相工频(50hz)交流25kv供电制式。牵引网采用单相供电方式导致供电系统三相负荷不平衡，产生对电力系统的负序影响；电力机车采用交流柔性供电技术，导致供电系统电流、电压波形畸变，产生对电力系统的谐波影响；传统电力机车采用直流牵引电机技术，导致供电系统功率因数低，产生无功功率问题；此外，由于牵引负荷随线路坡度、运输组织、列车运行工况等不同而变化，导致电力系统电压波动较为剧烈。随着电力机车技术的发展，交流传动电力机车和动车得到大规模推广使用，电气化铁路功率因数问题基本上得到解决；谐波问题在目前大量采用交流传动电力机车及动车的情况下，较以往也有显著变化，传统3次、5次、7次等次数较低的谐波，其含有率大幅下降，但是次数较高的谐波，其含有率有所增加，这主要是交流传动采用pwm(脉宽调制技术)、igbt(绝缘栅双极型晶体管，触发频率达到2000hz～4000hz)带来的变化，在电网系统不断增强、高铁和重载铁路大量采用220kv甚至330kv供电电源的大背景下，谐波问题也已得到一定程度的解决。对于负序问题，由于牵引负荷的特殊性，导致负序问题正逐步成为电气化铁路电能质量问题的关键。

我国铁路牵引供电系统采用同相单边供电方式，单个供电臂牵引负荷在电力系统中产生负序、其大小与该供电臂牵引负荷大小相当。为了解决负序问题，常用的措施是采用平衡牵引变压器等非单相牵引变压器，平衡牵引变压器低压侧输出两相电压、该两相电压相角相差90°，当低压侧两相牵引负荷处于相同的牵引或再生工况，且大小相等时，可以完全抵消相关负序影响；其他非单相牵引变压器在低压侧两相牵引负荷处于相同的牵引或再生工况时，也可以抵消部分负序影响，如vv或ynd11接线牵引变压器，当两侧牵引负荷大小相等时，可以抵消50％负序影响。但是，对于采用非单相牵引变压器解决负序问题的方案，也存在由于牵引负荷波动较大，牵引变压器低压侧不同相供电负荷往往差异较大，通过两相负荷进行负序影响抵消的效果大大降低、甚至没有效果的问题。此外，考虑一相负荷为牵引或再生，另一相负荷为再生或牵引，即两相负荷工况恰好相反时，则两相负荷产生的负序不但无法抵消，而且将叠加放大。

at供电方式具有功率输送能力强、供电距离远、能有效降低钢轨电位和对沿线通讯线路的干扰，适应大功率负荷供电需要等特点，因而在我国高速和重载电气化铁路中得到了越来越广泛的应用。对于at供电方式，牵引网上供电电压为55kv，牵引负荷通过额定电压为27.5kv、输出电压相角相差180°的“t”相电压和“f”相电压进行供电。

随着电力电子器件和控制技术的发展，柔性交流供电技术得到日益广泛的应用，利用柔性交流供电技术可以调整电压或电流输出相位、幅值，进而控制系统潮流，改善电能质量。对于at供电方式，采用平衡牵引变压器，高压侧引入三相电源，低压侧输出两相电压、电压额定值均为27.5kv，相角相差90°；然后利用柔性交流供电技术，将输出两相电压相角差调整为180°，形成at供电方式所需“t”相位电压和“f”相位电压供牵引负荷；这样，牵引负荷被分解为t相分量和f相分量，而牵引负荷在高压侧形成的负序影响等于t相分量和f相分量之差。由于该方案负序补偿基于牵引负荷自身分解的t相分量和f相分量，较传统基于两相不同负荷进行负序补偿方案，一方面避免了两相牵引负荷差异导致的补偿效果难以达到预期的问题，另一方面也解决了两相牵引负荷工况不同导致的负序叠加放大问题，同时，牵引网系统仅由t相分量和f相分量构成，可以取消传统方式所端设置的电分相，进一步优化了牵引网结构，实现了牵引变电所端贯通式供电。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电气化铁路牵引供电系统at供电方式的负序治理系统，以经济有效的解决at供电方式负序问题，优化牵引网结构，实现牵引变电所端贯通式供电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明用于电气化铁路牵引供电系统at供电方式的负序治理系统，包括向左侧供电臂和右侧供电臂供电的牵引变电所，其特征是：所述牵引变电所设置平衡牵引变压器和交直交变流装置，高压进线电源经平衡牵引变压器变换为电压额定值均为27.5kv、相角相差90°的两相电，其中一相作为at供电方式的t相电源供接触网，另一相经过交直交变流装置，输出与t相相角相差180°电压，作为at供电方式的f相电源供正馈线；所述平衡牵引变压器中性点与广义地线相连。

本发明的有益效果是，由于该系统负序补偿基于牵引负荷自身分解的t相分量和f相分量，与传统基于两相不同负荷进行负序补偿方法相比较，一方面避免了两相牵引负荷差异导致的补偿效果难以达到预期的问题，另一方面也解决了两相牵引负荷工况不同导致的负序叠加放大问题；该方法采用的牵引变压器为应用于直供方式的牵引变压器，而无需采用常规的at供电方式牵引变压器，两者相比较，前者为双绕组结构，低压侧输出电压为27.5kv，后者为三绕组结构，低压侧输出电压为2×27.5kv，因此，前者结构简单，价格较低，具有更好的经济性；牵引网系统仅由t相分量和f相分量构成，可以取消传统方式所端设置的电分相，进一步优化了牵引网结构，实现了牵引变电所端贯通式供电。

附图说明

本说明书包括如下两幅附图：

图1是本发明用于电气化铁路牵引供电系统at供电方式的负序治理系统的结构示意图。

图2是本发明用于电气化铁路牵引供电系统at供电方式的负序治理系统中的电气化铁路牵引供电系统单侧供电臂at供电方式示意图。

图中部件及对应的标记：牵引变电所10、高压进线电源11、平衡牵引变压器12、交直交变流装置13、左侧供电臂20、右侧供电臂21、接触网22、广义地线23、正馈线24、at所30、第一at段31、第二at段32、第三at段33、自耦变压器34、牵引负荷35。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明用于电气化铁路牵引供电系统at供电方式的负序治理系统，包括向左侧供电臂20和右侧供电臂21供电的牵引变电所10，其特征是：所述牵引变电所10设置平衡牵引变压器12和交直交变流装置13，高压进线电源11经平衡牵引变压器12变换为电压额定值均为27.5kv、相角相差90°的两相电，其中一相作为at供电方式的t相电源供接触网22，另一相经过交直交变流装置13，输出与t相相角相差180°电压，作为at供电方式的f相电源供正馈线14；所述平衡牵引变压器12中性点与广义地线23相连。

通过对牵引负荷自身分解得到t相分量和f相分量，避免了两相牵引负荷差异导致的补偿效果难以达到预期的问题，同时也解决了两相牵引负荷工况不同导致的负序叠加放大问题。采用直供方式平衡变压器，结构简单，价格较低，且低压侧输出电压为27.5kv，经济性更好。采用的交直交(ac/dc/ac)变流装置，具有比较好的隔离效果。

所述广义地线23包括大地、钢轨、pw保护线和综合地线。

所述左侧供电臂20和右侧供电臂21上at段数量为至少一个。

结合图2进一步分析采用本系统后的负序治理效果。单侧供电臂(左侧供电臂20或右侧供电臂21)由三个at段构成，牵引变电所10内设置有平衡牵引变压器12、交直交变流装置13和高压进线电源11，牵引变电所10通过t相电源和f相电源对牵引负荷35进行供电，供电臂中设置自耦变压器34。牵引变电所10与最近的自耦变压器34间构成了第一at段31，由近及远，相邻自耦变压器34间构成第二at段32、第三at段33。

根据gb/t15543《电能质量三相电压不平衡》的规定，电力系统公共连接点电压不平衡度限值为，当电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2％，短时不超过4％(短时指3s～1min)；对于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3％，短时不超过2.6％。

我国at供电方式通常供电臂由2个at段构成，按照at供电方式简化模型，假定牵引负荷为“1”，当牵引负荷35位于远离牵引变电所10的第二at段32中时，牵引变电所10端t相分量和f相分量电流相等，此时，采用本系统则在牵引变电所10的高压侧产生的负序分量为t相分量和f相分量之差，为零；当牵引负荷35位于靠近牵引变电所10的第一at段31中时，牵引负荷35在牵引变电所10端t相分量和f相分量的值、随着负荷在at段中不同位置不断变化，当负荷由at段末端逐步接近牵引变电所10，这个过程大致是t相分量由0.5变化到1，f相分量由0.5变化到0的过程，牵引变电所10端t相分量和f相分量电流平均值为0.75和0.25，此时，采用本系统则在牵引变电所10的高压侧产生的负序分量为t相分量和f相分量之差，为0.5，综合第一at段31、第二at段32中情况，则在牵引变电所10的高压侧产生的负序分量为0.25，我国高速铁路或重载铁路单个牵引负荷功率最大为25mva左右，考虑单个牵引变电所供8个牵引负荷、满足gb/t15543“对于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3％”的极端条件，则公共连接点处、即供牵引变电所的220kv或330kv变电站母线处，短路容量需大于3846mva，而我国大部分220kv或330kv变电站母线处系统最小短路容量均大于4000mva左右，因此该系统能够满足我国大多数牵引供电系统负序补偿的需要。此外，如需要进一步加大负序补偿效果，则可以通过在牵引网上增设at所30，增加at段的数量加以实现，如当供电臂上at段数量增加到3个时，当牵引负荷35位于远离牵引变电所10的第三at段33和第二at段32中时，牵引变电所10端t相分量和f相分量电流相等，在牵引变电所10的高压侧产生的负序分量为零；当牵引负荷35位于靠近牵引变电所10的第一at段31中时，则在牵引变电所10的高压侧产生的负序分量为0.5，综合三个at段中情况，则在变电所10的高压侧产生的负序分量为0.167，较供电臂由2个at段构成的情况，负序进一步减少33.2％。

以上所述只是用图解说明本发明用于电气化铁路牵引供电系统at供电方式的负序治理系统的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。