高速鐵路同相供電,西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,高速鐵路負荷特性,（一）牽引負荷大，可靠性要求高 客運專線列車速度高，高峰時段密度大。空氣阻力隨速度呈幾何級數(shù)增長，列車牽引力主要克服空氣阻力運行，牽引負荷很大。350km/h速度時，列車運行所需功率最高達到24000kW。,客運專線速度快，運輸能力大，將成為旅客運輸?shù)闹饕煌üぞ?。在國民?jīng)濟和社會生活中，具有十分重要的作用。高速鐵路運輸必須確保安全、可靠、正點。,（二）列車負載率高，受電時間長 列車在運行中，主要克服輪軌磨擦阻力、線路坡道阻力和空氣阻力前進。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數(shù)增長。高速時，空氣阻力成為列車運行的主要阻力，列車需要持續(xù)從接觸網(wǎng)取得電能。所以，高速列車負載率高，受電時間長。 （三）短時集中負荷特征明顯 客運專線具有顯著的時段特征。在早、晚時段和節(jié)假日的高峰客流期，根據(jù)客流量需要，可能組織大編組、高密度運輸，甚至在短時形成緊密追蹤，牽引負荷集中特征明顯。牽引供電系統(tǒng)應(yīng)具有應(yīng)對各種集中負荷供電的能力和條件。,（四）越區(qū)供電能力要求高 由于旅客運輸能力和準(zhǔn)點的需要，牽引供電系統(tǒng)應(yīng)具有應(yīng)對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)進行供電。為了盡量減少越區(qū)供電對運輸能力和準(zhǔn)點的影響，應(yīng)避免過多的限制列車數(shù)量或降低列車速度，這樣會相應(yīng)加大兩相鄰牽引變電所的供電負荷。,（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。目前，國外高速鐵路考慮到牽引負荷大，可靠性要求高，絕大多數(shù)都采用220kV或以上的電壓供電，個別采用132kV或154kV時，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，限于當(dāng)時電網(wǎng)的條件，采用了77kV電源供電。上世紀(jì)80年代，旅客運輸量急增，供電能力嚴(yán)重不滿足需要，只得對電源系統(tǒng)進行了改造，改用275kV電源供電，適應(yīng)了旅客運輸?shù)男枰熊囁俣纫蔡岣叩搅?70km/h，最高300km/h。我國客運專線建設(shè)剛開始起步，尚沒有成熟的經(jīng)驗和標(biāo)準(zhǔn)。國外的經(jīng)驗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一覽表,電力牽引是實現(xiàn)鐵路貨運重載和客運高速的必由之路，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, 為求得相對平衡必然要進行換相, 即在牽引供電系統(tǒng)中設(shè)置分相絕緣器環(huán)節(jié), 電力機車受電弓如何平穩(wěn)地通過電分相環(huán)節(jié), 采用自動過電分相裝置是解決問題的方法之一, 但由于裝置工作電壓高、轉(zhuǎn)換動作頻繁,可靠性方面還需進一步完善，這對實現(xiàn)貨運重載和客運高速將產(chǎn)生極大制約作用。分相環(huán)節(jié)成為制約列車運行速度的主要障礙。,自動過分相技術(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,車載自動過分相,地面自動過分相技術(shù),當(dāng)機車從A相電源駛?cè)胛恢脗鞲衅?CG范圍，經(jīng)軌道電路1CG動作，啟動、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)給機車供電；當(dāng)機車駛?cè)胫行远无D(zhuǎn)換區(qū)的位置傳感器2CG范圍，啟動控制真空斷路器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，自動轉(zhuǎn)換成B相電源，實現(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轉(zhuǎn)換與連續(xù)供電。,機車在 電分相區(qū)運行時，機車乘務(wù)員不用進行任何地操作。機車?yán)^續(xù)行駛前進到達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)。運行機車始終在機車斷路器閉合狀況下，實現(xiàn)了帶電、帶負荷、免操作自動通過電分相區(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,（）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,高速與重載鐵路運行對供電電網(wǎng)容量的需求更大, 對電網(wǎng)的不平衡影響(主要是負序影響) 也更大，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償、濾波方式將難以滿足供電部門對電氣指標(biāo)的要求。,一相供電無需電分相環(huán)節(jié)，不會影響列車速度，實現(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)相互獨立，互不影響。 法國電氣化鐵路：交流、工頻電壓，但進線電壓高、系統(tǒng)容量大，使負序影響降到最低。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，還有大量可調(diào)無功補償裝置，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),可以實現(xiàn)單邊供電或雙邊(多邊) 貫通式供電。 采用以對稱補償技術(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撔颉⒐β室驍?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)的制約而難以實現(xiàn)貨運重載和客運高速這一問題的方案之一。,同相供電方式,采用對稱補償技術(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）母線電壓不對稱度不超過國標(biāo)規(guī)定（正常運行時2%，短時4%）； 無功電量按“反送正計”計量，全日計量的平均功率因數(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)計盡可能降低牽引負荷的諧波影響。,同相供電關(guān)鍵技術(shù),對稱補償模式，與電能質(zhì)量指標(biāo)最佳配合； 牽引變壓器接線方式，如減少對稱補償?shù)膹?fù)雜程度和最大限度地減少對稱補償裝置的容量需求等； 同一電力系統(tǒng)中實施雙邊供電或?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補償實現(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