一种电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置，包括整流侧单相多绕组整流变压器T1、逆变侧单相多绕组逆变变压器T2和背靠背四象限变流器；所述装置用于对接入的α相和β相牵引母线电源进行交‑直‑交变换，再为接触网电分相中性区段供电；T1原边设置有一个高压绕组，次边设置有n个低压绕组，以及1个高压绕组；T2原边设置有n个低压绕组，次边设置有一个高压绕组；次边高压绕组与次边高压绕组串联后合成电压给中性段供电。本发明专利技术以先进的电力电子变流装置及特种变压器作为核心部件，能够实现接触网电分相中性段的连续供电，使得列车可不断电过分相，且不会产生电弧和过电压。

【技术实现步骤摘要】
一种电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置
本专利技术涉及铁路供电
，具体涉及一种电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置。
技术介绍
我国电气化铁路牵引网采用分相分段式单相工频交流供电，每隔30～60km都存在约200～900m的带中性区段的电分相，在三相变压器供电条件下分区所处的电分相两侧接触网设计相位相同，但是由不同变电所馈线供电，因此相位差较小；另外，同一变电所母线馈出的不同馈线供电的接触网系统间设置了隔离不同电压的作为电分相功能的电气分段关节，这些称为虚拟电分相。随着我国高速铁路和重载铁路的发展，大功率变流牵引的列车运行工况使得牵引网中的电气分布差异较大，接触网虚拟电分相除了影响运输的舒适性和总的运行时间、降低铁路运输能力外，更是因此带来操作过电压的拉弧，有可能引发列车高压设备损伤或接触网烧断故障，同时，频繁过分相容易导致司机操作疲劳，因此接触网电分相一直都是机电、弓网配合的高发故障区域，接触网电分相和虚拟电分相已成为我国铁路朝着高速和重载发展的一个关键制约因素。为了解决电气化铁路列车断电过分相问题，我国曾经引进过两种接触网电分相自动过分相技术，一种是以瑞士AF公司为代表的柱上开关自动断电过分相技术，一种是以日本为代表的地面开关自动切换过分相技术。其中，柱上开关自动断电过分相设备在试验过程中出现过拉弧、烧弓、线路跳闸等现象，应用不成功。基于地面机械开关自动切换的过分相设备在我国有少量应用，但实际应用也表现出了如下几个缺陷：1)机械开关切换不能精确控制相位，存在过电压和过电流冲击；2)机械开关切换时间长，换相过程中中性段存在较长的无电死区；3)存在较高的过电压和过电流冲击，需要修改列车的控制软件和保护整定值；4)机械开关寿命低，需要定期检修维护和更换，后期运营成本高。近年来，地面机械开关自动切换过分相设备换相失败导致接触网相间短路的问题也时有发生。针对地面机械开关自动切换过分相技术存在的某些缺陷，近年来也有相关机构开展了基于地面电子开关的自动切换过分相技术研究，该技术的特点是采用电子开关替代机械开关，但由于其切换过分相的基本原理没有改变，因此换相过程中中性段必然还是会存在无电死区，由此也依然会给列车带来过电压和过电流冲击等问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提供一种电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置。本专利技术提供的电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置，其特征在于，包括：整流侧单相多绕组整流变压器T11、一台逆变侧单相多绕组逆变变压器T23和背靠背四象限变流器2；所述装置用于对接入的α相和β相牵引母线电源进行交-直-交变换，再为接触网电分相中性区段N供电；其中，所述的整流侧单相多绕组整流变压器T11原边设置有一个高压绕组AX，次边设置有n个低压绕组a1x1、a2x2至anxn，以及1个高压绕组wx；其中，n为大于1的自然数；所述的逆变侧单相多绕组逆变变压器T23原边设置有n个低压绕组c1x1、c2x2至cnxn，次边设置有一个高压绕组CX；所述的次边高压绕组wx与次边高压绕组CX串联后合成电压给中性段N供电。其中，所述的背靠背四象限变流器2包括整流变换单元4、直流母线单元5和逆变变换单元6；整流变换单元4和逆变变换单元6分别包括n个功率模块，每个功率模块均采用相同的H桥变换电路；整流变换单元4的n个H桥功率模块的交流端与整流侧单相多绕组整流变压器T11的a1x1、a2x2至anxn绕组的输出端连接；逆变变换单元6的n个H桥功率模块的交流端与逆变侧单相多绕组逆变变压器T23的c1x1、c2x2至cnxn绕组的输入端连接。其中，所述的功率模块采用两电平H桥变换电路，每个功率模块的直流侧设置有一个正直流母线和一个负直流母线；所述的正直流母线并联形成一个总的公共正直流母线，所述的负直流母线并联形成一个总的公共负直流母线。其中，所述的功率模块采用三电平H桥变换电路，每个功率模块的直流侧设置有一个正直流母线、一个零电平直流母线和一个负直流母线；所述的正直流母线并联形成一个总的公共正直流母线，所述的零电平直流母线并联形成一个总的公共零电平直流母线，所述的负直流母线并联形成一个总的公共负直流母线。其中，所述的功率模块采用两电平H桥变换电路，所述的背靠背四象限变流器2包括n个电气上完全独立的背靠背四象限变流单元；所述的变流单元包括一个整流功率模块和一个逆变功率模块，每个功率模块的直流侧设置有一个正直流母线和一个负直流母线；所述的正直流母线并联形成一个总的公共正直流母线，所述的负直流母线并联形成一个总的公共负直流母线。其中，所述的功率模块采用三电平H桥变换电路，所述的背靠背四象限变流器2包括n个电气上完全独立的背靠背四象限变流单元；所述的变流单元包括一个整流功率模块和一个逆变功率模块，每个功率模块的直流侧设置有一个正直流母线、一个零电平直流母线和一个负直流母线；所述的正直流母线并联形成一个总的公共正直流母线，所述的零电平直流母线并联形成一个总的公共零电平直流母线，所述的负直流母线并联形成一个总的公共负直流母线。其中，所述功率模块采用基于IGBT的两电平H桥变换电路，所述基于IGBT的两电平H桥变换电路主要由支撑电容61、IGBT及反并联二极管62、电流传感器63和输出熔断器64组成。其中，所述功率模块采用基于IGBT或IGCT的三电平H桥变换电路；所述基于IGBT的三电平H桥变换电路主要由支撑电容71、箝位二极管72、IGBT及反并联二极管73、电流传感器74和输出熔断器75组成；所述基于IGCT的三电平H桥变换电路主要由吸收电容81、DC-LINK环节限流电感82、DC-LINK环节二极管83、DC-LINK环节电阻84、箝位二极管85、IGCT及反并联二极管86、电流传感器87和输出熔断器88组成。本专利技术提供的电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置，以先进的电力电子变流装置及特种变压器作为核心部件，能够实现接触网电分相中性段的连续供电，使得列车可不断电过分相，且不会产生电弧和过电压、过电流冲击等。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置的主电路图；图3为本专利技术实施例提供的功率模块采用的基于IGBT的两电平H桥电路的拓扑图；图4为本专利技术实施例提供的电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置的第二种实现方式的主电路图；图5为本专利技术实施例提供的功率模块采用的基于IGBT的三电平H桥电路的拓扑图；图6为本专利技术实施例提供的功率模块采用的基于IGCT的三电平H桥电路的拓扑图；图7为本专利技术实施例提供的电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置第三种实现方式的主电路图；图8为本专利技术实施例提供的电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置第四种实现方式的主电路图。附图标记为：1—整流侧单相多绕组整流变压器T1，2—背靠背四象限变流器，3—逆变侧单相多绕组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置，其特征在于，包括：整流侧单相多绕组整流变压器T1(1)、一台逆变侧单相多绕组逆变变压器T2(3)和背靠背四象限变流器(2)；所述装置用于对接入的α相和β相牵引母线电源进行交‑直‑交变换，再为接触网电分相中性区段N供电；其中，所述的整流侧单相多绕组整流变压器T1(1)原边设置有一个高压绕组AX，次边设置有n个低压绕组a1x1、a2x2至anxn，以及1个高压绕组wx；其中，n为大于1的自然数；所述的逆变侧单相多绕组逆变变压器T2(3)原边设置有n个低压绕组c1x1、c2x2至cnxn，次边设置有一个高压绕组CX；所述的次边高压绕组wx与次边高压绕组CX串联后合成电压给中性段N供电。

【技术特征摘要】
1.一种电气化铁路地面自动过分相系统的变流装置，其特征在于，包括：整流侧单相多绕组整流变压器T1(1)、一台逆变侧单相多绕组逆变变压器T2(3)和背靠背四象限变流器(2)；所述装置用于对接入的α相和β相牵引母线电源进行交-直-交变换，再为接触网电分相中性区段N供电；其中，所述的整流侧单相多绕组整流变压器T1(1)原边设置有一个高压绕组AX，次边设置有n个低压绕组a1x1、a2x2至anxn，以及1个高压绕组wx；其中，n为大于1的自然数；所述的逆变侧单相多绕组逆变变压器T2(3)原边设置有n个低压绕组c1x1、c2x2至cnxn，次边设置有一个高压绕组CX；所述的次边高压绕组wx与次边高压绕组CX串联后合成电压给中性段N供电。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的背靠背四象限变流器(2)包括整流变换单元(4)、直流母线单元(5)和逆变变换单元(6)；整流变换单元(4)和逆变变换单元(6)分别包括n个功率模块，每个功率模块均采用相同的H桥变换电路；整流变换单元(4)的n个H桥功率模块的交流端与整流侧单相多绕组整流变压器T1(1)的a1x1、a2x2至anxn绕组的输出端连接；逆变变换单元(6)的n个H桥功率模块的交流端与逆变侧单相多绕组逆变变压器T2(3)的c1x1、c2x2至cnxn绕组的输入端连接。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的功率模块采用两电平H桥变换电路，每个功率模块的直流侧设置有一个正直流母线和一个负直流母线；所述的正直流母线并联形成一个总的公共正直流母线，所述的负直流母线并联形成一个总的公共负直流母线。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的功率模块采用三电平H桥变换电路，每个功率模块的直流侧设置有一个正直流母线、一个零电平直流母线和一个负直流母线；所述的正直流母线并联形成一个总的公共正直流母线，所述的零电平直流母线并联形成一个总的公共零电平...

【专利技术属性】
技术研发人员：方华松，邱长青，许晓辉，戚广枫，李红梅，张新民，高晓峰，石媛，刘聪，杨帆，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一二研究所，中铁第四勘察设计院集团有限公司，北京兰德迅捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42