一种电气化铁路同相供变电系统的制作方法

本发明涉及交流电气化铁路供电技术领域，尤其涉及高压、长距离同相供变电技术。

背景技术：

电气化铁道普遍采用由公用电力系统供电的单相工频交流制，为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能平衡分配，电气化铁道往往采用轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处的相邻供电区之间用分相绝缘器隔离，形成电分相，简称分相。电分相环节是整个牵引供电系统中最薄弱的环节，列车过分相成为了高速铁路乃至整个电气化铁路牵引供电的瓶颈。

理论和实践表明在牵引变电所采用单相牵引变压器或组合式同相供电技术可以取消其出口处的电分相，在分区所采用双边连通技术可以取消该处的电分相，从而消除供电瓶颈，提高铁路供电能力和运输能力。其中，牵引变电所采用单相牵引变压器或组合式同相供电技术取消其出口处的电分相的技术已经得到成功应用，效果甚好，而分区所的双边连通类似于电网的合环运行，其应用受到电网条件的制约，比如电网输电线与牵引网形成并联关系且电压等级较为接近，会出现牵引网中的穿越功率(均衡电流)较大的问题，加之缺乏相关标准，影响双边供电(合环)的实施，但有一种供电结构不产生穿越功率，这就是辐射式结构供电方式，即电网的同一变电站的分段母线分别给多个牵引变电所进行供电，换言之，在网络图论上形成树形供电：该变电站是树根，各个牵引变电所是叶。此时，在牵引变电所采用单相牵引变压器或组合式同相供电技术取消其出口处的电分相，在分区所采用双边连通技术而取消该处的电分相，就不会在牵引网中造成穿越功率，从而创造电网与铁路双赢的局面。

在此，我们称电网同一变电站以辐射式结构给多个牵引变电所供电的这些牵引变电所为牵引变电所群。进行贯通式同相供电的、最优化的牵引变电所群这样构成：牵引变电所群原边均由同一变电站的分段母线供电，群中最多1个牵引变电所为负序补偿变电所，其余为单相变电所，群内所有单相牵引母线的电压相别相同。

为此，发明人提出了“一种牵引变电所群的负序集中补偿控制系统及其控制方法(申请号：2018106212100)”，其核心是负序补偿变电所的负序补偿装置ada将牵引变电所群中非负序补偿变电所的有功功率调节过来，通过改变牵引变电所群的有功潮流来实现负序的集中补偿，使负序达标。研究发现，当牵引变电所群规模越大，需要改变的有功潮流的规模就越大，电气距离就越长，技术难度就越大，网损的经济指标就越差，甚至不能实现；同时，由于电网同一变电站以辐射式结构给多个牵引变电所供电，会受到辐射式高压输电线长度和投资的限值，使得牵引变电所群的数量受到制约，也就使得在分区所采用双边连通技术而取消该处的电分相的电气化铁路里程受到限制。

本发明可以大大延长无分相贯通的电气化铁路供电里程，且不改变牵引变电所群的有功潮流，通过无功潮流控制来解决牵引变电所群的负序集中补偿的技术问题，使负序治理达到国家标准。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种电气化铁路同相供变电系统，不仅能有效地解决无分相贯通的电气化铁路供电里程短的技术问题，还能有效地解决同相供变电系统产生的负序集中进行实时补偿的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案具体如下：

一种电气化铁路同相供变电系统，所述同相供变电系统包括第一牵引变电所、第二牵引变电所、……、以及第n个牵引变电所和单相高压输电线及与其连接的牵引网。其中，所述第一牵引变电所包括三相高压母线、与所述三相高压母线连接的第一主变压器和与所述三相高压母线连接的负序补偿装置；所述第二牵引变电所、……、以及第n个牵引变电所均分别与所述单相高压输电线和牵引网连接，n≥2。

优选地，所述负序补偿装置安装于所述第一牵引变电所内且包括三相补偿变压器、与所述三相补偿变压器连接的三相无功补偿装置和与三相无功补偿装置连接的所述测控单元。

进一步优选地，所述测控单元包括电压互感器、第一电流互感器和第二电流互感器和控制器，所述电压互感器原边并接于三相高压母线中a相和b相之间，所述第一电流互感器原边串接于所述第一牵引变电所的主变压器原边a相馈线，所述第二电流互感器原边串接于三相高压母线对单相高压输电线的a相馈线。

优选地，所述控制器的输入端分别与电压互感器、第一电流互感器和第二电流互感器的测量端连接，所述控制器的输出端与所述三相无功补偿装置的控制端连接。

优选地，所述第一牵引变电所的第一主变压器、第二牵引变电所的第二主变压器、……以及第n牵引变电所的第n主变压器均采用单相接线。

进一步优选地，所述第一主变压器原边一端通过第一电流互感器与三相高压母线的a相串接，其另一端与三相高压母线的b相；所述第一主变压器次边一端与牵引网连接，其另一端接地。

进一步优选地，所述第二主变压器以及第n主变压器的原边一端分别与所述单相高压输电线的a相馈线连接，其另一端分别与所述单相高压输电线的b相馈线连接；所述第二主变压器以及第n主变压器的次边一端与牵引网连接，其另一端接地。

优选地，所述负序补偿装置的三相补偿变压器原边与三相高压母线a相、b相和c相连接，所述三相补偿变压器次边连接三相无功补偿装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、可以在更大范围内实施贯通式同相供电，最大范围取消电分相，且不在电网不产生穿越功率。

二、在同相供变电系统中设定一个牵引变电所进行负序集中补偿，可使系统整体结构最简化。

三、所需三相无功补偿装置只产生负序分量，不产生正序分量，即不占有电网的正序容量，与之配套的三相补偿变压器只传输负序功率，不传输正序功率，具有免缴容量电费的技术优势，同时，不改变牵引变电所牵引网的有功潮流，不增加额外的牵引网功率损耗。

四、牵引网在更大范围内实施同相贯通，更有利于再生列车电能的被牵引列车利用，减少从电力系统的用电，大大增加节能效果。

五、无功补偿装置工况可逆，当同相供变电系统处于等效再生工况时，仍可向电网送出达标的电能。

六、性能优越、技术先进、方法可靠，易于实施。

附图说明

图1是本发明实施例中所述电气化铁路同相供变电系统的结构示意图。

图2是本发明实施例中所述测控单元的结构框架图。

图3是本发明实施例中所述控制器的输入、输出关系示意图。

具体实施方式

为了更好理解本发明的创造思想，本发明工作原理为：交直交列车的功率因数很高，可认为1，且各个牵引变电所的功率因数相同，以三相高压母线pcc(负序考核点)，pcc处产生的总的负序电流可以用标量代数和计算，总的负序电流或功率可以在一个牵引变电所通过安装负序补偿系统进行集中补偿，补偿后达到国标要求，其中负序补偿通过其三相无功补偿装置产生负序潮流，不改变同相供变电系统的有功潮流，同时利用高压输电线输送功率大、输送距离长的优势，大大延长无分相贯通的电气化铁路供电里程。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种电气化铁路同相供变电系统，所述同相供变电系统包括第一牵引变电所ss1、第二牵引变电所ss2、……、以及第n个牵引变电所ssn、单相高压输电线hl以及牵引网0cs，，n≥2；所述第一牵引变电所(ss1)包括三相高压母线(hb)、与所述三相高压母线(hb)连接的第一主变压器(tt1)和与所述三相高压母线(hb)连接的负序补偿装置(ncs)；所述第二牵引变电所ss2、……、以及第n个牵引变电所ssn均分别与所述单相高压输电线hl和牵引网0cs连接。直接供电方式下，相邻牵引变电所的所间距一般在50km左右。

在本发明实施例中，所述第一牵引变电所ss1的第一主变压器tt1、第二牵引变电所ss2的第二主变压器tt2、……以及第n牵引变电所ssn的第n主变压器ttn均采用单相接线。所述第一主变压器tt1原边一端串接第一电流互感器ct1之后与三相高压母线hb的a相连接，其另一端与三相高压母线hb的b相连接；所述第一主变压器tt1次边一端与牵引网ocs连接，其另一端接地。所述第二主变压器tt2、……、以及第n主变压器ttn的原边一端分别与所述单相高压输电线hl的a相馈线连接，其另一端分别与所述单相高压输电线的b相馈线连接；所述第二主变压器以及第n主变压器的次边一端与牵引网连接，其另一端接地。

所述负序补偿装置的三相补偿变压器原边与三相高压母线a相、b相和c相连接，所述三相补偿变压器次边连接三相无功补偿装置。所述三相无功补偿装置svg只产生负序分量，不产生正序分量；所述三相补偿变压器mt只传输负序功率，不传输正序功率。

结合图2所示，在本发明实施例中，所述负序补偿装置ncs安装于所述第一牵引变电所ss1内且包括三相补偿变压器mt、与所述三相补偿变压器mt连接的三相无功补偿装置svg和与三相无功补偿装置svg的测控单元mc。所述测控单元mc包括电压互感器pt、第一电流互感器ct1和第二电流互感器ct2和控制器cd，所述电压互感器pt原边并接于三相高压母线hb的a相和b相之间，所述第一电流互感器ct1原边串接于所述第一牵引变电所ss1的第一主变压器tt1原边a相馈线，所述第二电流互感器ct2原边串接于三相高压母线hb对单相高压输电线hl的a相馈线。

再结合图3所示，在本发明实施例中，所述控制器cd的输入端分别与电压互感器pt、第一电流互感器ct1和第二电流互感器ct2的测量端连接，所述控制器cd的输出端与所述三相无功补偿装置svg的控制端连接。

本发明实施例中，第一牵引变电所的主变压器tt1原边、单相高压输电线hl、电压互感器pt亦可同时连接于三相高压母线hb的b相和c相上，或者同时连接于三相高压母线hb的c相和a相上。

结合图1、图2和图3所示，设三相高压母线hb的负序允许容量为sd，牵引网负荷功率因数＝1，经电压互感器pt和电流互感器ct1测量的瞬时有功功率为s1(t)，电压互感器pt和电流互感器ct2同步测量的瞬时有功功率为s2(t)，计时刻t的瞬时有功功率s1(t)和瞬时有功功率s2(t)的总和为s(t)，则控制器cd控制三相无功补偿装置svg时刻t输出的瞬时负序功率sc(t)的相位与s(t)的相位相反，且sc(t)的大小为：sc(t)＝s(t)-sd，其中，当sc(t)＜0时，令sc(t)＝0，代表三相无功补偿装置svg停运。

综上所述，本发明实施例通过在同相供变电系统中设定一个牵引变电所进行负序集中补偿，可使系统整体结构最简化，所需三相无功补偿装置只产生负序分量，不产生正序分量，即不占有电网的正序容量，与之配套的三相补偿变压器只传输负序功率，不传输正序功率，具有免缴容量电费的技术优势，同时，不改变牵引变电所牵引网的有功潮流，不增加额外的牵引网功率损耗。牵引网在更大范围内实施同相贯通，更有利于再生列车电能的被牵引列车利用，减少从电力系统的用电，大大增加节能效果。无功补偿装置工况可逆，当同相供变电系统处于等效再生工况时，仍可向电网送出达标的电能。性能优越、技术先进、方法可靠，易于实施。