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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,高速鐵路同相供電,西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,高速鐵路負(fù)荷特性,（一）牽引負(fù)荷大，可靠性要求高,客運(yùn)專線列車速度高，高峰時(shí)段密度大?？諝庾枇﹄S速度呈幾何級(jí)數(shù)增長，列車牽引力主要克服空氣阻力運(yùn)行，牽引負(fù)荷很大。,350km/h,速度時(shí)，列車運(yùn)行所需功率最高達(dá)到,24000kW,。,客運(yùn)專線速度快，運(yùn)輸能力大，將成為旅客運(yùn)輸?shù)闹饕煌üぞ?。在國民?jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中，具有十分重要的作用。高速鐵路運(yùn)輸必須確保安全、可靠、正點(diǎn)。,（二）列車負(fù)載率高，受電時(shí)間長,列車在運(yùn)行中，主要克服輪軌磨擦阻力、線路坡道阻力和空氣阻力前
2、進(jìn)。輪軌磨擦阻力、線路坡道阻力與速度關(guān)系不大，而空氣阻力隨速度呈幾何級(jí)數(shù)增長。高速時(shí)，空氣阻力成為列車運(yùn)行的主要阻力，列車需要持續(xù)從接觸網(wǎng)取得電能。所以，高速列車負(fù)載率高，受電時(shí)間長。,（三）短時(shí)集中負(fù)荷特征明顯,客運(yùn)專線具有顯著的時(shí)段特征。在早、晚時(shí)段和節(jié)假日的高峰客流期，根據(jù)客流量需要，可能組織大編組、高密度運(yùn)輸，甚至在短時(shí)形成緊密追蹤，牽引負(fù)荷集中特征明顯。牽引供電系統(tǒng)應(yīng)具有應(yīng)對(duì)各種集中負(fù)荷供電的能力和條件。,（四）越區(qū)供電能力要求高,由于旅客運(yùn)輸能力和準(zhǔn)點(diǎn)的需要，牽引供電系統(tǒng)應(yīng)具有應(yīng)對(duì)各種各樣條件下的供電能力。在出現(xiàn)某一牽引變電所解列，退出供電的情況下，往往采用由兩相鄰牽引變電所越區(qū)進(jìn)
3、行供電。為了盡量減少越區(qū)供電對(duì)運(yùn)輸能力和準(zhǔn)點(diǎn)的影響，應(yīng)避免過多的限制列車數(shù)量或降低列車速度，這樣會(huì)相應(yīng)加大兩相鄰牽引變電所的供電負(fù)荷。,（五）國外普遍采用高電壓、大容量電源供電,日本、法國等國家高速鐵路建設(shè)起步較早，積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。目前，國外高速鐵路考慮到牽引負(fù)荷大，可靠性要求高，絕大多數(shù)都采用,220kV,或以上的電壓供電，個(gè)別采用,132kV,或,154kV,時(shí)，都要求有較大的系統(tǒng)短路容量。日本高速鐵路建設(shè)最早，在電源問題上曾走過彎路。東海道新干線,1964,年建設(shè)時(shí)，限于當(dāng)時(shí)電網(wǎng)的條件，采用了,77kV,電源供電。上世紀(jì),80,年代，旅客運(yùn)輸量急增，供電能力嚴(yán)重不滿足需要，只得對(duì)電
4、源系統(tǒng)進(jìn)行了改造，改用,275kV,電源供電，適,應(yīng)了旅客運(yùn)輸?shù)男枰?，列車速度也提高到?270km/h,，,最高,300km/h,。,我國客運(yùn)專線建設(shè)剛開始起步，尚沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)。國外的經(jīng)驗(yàn)值得我們研究和參考。,世界主要高速鐵路國家電鐵供電電源電壓等級(jí)一覽表,國名,序號(hào),鐵路名稱,最高速度（,km/h,）,供電,方式,供電電壓（,kV,）,附注,日本,1,東海道新干線,300,AT,275,個(gè)別牽引站,154 kV,2,山陽新干線,300,AT,275,個(gè)別牽引站,154 kV,3,北陸新干線,300,AT,275,4,東北新干線,260,AT,275,個(gè)別牽引站,154 kV,5,上
5、越新干線,275,AT,275,法國,1,巴黎里昂,300,AT,225,1,個(gè)牽引站,400 kV,2,巴黎圖爾,300,AT,225,1,個(gè)牽引站,400 kV,3,巴黎加萊,300,AT,225,1,個(gè)牽引站,400 kV,4,里昂瓦朗斯,300,AT,225,5,瓦朗斯馬賽,350,AT,225,6,巴黎斯特拉斯堡,350,AT,225,1,個(gè)牽引站,400 kV,西班牙,1,馬德里塞維利亞,250,直供,220,3,個(gè)牽引站,132 kV,，,但短路容量不小于,2000MVA,2,馬德里巴塞羅拉,350,AT,400,3,個(gè)牽引站,220 kV,德國,德國高速鐵路最高速度,330 k
6、m/h,，,采用鐵路自建電網(wǎng)供電。電鐵供電制式為,15 kV,、,16,2,/,3,Hz,，,采用獨(dú)特的同相供電方式，牽引站間距約為普通不同相供電方式的,1,/,3,，牽引變壓器容量一般為,215MVA,。,牽引站外部電源采用,110 kV,，,系統(tǒng)短路容量不小于,1000MVA,。,電力牽引是實(shí)現(xiàn)鐵路貨運(yùn)重載和客運(yùn)高速的必由之路，高速與重載鐵路的發(fā)展,使原有的電氣化鐵路供電系統(tǒng)面臨一系列的改造。,目前我國牽引供電系統(tǒng)主要采用異相,(,兩相,),供電方式,為求得相對(duì)平衡必然要進(jìn)行換相,即在牽引供電系統(tǒng)中設(shè)置分相絕緣器環(huán)節(jié),電力機(jī)車受電弓如何平穩(wěn)地通過電分相環(huán)節(jié),采用自動(dòng)過電分相裝置是解決問題的
7、方法之一,但由于裝置工作電壓高、轉(zhuǎn)換動(dòng)作頻繁,可靠性方面還需進(jìn)一步完善，這對(duì)實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)重載和客運(yùn)高速將產(chǎn)生極大制約作用。分相環(huán)節(jié)成為制約列車運(yùn)行速度的主要障礙。,自動(dòng)過分相技術(shù)研究,兩相供電方式,直接供電方式,兩相供電方式,AT,供電方式,車載自動(dòng)過分相,地面自動(dòng)過分相技術(shù),當(dāng)機(jī)車從,A,相電源駛?cè)胛恢脗鞲衅?1CG,范圍，經(jīng)軌道電路,1CG,動(dòng)作，啟動(dòng)、控制真空斷路器,1ZK,閉合，接觸 網(wǎng)的,A,相電源被輸入到轉(zhuǎn)換區(qū)給機(jī)車供電；當(dāng)機(jī)車駛?cè)胫行远无D(zhuǎn)換區(qū)的位置傳感器,2CG,范圍，啟動(dòng)控制真空斷路器,1ZK,開斷，控制,2ZK,真空斷路器跟隨閉合，完成轉(zhuǎn)換區(qū)的供電電源由,A,相，自動(dòng)轉(zhuǎn)換成,B,
8、相電源，實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)中性段轉(zhuǎn)換區(qū)，不同供電電源的相位自動(dòng)轉(zhuǎn)換與連續(xù)供電。,機(jī)車在 電分相區(qū)運(yùn)行時(shí)，機(jī)車乘務(wù)員不用進(jìn)行任何地操作。機(jī)車?yán)^續(xù)行駛前進(jìn)到達(dá),3CG,位置傳感器，操作執(zhí)行子系統(tǒng)將真空斷路器,2ZK,斷開，轉(zhuǎn)換區(qū)失去供電電源，恢 復(fù)為無電區(qū)。運(yùn)行機(jī)車始終在機(jī)車斷路器閉合狀況下，實(shí)現(xiàn)了帶電、帶負(fù)荷、免操作自動(dòng)通過電分相區(qū)段。,（）,電源,（）,電源,架線,中間斷電區(qū),輪軌,在線檢測電路,開關(guān)斷路器,（）,斷開,開關(guān)斷路器,（）,閉合,無,列車狀態(tài),地面自動(dòng)過分相技術(shù),（）,電源,（）,電源,架線,中間斷電區(qū),輪軌,在線檢測電路,開關(guān)斷路器,（）,斷開,開關(guān)斷路器,（）,閉合,列車靠近,（）
9、,電源,（）,電源,架線,中間斷電區(qū),輪軌,在線檢測,開關(guān)斷路器,（）,斷開,開關(guān)斷路器,（）,閉合,進(jìn)入中間斷電區(qū)、在線檢測,（）,電源,（）,電源,架線,中間斷電區(qū),輪軌,開關(guān)斷路器,（）,斷開,開關(guān)斷路器,（）,斷開,在線,開關(guān)斷路器,（）,斷開,（）,電源,（）,電源,架線,中間斷電區(qū),輪軌,在線,開關(guān)斷路器,（）,閉合,開關(guān)斷路器,（）,斷開,開關(guān)斷路器,（）,閉合,（）,電源,（）,電源,架線,中間斷電區(qū),輪軌,無,列車,開關(guān)斷路器,（）,斷開,開關(guān)斷路器,（）,斷開,開關(guān)斷路器,（）,斷開,高速與重載鐵路運(yùn)行對(duì)供電電網(wǎng)容量的需求更大,對(duì)電網(wǎng)的不平衡影響,(,主要是負(fù)序影響,),也
10、更大，現(xiàn)有牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受到極大挑戰(zhàn)。在這種情況下,牽引變電所如仍采用現(xiàn)行的兩相供電方式和兩相無功補(bǔ)償、濾波方式將難以滿足供電部門對(duì)電氣指標(biāo)的要求。,一相供電無需電分相環(huán)節(jié)，不會(huì)影響列車速度，實(shí)現(xiàn)同相供電是取消電分相提高列車最適性的唯一途徑。因此借助電力電子技術(shù)的同相供電研究十分必要。,同相供電,德國電氣化鐵路：非工頻電壓，,采用獨(dú)立 交流系統(tǒng)為鐵路供電,。鐵路供電系統(tǒng)與公用電網(wǎng)相互獨(dú)立，互不影響。,法國電氣化鐵路：交流、工頻電壓，但,進(jìn)線電壓高、系統(tǒng)容量大,，使負(fù)序影響降到最低。多采用單相牽引變，分相大為減少。,日本電氣化鐵路：進(jìn)線電壓與我國接近，但使用了三相,-,兩相平衡牽引變壓器，還有
11、大量,可調(diào)無功補(bǔ)償,裝置，,SVC,、,SVG,等。,同相供電,就是在論及區(qū)段上各牽引臂均由同一相電壓供電,由分區(qū)所處斷路器的分、合狀態(tài),可以實(shí)現(xiàn)單邊供電或雙邊,(,多邊,),貫通式供電。,采用,以對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)為核心的同相供電系統(tǒng),有可能最大限度地取消電分相環(huán)節(jié),并使?fàn)恳冸娝?fù)序、功率因數(shù)、網(wǎng)壓指標(biāo)得以綜合解決或改善。,同相供電技術(shù)是解決由于目前牽引供電系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的制約而難以實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)重載和客運(yùn)高速這一問題的方案之一。,同相供電方式,采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),理想,供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖,牽引變電所結(jié)構(gòu)原理圖,同相供電技術(shù)指標(biāo),一次側(cè)（,110kV,或,220kV,）母線電壓不對(duì)稱度不
12、超過國標(biāo)規(guī)定（正常運(yùn)行時(shí),2%,，短時(shí),4%,）；,無功電量按“反送正計(jì),”,計(jì)量，全日計(jì)量的平均功率因數(shù)不低于,0.9,；,兼顧諧波限制指標(biāo)，即通過適當(dāng)?shù)臑V波設(shè)計(jì)盡可能降低牽引負(fù)荷的諧波影響。,同相供電關(guān)鍵技術(shù),對(duì)稱補(bǔ)償模式，與電能質(zhì)量指標(biāo)最佳配合；,牽引變壓器接線方式，如減少對(duì)稱補(bǔ)償?shù)膹?fù)雜程度和最大限度地減少對(duì)稱補(bǔ)償裝置的容量需求等；,同一電力系統(tǒng)中實(shí)施雙邊供電或?qū)嵤╈`活雙邊供電的配套技術(shù)等。,牽引變壓器的接線,同相供電中牽引變壓器的接線：,YN,d11,接線,V,v,接線,YN,2d,（十字交叉）接線,不等邊,Scott,接線等不等邊平衡接線,YN,vd,接線,PRC,補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)同相供電,YN,d11,接線,V,v,接線,YN,2d,（十字交叉）接線,不等邊,Scott,接線,YN,vd,接線,YN,vd,接線,（,1,）原邊為,Y,接，可大電流接地；,（,2,）次邊有三角形繞組，可供三次激磁通路；,（,3,）必要時(shí)，次邊三角形繞組可為牽引變電所提供三相動(dòng)力電源。,次邊繞組用銅量高于不等邊,Scott,接線，但比不等邊,Scott,用鐵量少，總的材料利用率相近。,YN,vd,接線在設(shè)計(jì)與制造上類似普通三相三繞組，無特殊工藝要求，成本降低。,有源補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)同相供電,控制圖,
高速鐵路同相供電
