專利名稱：YN,vd接線變壓器構成的鐵道機車牽引同相供電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鐵道機車交流牽引同相供電裝置。
背景技術：
單相系統所具有的結構筒單、建設成本低、運用和維護方便等優點，決定 了在電氣化鐵路普遍采用單相工頻交流電為鐵路機車供電。而電力系統希望所 有的負載都從電網取用三相對稱的基波電流，以充分利用設備，線路的容量， 減少無功電流和諧波電流對系統的危害。為滿足該要求，電氣化鐵道釆用相序 輪換、分段分相供電的方案，也即鐵路沿線每20-25kra作為一個供電區段，各 個區段依次分別由電網中的不同相供電，各區段之間設置30m左右的分相區段， 并由分相裝置進行分相。當各相分別供電的區段上運行的機車負荷相同時，就 可使電力系統在大的范圍內三相負荷的平衡。
但是，由于各區段的牽引負荷的大小不可能隨時相同，分相分段方案只是 在一定程度上減輕了三相不平衡的影響，沒有從根本上解決鐵路負荷單相用電 對整個公用電網的影響。電氣化鐵道由于影響電能質量的問題，被迫修改設計 方案，增大投資，處境被動的情況時有發生。
同時，由于電分相裝置的存在，當機車運行到一個供電區段末端時，必須經 過退級、斷電等一系列復雜的操作，滑行到下一個區段再逐項恢復正常運行，這 既增加了機車操作的復雜程度，同時又嚴重制約了機車運行速度的提高和牽引 力的發揮。
對于我國現行的狀態而言，急需發展高速重載鐵路。現有的機車牽引供電 系統在實現高速、重載機車牽引時，更加不適應，主要表現在
(1) 高速和重載運輸要求機車受電弓平滑連續受流，而分相環節的存在， 使受電弓上的電流時斷時續，這大大影響了機車的運行速度。同時分相環節也 是整個系統中最薄弱的環節之一。雖然有自動過分相裝置，但因其電壓高、 轉換動作頻繁，其準確性和可靠度都存在嚴重問題，還不能完全解決電分相對
機車運行的不利影響。
(2) 高速、重載運輸都需要大容量供電，為滿足國家標準中電力系統對電氣化鐵道以負序為突出的電能質量的限制指標，原有單相供電方式所使用的無 功補償技術已無法適應。若在牽引變電所采用可調對稱補償技術，即使在機車 上使用交-直-交的電源(不計其無功和諧波)，因容量更大，負序更為突出，技 術和經濟上均難達到理想狀態。
(3)我國將建設的高速鐵路可能是高、中速混跑才莫式，若出現交-直-交 電源的機車與交-直電源的機車混用局面，除負序外，無功和諧波仍然存在， 電能質量不能改善，制約了鐵路與電力雙方的發展。
實用新型內容
本實用新型的目的就是提供YN, vd接線變壓器構成的鐵道機車牽引同相供 電裝置，該裝置能實現鐵路全線同相供電而無需分相，各牽引變電所區段供電 電壓穩定，保證機車的高速、重載運行；鐵路牽引負荷的供電系統從公用電網 上三相取電，消除鐵路牽引負荷對公用電網電能質量的影響。且該裝置可以利 用現有牽引變壓器進行改造而成，成本低，便于實施。
本實用新型解決其技術問題，所采用的技術方案為YN,vd接線變壓器構成 的鐵道機車牽引同相供電裝置，其結構特點是
牽引變壓器為YN， vd接法的三相一兩相平衡變壓器，該變壓器的YN接法的 三個原邊繞組接高壓公用電網，v接法的次邊繞組的兩輸出端(b'、 cO作為線 電壓輸出端；d接法中的一個次邊繞組的兩端作為相電壓輸出端，且該繞組所纏 繞的鐵芯上未纏繞v接法的次邊繞組；
變壓器線電壓輸出端與相電壓輸出端之間接有整流逆變器，且線電壓輸 出端或相電壓輸出端作為牽引機車的供電端；同時，整流逆變器的控制裝置與 牽引機車的供電端相連。
本實用新型的工作原理是公用高壓電網上的三相高壓電(通常為110kV 或220kV)經YN， vd三相一兩相平衡變壓器變換后，分別從其相電壓輸出端和 線電壓輸出端輸出兩相平衡的相電壓和線電壓(27. 5kV或25kV),該線電壓和 相電壓的大小幅值相等、頻率相同，但相位相差90。。才艮據牽引機車的需要可 將其中的相電壓直接輸出給牽引機車；整流逆變器的控制裝置檢測出供電端交 流電的相位，然后在控制裝置的控制下，整流逆變器則將變壓器中未直接輸出 給牽引機車的線電壓，先變為直流電，再轉換為與相電壓的相位相同的交流電， 再輸送給牽引機車。同理，也可將線電壓直接輸出給牽引機車，則相電壓經過
整流逆變器的作用同樣變為與線電壓相位相同的交流電，共同輸出給牽引機 車。這樣，即實現了相電壓與線電壓輸出端口之間的有功功率傳遞，使其牽引 功率增大一倍，并使負序為零。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是
一、 鐵路線上所有使用本實用新型裝置的變電所能輸出相同的同相電壓， 而無需采用相序輪換、分相分段供電，從根本上避免了電分相環節，既使機車 運行可靠，又使^L車能夠高速、穩定運行。尤其適用于重載、高速列車。
二、 鐵路牽引負荷的供電系統由三相變壓器從公用電網上三相對稱取電， 徹底避免了原單相取電產生負序電流嚴重影響電網電能質量的問題；消除鐵路 牽引負荷的大量無功成分與諧波對公用電網電能質量的影響，使鐵路和電力系 統的經濟與安全可靠運行得到保證。
三、 對使用本實用新型裝置的牽引變電所內部，其供電區段的左右兩側采 用同一端口供電，較之現有的同一牽引變電所按運行區段輪流換相供電，負荷 的均衡性得到改善。
四、 我國既有線路大量采用YN，d (星形一三角形)接線變壓器供電，作 為同相供電系統應使牽引電壓要么對應三相電網的相電壓，要么對應三相電網 的線電壓。而本實用新型裝置的供電端既可是對應三相電網相電壓的相電壓 端，也可是對應三相電網線電壓的線電壓端，因此，本實用新型裝置對我國鐵 路電力系統具有最廣泛的適應性。
五、 本發明裝置既可用于新建的牽引變電所，也方便對已有普通牽引變電 所的改建，改建時只需在原有YN, d (星形一三角形)4^線的牽引變壓器的次邊 d接線中兩繞組的鐵芯上，新纏繞v形接法的兩繞組；或者只需在原有YN, d(星 形一三角形)接線的牽引變壓器的基礎上增加V，V接線的另一變壓器，原YN， d變壓器與新增的v, v接線變壓器合用，也可達到YN， vd變壓器的效果；然后 再加上整流逆變器即可。從而可以在不棄用原有牽引變壓器內部構造的基礎 上，改建成本發明的裝置，其改建方便、投資少，便于實施。
上述的整流逆變器的整流部分和逆變部分之間還接有一儲能電容。 這樣，該儲能電容能有效補償牽引端口的感性無功功率、提高功率因數、 穩定母線電壓，濾除負荷電流中的高次諧波。
上述的變壓器的相電壓輸出端作為供電端時，變壓器的線電壓輸出端經過
一降壓變壓器后，再與整流逆變器的輸入端相連，整流逆變器的輸出端側通過 升壓變壓器與相電壓輸出端相連。
上述的變壓器的線電壓輸出端作為供電端時，變壓器的相電壓輸出端經過 一降壓變壓器后，再與整流逆變器的輸入端相連，整流逆變器的輸出端側通過 升壓變壓器與線電壓輸出端相連。
這樣，整流逆變器輸入的電壓通過降壓變壓器變為較低的電壓，整流部分 及逆變部分的工作電壓均為低電壓，逆變成交流電后，再通過升壓變壓器變回 高電壓對外輸出。使得整流逆變器由昂貴的高壓元器件改為價格低廉的低壓元 器件組成，進一步降低了本實用新型的成本。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的描述。
圖1為本實用新型實施例一的YN,vd接線的三相一兩相平衡變壓器(T)的 內部接線關系示意圖，其中的*、 △、參分別表示變壓器鐵芯的三個同名端。
圖2為本實用新型實施例一的電^各原理圖。
圖3為本實用新型實施例二的電i 各原理圖。
具體實施方式
實施例一
圖l示出，本實用新型的一種具體結構為YN,vd接線變壓器構成的鐵道 機車牽引同相供電裝置中，牽引變壓器為YN，vd接法的三相一兩相平衡變壓器 T，該變壓器T的YN接法的三個原邊繞組AN、 BN、 CN接高壓公用電網，v接法 的次邊繞組b'y'、 c'z'的兩輸出端b'、 c'作為線電壓4敘出端b'、 c'; d接法 中的一個次邊繞組ax的兩端a、 x作為相電壓輸出端a、 x，且該繞組ax所纏 繞的鐵芯(即圖中標*的鐵芯)上未纏繞v接法的次邊繞組b'y'、 c'z'。
圖2示出，變壓器T線電壓輸出端b'、 c'與相電壓輸出端a、 x之間接有 整流逆變器Z，且相電壓輸出端a、 x作為牽引機車的供電端VI、 V2;同時，整 流逆變器Z的控制裝置與牽引機車的供電端VI、 V2相連。
圖2還示出，本例的變壓器T的相電壓輸出端a、 x作為供電端Vl、 V2，變 壓器T的線電壓輸出端b'、 c'經過一降壓變壓器Tb后，再與整流逆變器Z的輸 入端相連，整流逆變器Z的輸出端側通過升壓變壓器Ta與相電壓輸出端a、 x 相連。由于本例的供電端為變壓器的相電壓輸出端a、 x，故其輸出電壓與三相電 網的的相電壓相同；當相鄰的普通牽引供電裝置的供電臂為相電壓時，采用本 例的供電裝置，這樣便于本實用新型裝置與常規的普通牽引供電裝置，實現同 相供電，避免電分相。
本例的整流逆變器Z的整流部分和逆變部分之間還接有一儲能電容。
實施例二
圖3示出，本例與實施例一基本相同，不同的僅僅是線電壓輸出端t/、 c'作為牽引機車的供電端VI、 V2;從而變壓器T的相電壓輸出端a、 x經過一 降壓變壓器Tb后，再與整流逆變器Z的輸入端相連，整流逆變器Z的輸出端 側通過升壓變壓器Ta與線電壓輸出端b'、 c'相連。
在相鄰變電所的普通牽引供電裝置的供電臂為線電壓時，適用本例的裝置。 顯然，當相鄰變電所也采用本實用新型的裝置時，供電端既可是相電壓輸 出端，也可是線電壓輸出端，只要相鄰變電所釆用的輸出端相同即可。
權利要求1、YN，vd接線變壓器構成的鐵道機車牽引同相供電裝置，其特征在于牽引變壓器為YN，vd接法的三相-兩相平衡變壓器(T)，該變壓器(T)的YN接法的三個原邊繞組(AN、BN、CN)接高壓公用電網，v接法的次邊繞組(b′y′、c′z′)的兩輸出端(b′、c′)作為線電壓輸出端(b′、c′)；d接法中的一個次邊繞組(ax)的兩端(a、x)作為相電壓輸出端(a、x)，且該繞組(ax)所纏繞的鐵芯上未纏繞v接法的次邊繞組(b′y′、c′z′)；變壓器(T)線電壓輸出端(b′、c′)與相電壓輸出端(a、x)之間接有整流逆變器(Z)，且線電壓輸出端(b′、c′)或相電壓輸出端(a、x)作為牽引機車的供電端(V1、V2)；同時，整流逆變器(Z)的控制裝置與牽引機車的供電端(V1、V2)相連。
2、 如權利要求1所述的YN， vd接線變壓器構成的鐵道機車牽引同相供電裝 置，其特征在于所述的整流逆變器(Z)的整流部分和逆變部分之間還接有 一儲能電容。
3、 如權利要求1所述的YN， vd接線變壓器構成的鐵道機車牽引同相供電裝 置，其特征在于所述的變壓器(T)的相電壓輸出端(a、 x)作為供電端(Vl、 V2 ) 時，變壓器(T)的線電壓輸出端(b'、 cO經過一降壓變壓器(Tb)后，再與整 流逆變器(Z )的輸入端相連，整流逆變器(Z )的輸出端側通過升壓變壓器(Ta ) 與相電壓輸出端(a、 x)相連。
4、 如權利要求1所述的YN，vd接線變壓器構成的鐵道機車牽引同相供電 裝置，其特征在于所述的變壓器(T)的線電壓輸出端(b' 、 cO作為供電端(Vl、 V2)時，變壓器(T)的相電壓輸出端(a、 x)經過一降壓變壓器(Tb)后，再 與整流逆變器(Z)的輸入端相連，整流逆變器(Z)的輸出端側通過升壓變壓 器(Ta)與線電壓輸出端(b'、 cO相連。
專利摘要YN，vd接線變壓器構成的鐵道機車牽引同相供電裝置，其中的牽引變壓器為YN，vd接法的三相—兩相平衡變壓器(T)，該變壓器(T)的線電壓輸出端(b′、c′)與相電壓輸出端(a、x)之間接有整流逆變器(Z)，且線電壓輸出端(b′、c′)或相電壓輸出端(a、x)作為牽引機車的供電端(V1、V2)；同時，整流逆變器(Z)的控制裝置與牽引機車的供電端(V1、V2)相連。該裝置能實現鐵路全線同相供電而無需分相，各牽引變電所區段供電電壓穩定，保證機車的高速、重載運行；鐵路牽引負荷的供電系統從公用電網上三相取電，消除鐵路牽引負荷對公用電網電能質量的影響。且該裝置可以利用現有牽引變壓器進行改造而成，成本低，便于實施。
文檔編號H02J3/00GK201061145SQ20072008052
公開日2008年5月14日 申請日期2007年8月2日 優先權日2007年8月2日
發明者余俊祥, 煒 劉, 麗 張, 張麗艷, 張文麗, 東 易, 李群湛, 解紹鋒, 賀建閩, 鍇 郭, 馬慶安, 高師湃 申請人:西南交通大學