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1、高速鐵路電力牽引供電系統(tǒng)分析與研究宋金龍青榮城際鐵路工程建設(shè)指揮部（青榮城際鐵路有限責任公司）264000摘要：如今高速鐵路飛速發(fā)展，在高鐵動車組列車大幅投入運營的同時，對高鐵安全可靠性也提出了更高要求。在高鐵運行各技術(shù)系統(tǒng)中，牽引供電系統(tǒng)尤其重要，因牽引供電系統(tǒng)直接關(guān)系高鐵的可靠運行。本文借鑒了日本、法國模式,提出一種取電于公用電網(wǎng)同時又相對獨立的牽引供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)能徹底解決電能質(zhì)量問題,并能夠完全取消電分相。文中提出了最小補償容量的同相供電方案,研究三相接入電力系統(tǒng)平衡接線變壓器,不僅便于今后同相改造,同時也能
2、與單相變電所實現(xiàn)同相供電。本文在對國內(nèi)外正使用的AT供電模式借鑒和分析基礎(chǔ)之上,提出建立我國新供電系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：高速鐵路；牽引供電系統(tǒng)；同相供電；分析研究中圖分類號：U238文獻標識碼：A文章編號：一、關(guān)于牽引供電系統(tǒng)1．牽引供電系統(tǒng)能量來源我國電氣化鐵路取電于國家公用電網(wǎng)，外部電源是高速列車所需能量來源，它在牽引變壓器作用下實現(xiàn)了將電力系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)變成牽引供電能量。一般普通鐵氣化路，牽引變壓器工作電壓為110KV，但高速鐵路牽引變電所需要外部電源電壓為220KV，目的是使高速鐵路在供電電能提供上有安全可靠外電網(wǎng)保障。
3、2．牽引供電系統(tǒng)核心對于整個牽引供電系統(tǒng)來說，牽引變電所作用如同人的心臟。牽引變電所把電力系統(tǒng)傳送來的電能，根據(jù)對電壓和電流不同要求，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于電力牽引的電能，再分別饋送到鐵路軌道上空架設(shè)的接觸網(wǎng)上，列車通過受電弓取電而產(chǎn)生牽引動力。在一條電氣化鐵路沿線上有多個牽引變電所，它們之間距離大約為40Km到50Km，并且每個牽引供電所設(shè)置二臺牽引變壓器，采用雙電源供電，提高了供電可靠性。牽引變電所中，最主要設(shè)備當屬牽引變壓器，因牽引供電需要，牽引變壓器與一般變壓器有較大差別，采用接線方式有三相Yd11接線、單相V/V接線
4、、三相-兩相斯科特接線等。牽引變壓器將-1-電力系統(tǒng)高電壓降低至適合列車運行的電壓等級，還起著將三相電轉(zhuǎn)換為單相電功能。牽引變電所除了牽引變壓器之外，還包括與牽引變壓器配套的其它設(shè)備，如高壓斷路器、隔離開關(guān)、電壓電流互感器、高低壓開關(guān)柜、全封閉組合電器、電容補償裝置等。二、電氣化鐵路電能質(zhì)量問題。由于牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特殊性和負荷在時間、空間上分布隨機性，造成了電力系統(tǒng)三相嚴重不平衡。電氣化鐵路普遍存在著電能質(zhì)量問題，因而受到電力系統(tǒng)限制。電氣化鐵路影響電力系統(tǒng)主要電能質(zhì)量指標有：諧波電流、功率因數(shù)、負序電流。高速鐵路
5、動車組采用大功率交直交牽引傳動系統(tǒng)，性能良好，功率因數(shù)大幅提高，接近1。諧波電流含量也下降較大，可等同為在既有交直牽引供電系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了高效有源電力濾波器。但高速動車組列車由于牽引電機功率大幅增加，負序電流更為明顯。三、理想牽引供電系統(tǒng)。理想牽引供電系統(tǒng)是電氣化鐵路在從電力系統(tǒng)取電同時,把其產(chǎn)生的對電力系統(tǒng)干擾隔離出來,也就是說,該系統(tǒng)要把電能質(zhì)量控制在相關(guān)標準或國家標準允許范圍內(nèi)。為使電能質(zhì)量達標，可考慮在牽引變電所內(nèi)采取措施，解決負序電流問題，同時在鐵路牽引網(wǎng)使用統(tǒng)一電壓供電且取消接觸網(wǎng)電分相。1．理想牽引供電
6、系統(tǒng)構(gòu)成時代進步造就了大功率電力電子技術(shù)飛速發(fā)展,而且由于功率半導(dǎo)體器件集成水平、容量大幅提高,同時價格不斷下降,這就為解決電力系統(tǒng)與牽引供電系統(tǒng)在電能質(zhì)量上存在的矛盾與鐵路自身電分相提供了新思路,-2-同時在裝備與技術(shù)方面提供了可能。我們可借鑒一下德國模式,在牽引變電所通過三相交流與直流和單相交流全變換方式下實現(xiàn)同相供電,利用直流環(huán)節(jié)隔離與轉(zhuǎn)換作用,構(gòu)造獨立于公用電網(wǎng)的供電網(wǎng)絡(luò)。因為采用全變換,并且三相負荷平衡,并不存在著負序問題,而且鐵路供電臂取消了電分相,變電所之間能進行潮流調(diào)度,變壓器負荷率和容量利用率都能得
7、到極大提高。牽引變電所取電是在三相電力系統(tǒng)，牽引饋線要增加斷路器和一些相關(guān)保護，我們可仿單相牽引變電所饋線來實現(xiàn),各個斷路器對應(yīng)著不同故障區(qū)間，分區(qū)所斷路器一般都是閉合的,這樣可以實現(xiàn)牽引網(wǎng)貫通與供電。2．理想牽引供電系統(tǒng)限制因素與解決方案限制理想牽引供電系統(tǒng)因素是國外電力電子器件依舊比較昂貴,而且經(jīng)濟性也較差，但隨著國產(chǎn)化進程和技術(shù)迅速發(fā)展,元器件成本將會大幅下降?，F(xiàn)在按照同相供電裝置容量折算為1000元/KVA來計算,每20MVA變電所需要增加2000萬元。下面是筆者結(jié)合一些資料及本人看法對推廣理想供電系統(tǒng)給出了
8、一些建議：首先，我們應(yīng)通過工作備用,而節(jié)省不必要場地所需及固定備用設(shè)備投資；其次，因避免了電分相從而使列車運行變得更平滑,同時節(jié)省了自動過分相日常維護費用和一次投資；再者，因牽引變電所容量降低可節(jié)省固定容量電費，按每個月固定容量電費為15元/kvar來計,降低一個容量等級而節(jié)省電費數(shù)目是很可觀的；然后，電子器件（如IGBT、IGCT）和集成產(chǎn)品
