[实用新型]一种高压直流供电的电气化铁路系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电气化铁路中电能转化技术，尤其涉及一种使用高压直流供电接触网的电气化铁路实施方法。

背景技术

目前，我国电气化铁路牵引网是从当地电业局的110kV/220kV取电，由牵引变压器转换成单相工频27.5kV交流电供电。由于牵引网使用的是单相交流电，电网中必定会出现因为三相功率不平衡而产生的负序电流。电气化铁路是直接接入电力系统的大宗用电大户，该负序电流直接影响整个电网的电能品质。为了缓解负序电流，通常采用相邻牵引变电所轮换相序的方法，从而存在多个过分相。这种存在分相的供电系统由于其供电不连续，使得受电弓上的电流时断时续，大大影响了电力机车上牵引电机的转速和转矩控制，影响了机车的运行。这种现象在高速和重载铁路上比较明显。

解决分相问题的方法之一是将交流电转换为直流电后再加以利用，交直隔离后电网电能质量可以得到显著的改善。使用电气化铁路同相贯通供电系统是其中的可行方法之一。该方法在牵引变电所将直流高压电转换成单相交流电，进而将该交流电接入到铁路接触网上，供电力机车使用。

另外，交流电的参数控制除了幅值外，还必须对频率和相位加以考虑。由于交流系统内在的局限性，在输电过程中交流电力系统两端同步运行的稳定性控制问题，会限制电力线路输送的能量和距离；稳定性问题使交流系统的控制复杂，响应随之变慢，操作不便，同时不利于多目标控制。上述特点使得直流输电在分区调度管理比起交流更加有效，在故障的紧急支援中更显优势，防止事故的进一步扩大。直流输电与交流输电相比，还存在经济效应方面的优势：直流输电沿线电压平稳分布，没有感抗和容抗的无功消耗，不需要并联电抗来补偿损耗，电能损耗小，电能输送效率较高；相同的电缆绝缘等级用于交流线路时，线路允许电压为一半，因此相同输送电压条件下，直流电缆更廉价；直流输电的建设在分级分期以及增容扩建等方面更加方便，有利于早期经济效益的发挥。虽然直流输电需要建设的换流站比交流输电的变电站投资大，综合来说在输电线路长度大于等价距离时，直流输电建设费用低。

发明内容

本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种高压直流供电的电气化铁路系统。本实用新型可以解决过分相问题，同时降低接触网损耗，提高供电可靠性。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高压直流供电的电气化铁路系统，它包括：高压交流母线、牵引变电站、高压直流母线、高压直流接触网、受电弓、钢轨和电力机车；其中，所述高压交流母线的电压为110kV、220kV或330kV；所述牵引变电站一端连接高压交流母线，另一端连接高压直流母线，将高压交流母线上的交流电转化为10-30kV的高压直流电，并传输到高压直流母线；所述高压直流母线连接高压直流接触网和钢轨；高压直流接触网、受电弓、电力机车、钢轨依次电连接，构成高压直流电力回路，实现对电力机车的供电。

进一步地，所述牵引变电站包括变压器、整流器和储能设备；其中，所述变压器一端连接高压交流母线，另一端连接整流器，将110kV、220kV或330kV的高压交流电转化为10-30kV高压交流电；所述整流器将降压过的高压交流电整流为10-30kV的高压直流电，而后传输到高压直流母线；所述储能设备与高压直流母线连接。

进一步地，高压直流母线中的直流电通过高压直流接触网、受电弓、电力机车、钢轨的电力回路，完成对电力机车内部设备的供电。

进一步地，所述电力机车内部动力系统及其供电系统由电力电子逆变器、高频变压器、整流器、逆变器、牵引电机依次相连组成；其中，受电弓传输的10-30kV高压直流电由电力电子逆变器转化为10-30kV、2kHz的高频高压交流电，再由高频变压器转化为3kV、2kHz的高频低压交流电；再由整流器转化为3kV的低压直流电，最后由逆变器转化为驱动牵引电机的2kV、140Hz低频交流电。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型与目前在使用的技术相比，解决了过分相问题，机车上高速牵引电机的控制效果可以得到改善，机车在高速或重载情况下运行状况得到优化。

2、本实用新型的接触网供电系统为直流输电，在相同输送电压前提下，直流输电系统相比交流输电系统稳定性更强，控制更精确、更方便，线路损耗更小。

3、本实用新型的接触网供电系统为高压直流输电，与其他国家、地区目前使用的3kV接触网供电方式相比，10-30kV的接触网电压使得接触网输电损耗更小，同功率接触网中电流更小，因此提高了输电线路的容量，为后续可能的铁路负载提高、运行速度提升打下了基础。