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1、高速铁路电力牵引供电系统分析与研究 摘要：如今高速铁路飞速发展，在高铁动车组列车大幅投入运营的同时，对高铁安全可靠性也提出了更高要求。在高铁运行各技术系统中，牵引供电系统尤其重要，因牵引供电系统直接关系高铁的可靠运行。本文借鉴了日本、法国模式,提出一种取电于公用电网同时又相对独立的牵引供电系统。该系统能彻底解决电能质量问题,并能够完全取消电分相。文中提出了最小补偿容量的同相供电方案,研究三相接入电力系统平衡接线变压器,不仅便于今后同相改造,同时也能与单相变电所实现同相供电。本文在对国内外正使用的AT供电模式借鉴和分析基础之上,提出建立我国新供电系统。 关键词：高速铁路；牵引供
2、电系统；同相供电；分析研究 中图分类号：U238文献标识码：A文章编号： 一、关于牵引供电系统 1．牵引供电系统能量来源 我国电气化铁路取电于国家公用电网，外部电源是高速列车所需能量来源，它在牵引变压器作用下实现了将电力系统能量转变成牵引供电能量。一般普通铁气化路，牵引变压器工作电压为110KV，但高速铁路牵引变电所需要外部电源电压为220KV，目的是使高速铁路在供电电能提供上有安全可靠外电网保障。 2．牵引供电系统核心8 对于整个牵引供电系统来说，牵引变电所作用如同人的心脏。牵引变电所把电力系统传送来的电能，根据对电压和电流不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，再分
3、别馈送到铁路轨道上空架设的接触网上，列车通过受电弓取电而产生牵引动力。在一条电气化铁路沿线上有多个牵引变电所，它们之间距离大约为40Km到50Km，并且每个牵引供电所设置二台牵引变压器，采用双电源供电，提高了供电可靠性。牵引变电所中，最主要设备当属牵引变压器，因牵引供电需要，牵引变压器与一般变压器有较大差别，采用接线方式有三相Yd11接线、单相V/V接线、三相-两相斯科特接线等。牵引变压器将电力系统高电压降低至适合列车运行的电压等级，还起着将三相电转换为单相电功能。牵引变电所除了牵引变压器之外，还包括与牵引变压器配套的其它设备，如高压断路器、隔离开关、电压电流互感器、高低压开关柜
4、、全封闭组合电器、电容补偿装置等。 二、电气化铁路电能质量问题。 由于牵引供电系统结构特殊性和负荷在时间、空间上分布随机性，造成了电力系统三相严重不平衡。电气化铁路普遍存在着电能质量问题，因而受到电力系统限制。电气化铁路影响电力系统主要电能质量指标有：谐波电流、功率因数、负序电流。高速铁路动车组采用大功率交直交牵引传动系统，性能良好，功率因数大幅提高，接近1。谐波电流含量也下降较大，可等同为在既有交直牵引供电系统基础上增加了高效有源电力滤波器。但高速动车组列车由于牵引电机功率大幅增加，负序电流更为明显。 三、理想牵引供电系统。 理想牵引供电系统是电气化铁路在从电力系统取电
5、同时,8把其产生的对电力系统干扰隔离出来,也就是说,该系统要把电能质量控制在相关标准或国家标准允许范围内。为使电能质量达标，可考虑在牵引变电所内采取措施，解决负序电流问题，同时在铁路牵引网使用统一电压供电且取消接触网电分相。 1．理想牵引供电系统构成 时代进步造就了大功率电力电子技术飞速发展,而且由于功率半导体器件集成水平、容量大幅提高,同时价格不断下降,这就为解决电力系统与牵引供电系统在电能质量上存在的矛盾与铁路自身电分相提供了新思路,同时在装备与技术方面提供了可能。我们可借鉴一下德国模式,在牵引变电所通过三相交流与直流和单相交流全变换方式下实现同相供电,利用直流环节隔离与
6、转换作用,构造独立于公用电网的供电网络。因为采用全变换,并且三相负荷平衡,并不存在着负序问题,而且铁路供电臂取消了电分相,变电所之间能进行潮流调度,变压器负荷率和容量利用率都能得到极大提高。牵引变电所取电是在三相电力系统，牵引馈线要增加断路器和一些相关保护，我们可仿单相牵引变电所馈线来实现,各个断路器对应着不同故障区间，分区所断路器一般都是闭合的,这样可以实现牵引网贯通与供电。 2．理想牵引供电系统限制因素与解决方案 限制理想牵引供电系统因素是国外电力电子器件依旧比较昂贵,而且经济性也较差，但随着国产化进程和技术迅速发展,8元器件成本将会大幅下降。现在按照同相供电装置容量折算
7、为1000元/KVA来计算,每20MVA变电所需要增加2000万元。下面是笔者结合一些资料及本人看法对推广理想供电系统给出了一些建议：首先，我们应通过工作备用,而节省不必要场地所需及固定备用设备投资；其次，因避免了电分相从而使列车运行变得更平滑,同时节省了自动过分相日常维护费用和一次投资；再者，因牵引变电所容量降低可节省固定容量电费，按每个月固定容量电费为15元/kvar来计,降低一个容量等级而节省电费数目是很可观的；然后，电子器件（如IGBT、IGCT）和集成产品越来越普及,尤
