[发明专利]高速客运专线全程无负序供电系统

说明书

技术领域：

高速客运列车专线供电系统是保证高速列车安全、稳定、高效运营的动力源，担负着由供电网安全取电和向动车组提供稳定、持续、可靠的供电任务，是高速线路的重要基础设施之一。本发明涉及一种高速列车的牵引供电系统，特别适用于CRH3型及CRH2型动车组的弓网供电系统。 

背景技术：

电气化高速铁路的供电系统由外部供电系统和内部供电系统两大部分组成。 

外部供电系统：由发电厂输出的电压经升压变压或由三相高压公用电网经降压变压，变换为铁路专用A、B、C三相高压(普通电气铁路为110KV，高速电气铁路为220KV)电，然后输至牵引变电所变压器，再转换为27.5KV(额定电压25KV)的两路单相工频交流电，分别给铁路上行和下行接触网供电，如图5所示。已有铁路专用外部供电系统的主要组成为牵引变电所，一条电气化铁路沿线设有多个牵引变电所，相邻变电所间的距离约为40～50km，牵引变电所的核心设备为牵引变压器。由于单相供电系统结构简单、建设成本低、运用和维护方便。所以铁路部门希望电气化列车采用单相工频交流供电，供电部门的电力系统希望铁路部门从电网三相平衡对称取电，以避免专用高压电网中三相不平衡，三相电网的不平衡，引起负序电流。负序电流使同步发电机的出力下降、产生附加振动，使定子各部分发热不均匀、引起转子表面发热，造成电动机端子三相电压不对称使正序分量减小，引起定子电流的增加，造成电动机各相电流的不平衡，降低运行效率。负序电流使电机过热，还将在感应电机中产生一个反向旋转磁场，对转子产生一个制动力矩，对电动机转子产生制动，引起电力变压器容量利用率下降，造成变压器的附加能耗，在变压器的铁芯磁路中造成附加发热。负序电流通过送电线路时，负序功率并不做功，但造成电力线路电能损失增加，降低了电力电网的输送能力，容易使电力系统中的负序分量起动的继电保护及高频保护误动作，增加保护的复杂性。负序电流还会在电网中引起电压谐波、闪变、非线性等，这便严重影响电网的电能质量、降低功率因素，致使电网能量的线损增加，变压器效率降低。严重时，这些都影响保护的正常进行，甚至对电力系统产生巨大危害。电气化铁路牵引变电所普遍采用以下换相接入电力系统中不同相的供电方式，这些方式为：单相牵引变电所的换相联接，如图6所示。V，v牵引变电所的换相联接，如图7所示。YN,d₁₁牵引变电所的换相联接，如图8所示。 两个相邻变电所的电压为供电网电压，电压相位差60°。为了避免电网中的负序电流，电气化铁路采用相序轮换、分段分相供电的方案，在铁路沿线每20～25km作为一个供电区段，各个区段依次分别由电网中的不同相供电，就形成了电气化线路牵引供电系统的过分相结构。过分相结构为主断路器和分相绝缘器。 

1)主断路器，断开主断路器开关，只靠惯性通过中性段。由于主断路器的频繁开闭，影响其使用寿命，增加了投资和运行费用，又影响列车的运行速度。而且切换频繁会造成过电压，影响列车的电器设备，在切换过程中，还可能出现铁磁谐振现象，影响自动过分相的可靠性。 

2)分相绝缘器，一般由三块相同的玻璃钢绝缘件组成，每块玻璃钢绝缘件长1.8m，宽25mm，高60mm，其底面制成斜槽，以增加表面泄漏距离。三块绝缘件之间的区域是不带电的中性区域，中性区域的长度是以列车升双弓时不致短接不同相位为限，列车通过中性区域时必须不带电滑过，所以中性区域不能设置太长，以便越区供电。 

为了实现同相供电问题，西南交通大学李群湛课题组经科学论证，判明同相供电的关键是在牵引变电所实现三相和单相对称变换。在现有牵引供电系统基础上，引入了YN,vd平衡变压器和潮流控制器IPFC。YN,vd平衡变压器将来自电力系统侧的三相对称电压平衡变换成两相对称电压。IPFC将变电所将2条供电线合并为一条供电线，即将其中一相并联接入另一相，实现原边三相电流完全对称。其基本控制原理是利用中间直流耦合电容作为能量交换环节，在2个端口之间实现有功功率的交换。各个变电所输出相位相同的电压，在牵引供电线处取消了电分相，不用设置分相绝缘器。该项成果于2010年10月在成昆铁路眉山牵引变电所投入试运行。虽然该成果解决了外部同相供电的问题。但是，在同相供电的研究领域尚有创新空间，而且该成果没有把外部供电和动车组内部供电很好的结合起来。