高速鐵路電力牽引供電系統(tǒng)研究和探究

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1、高速鐵路電力牽引供電系統(tǒng)研究和探究　　摘要：如今高速鐵路飛速發(fā)展，在高鐵動(dòng)車組列車大幅投入運(yùn)營(yíng)的同時(shí)，對(duì)高鐵安全可靠性也提出了更高要求。在高鐵運(yùn)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(yùn)行。本文借鑒了日本、法國(guó)模式,提出一種取電于公用電網(wǎng)同時(shí)又相對(duì)獨(dú)立的牽引供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)能徹底解決電能質(zhì)量問(wèn)題,并能夠完全取消電分相。文中提出了最小補(bǔ)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(shí)也能與單相變電所實(shí)現(xiàn)同相供電。本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外正使用的AT供電模式借鑒和分析基

2、礎(chǔ)之上,提出建立我國(guó)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(hào)：U238文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：一、關(guān)于牽引供電系統(tǒng)1．牽引供電系統(tǒng)能量來(lái)源9我國(guó)電氣化鐵路取電于國(guó)家公用電網(wǎng)，外部電源是高速列車所需能量來(lái)源，它在牽引變壓器作用下實(shí)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。2．牽引供電系統(tǒng)核心對(duì)于整個(gè)牽引供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，牽引變電所作用如同人的心臟。

3、牽引變電所把電力系統(tǒng)傳送來(lái)的電能，根據(jù)對(duì)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(guò)受電弓取電而產(chǎn)生牽引動(dòng)力。在一條電氣化鐵路沿線上有多個(gè)牽引變電所，它們之間距離大約為40Km到50Km，并且每個(gè)牽引供電所設(shè)置二臺(tái)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(dāng)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、三相-兩相斯科特接線等。牽引變壓器將電力系統(tǒng)高電壓降低至適合列車運(yùn)行的電壓等

4、級(jí)，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(bǔ)償裝置等。二、電氣化鐵路電能質(zhì)量問(wèn)題。9由于牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特殊性和負(fù)荷在時(shí)間、空間上分布隨機(jī)性，造成了電力系統(tǒng)三相嚴(yán)重不平衡。電氣化鐵路普遍存在著電能質(zhì)量問(wèn)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(biāo)有：諧波電流、功率因數(shù)、負(fù)序電流。高速鐵路動(dòng)車組采用大功率交直交牽引傳動(dòng)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

5、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(dòng)車組列車由于牽引電機(jī)功率大幅增加，負(fù)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(shí),把其產(chǎn)生的對(duì)電力系統(tǒng)干擾隔離出來(lái),也就是說(shuō),該系統(tǒng)要把電能質(zhì)量控制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。為使電能質(zhì)量達(dá)標(biāo)，可考慮在牽引變電所內(nèi)采取措施，解決負(fù)序電流問(wèn)題，同時(shí)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．理想牽引供電系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)代進(jìn)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

6、提高,同時(shí)價(jià)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,9同時(shí)在裝備與技術(shù)方面提供了可能。我們可借鑒一下德國(guó)模式,在牽引變電所通過(guò)三相交流與直流和單相交流全變換方式下實(shí)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(dú)立于公用電網(wǎng)的供電網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)椴捎萌儞Q,并且三相負(fù)荷平衡,并不存在著負(fù)序問(wèn)題,而且鐵路供電臂取消了電分相,變電所之間能進(jìn)行潮流調(diào)度,變壓器負(fù)荷率和容量利用率都能得到極大提高。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(hù)，我們可仿單相牽引變

7、電所饋線來(lái)實(shí)現(xiàn),各個(gè)斷路器對(duì)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(shí)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(guó)外電力電子器件依舊比較昂貴,而且經(jīng)濟(jì)性也較差，但隨著國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程和技術(shù)迅速發(fā)展,元器件成本將會(huì)大幅下降?，F(xiàn)在按照同相供電裝置容量折算為1000元/KVA來(lái)計(jì)算,每20MVA變電所需要增加2000萬(wàn)元。下面是筆者結(jié)合一些資料及本人看法對(duì)推廣理想供電系統(tǒng)給出了一些建議：首先，我們應(yīng)通過(guò)工作備用,而節(jié)省不必要場(chǎng)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

8、列車運(yùn)行變得更平滑,同時(shí)節(jié)省了自動(dòng)過(guò)分相日常維護(hù)費(fèi)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(fèi)，按每個(gè)月固定容量電費(fèi)為15元/kvar來(lái)計(jì),降低一個(gè)容量等級(jí)而節(jié)省電費(fèi)數(shù)目是很可觀的；然后，電子器件（如IGBT、IGCT9）和集成產(chǎn)品越來(lái)越普及,尤其是國(guó)產(chǎn)化后,它們單價(jià)會(huì)大幅度下降，會(huì)更有助于理想牽引供電