一种交流电气化轨道交通工程用牵引及电力混合供电系统技术方案

一种交流电气化轨道交通工程牵引及电力混合供电系统，以实现共用110kV或220kV高压侧电源，同时输出单相27.5kV牵引电源和35kV或20kV或10kV三相电源，分别作为牵引供电以及沿线电力负荷的供电电源。两个相邻的变电所分别从地方电网引入变电所110kV或220kV的输入电源，其三相线路分别接入三相牵引及电力混合型变压器高压侧的牵引绕组与电力绕组，通过其低压侧绕组输出27.5kV单相牵引电源与25kV牵引供电网相连，输出三相35kV/20kV/10kV电力电源与变比为1:1的三相隔离变压器原变相连，输出三相35kV/20kV/10kV电力配电电源与35kV/20kV/10kV三相电力配电网相连，同时给三相电力配电网提供中性点；两个相邻变电所连接的牵引供电网之间设置牵引网电分相，两个相邻变电所连接的三相电力配电网之间设置三相电力配电网分断联络开关。电网分断联络开关。电网分断联络开关。

【技术实现步骤摘要】
一种交流电气化轨道交通工程用牵引及电力混合供电系统


[0001]本专利技术涉及轨道交通工程，特别涉及一种交流电气化轨道交通工程用牵引及电力混合供电系统，在同一牵引变电所内主要通过一种牵引及电力混合变压器的整合及隔离变压器的配合应用，同时实现轨道交通工程牵引和电力供电的系统。

技术介绍

[0002]目前，部分城市的轨道交通工程采用了与电气化铁路一致的单相交流25kV的供电方式，为机车车辆供电。因此需设置专用变电所，引入地方的110kV或220kV电源，转换后为轨道交通工程分别提供牵引供电及电力供电电源。由于这类变电所的电压等级高，变压器的容量及占地面积均较大，市域范围内场地的规划选址困难，同时外部110kV或者220kV电源点的获取也极为困难，代价较高，因此大部分情况下将该牵引变压器及电力变压器均整合在同一个变电所内，共用同一个输入的110kV或者220kV电源。
[0003]在牵引变电所内设置独立的牵引变压器，将外部输入的三相110kV或220kV电源转换为单相交流25kV电源给机车车辆提供牵引供电；同时独立设置电力变压器，将外部输入的三相110kV或220kV电源转换为三相35kV或20kV或10kV，给沿线的电力负荷提供电力电源。同时为满足电力配电系统的相关保护功能，给三相35kV或20kV或10kV电力配电系统提供一个接地中性点，需同时配套设置接地变或相关中心点接地设施。高电压等级的牵引及电力变压器各自独立设置，导致设备数量、占地面积及工程造价均大幅提升。
[0004]由于交流牵引供电采用单相电源，为降低单相牵引负荷供电对电力系统的三相供电系统不平衡影响，牵引网侧均需采用换相供电的模式。其实现方案一般有以下两种：
[0005]方案一：在牵引变电所采用V
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V接线的牵引变压器实现从三相电力系统电源至二相牵引供电电源的转换，为实现对电力系统负荷的三相均衡，该方案需要在牵引变电所附近及牵引变电所之间实现牵引网的换相供电，这样造成牵引网每隔约20km左右就需设置一个电分相。
[0006]方案二：在地方电网有条件的情况下，牵引变电所也可直接采用单相牵引变压器，实现三相电源系统至单相供电系统的转换。该方案在牵引变电所附近不再需要牵引网的换相供电，仅需要在相邻牵引变电所之间实现换相供电，同方案一相比，牵引网上可减少约一半的电分相。
[0007]特别对于城市轨道交通工程，其行车速度相对不是太高，而方案一会导致牵引网上有较多的电分相，这些电分相对城市轨道交通工程的高密度行车运营造成明显的不利影响；方案二尽管可以大幅减少牵引网电分相的数量，但相对方案一会对电网带来更为严重的三相供电系统不平衡影响，其落地实施的难度会比较大。
[0008]由于电分相设置的具体位置对于工程的要求较高，实施的难度及对行车效率等方面的影响均较大，在类似供电的电气化轨道交通线路中，如何减少牵引网的电分相设置，同时尽可能的减少单相牵引负荷对电力系统三相供电系统的不平衡影响，已日益成为一个课题。

技术实现思路

[0009]本专利技术提出一种交流电气化轨道交通工程牵引及电力混合供电系统，通过采用一种三相牵引及电力混合型变压器，实现共用110kV或220kV高压侧电源，同时输出单相27.5kV牵引电源和35kV或20kV或10kV三相电源，分别作为牵引供电以及沿线电力负荷的供电电源。
[0010]本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
[0011]本专利技术的一种交流电气化轨道交通工程用牵引及电力混合供电系统，其特征是：两个相邻的变电所分别从地方电网引入变电所110kV或220kV的输入电源，其三相线路分别接入三相牵引及电力混合型变压器高压侧的牵引绕组与电力绕组，通过其低压侧绕组输出27.5kV单相牵引电源与25kV牵引供电网相连，输出三相35kV/20kV/10kV电力电源与变比为1:1的三相隔离变压器原变相连，输出三相35kV/20kV/10kV电力配电电源与35kV/20kV/10kV三相电力配电网相连，同时给三相电力配电网提供中性点；两个相邻变电所连接的牵引供电网之间设置牵引网电分相，两个相邻变电所连接的三相电力配电网之间设置三相电力配电网分断联络开关；在两个相邻变电所之间正常情况下各自独立供电，当任意一个变电所出现故障退出的情况下，闭合三相电力配电网分断联络开关，短接牵引网电分相，实现故障情况下的相互支援供电。
[0012]所述三相牵引及电力混合型变压器采用三角形绕组/单相绕组/V形绕组构成三绕组变压器。牵引及电力共用高压侧三角形绕组与电力系统输入的三相交流电源相连，牵引低压侧单相绕组输出27.5kV单相电源与牵引供电网连接，构成完整的牵引供电系统；电力低压侧两相V形绕组输出三相35kV/20kV/10kV电源，该三相电源与电力配电系统的三相隔离变压器的输入端连接，通过三相隔离变压器的输出端输出三相35kV/20kV/10kV电力配电电源，构成完整的中压供电系统。
[0013]或者，所述三相牵引及电力混合型变压器采用单相绕组/单相绕组和V形绕组/V形绕组接线构成四绕组变压器。其牵引高压侧单相绕组与牵引低压侧单相绕组构成牵引侧绕组；电力高压侧V形绕组、电力低压侧V形绕组构成电力侧绕组；牵引高压侧单相绕组与电力高压侧V形绕组通过高压侧外部接线进行相间连接，共同构成牵引及电力混合型变压器的高压侧绕组，与电力系统输入的三相交流电源相连；牵引低压侧单相绕组输出27.5kV单相电源牵引供电网连接，构成完整的牵引供电系统；电力低压侧两相V形绕组输出三相35kV/20kV/10kV电源，该三相电源与电力配电系统的三相隔离变压器的输入端连接，通过三相隔离变压器的输出端输出三相35kV/20kV/10kV电力配电电源，构成完整的中压供电系统。
[0014]本专利技术的有益效果主要体现在如下方面：
[0015]一、牵引负荷直接采用单相供电，可减少各牵引变电所馈出线上网侧的首端电分相(比例约为50％)；若地方电力系统的运行方式允许牵引侧双边供电，则可以进一步实现全线牵引供电均采用同一相供电，即消除线路牵引网上的所有电分相，这更有利于列车的安全、可靠、平稳运行，从而降低由于频繁过分相时列车主断路器切换及引起的过电压危害，特别是可大幅减少线路上特别是上坡列车的速度损失，更有利于提高线路运输效率；
[0016]二、高压侧的单相牵引绕组与两相电力绕组，分别接在三相输入电源的不同相线路上，综合利用轨道交通工程的牵引负荷与电力负荷实现相互平衡，使得变电所高压侧的三相负荷得到一定程度的平衡。经计算当电力/牵引负荷比大于60％时，高压侧注入电力三
相系统的负序电流将等于或优于目前广泛采用的V/V牵引变压器两相负荷相等时的三相不平衡性能。目前较多城市轨道交通或市域铁路的电力/牵引负荷比均可达到60％及以上，且由于电力负荷波动性远小于牵引负荷，因此本方案具有较好的适应性；
[0017]三、通过将变电所中的高压牵引变压器和高压电力变压器整合为一体，大幅减少该类大型高压变压器的设置数量及相关配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交流电气化轨道交通工程用牵引及电力混合供电系统，其特征是：两个相邻的变电所分别从地方电网引入变电所110kV或220kV的输入电源，其三相线路分别接入三相牵引及电力混合型变压器(T1)高压侧的牵引绕组与电力绕组，通过其低压侧绕组输出27.5kV单相牵引电源与25kV牵引供电网(W1)相连，输出三相35kV/20kV/10kV电力电源与变比为1:1的三相隔离变压器(T2)原变相连，输出三相35kV/20kV/10kV电力配电电源与35kV/20kV/10kV三相电力配电网(W2)相连，同时给三相电力配电网(W2)提供中性点；两个相邻变电所连接的牵引供电网(W1)之间设置牵引网电分相(F1)，两个相邻变电所连接的三相电力配电网(W2)之间设置三相电力配电网分断联络开关(F2)；在两个相邻变电所之间正常情况下各自独立供电，当任意一个变电所出现故障退出的情况下，闭合三相电力配电网分断联络开关(F2)，短接牵引网电分相(F1)，实现故障情况下的相互支援供电。2.如权利要求1所述一种交流电气化轨道交通工程用牵引及电力混合供电系统，其特征是：所述三相牵引及电力混合型变压器(T1)采用方案一：三角形绕组/单相绕组/V形绕组构成三绕组变压器。牵引及电力共用高压侧三角形绕组(11)与电力系统输入的三相交流电源相连，牵引低压侧单相绕组(12)输出27.5kV单相电源与牵引供电网(W1)连接，构成完整的牵引供电系统；电力低压侧两相V形绕组(13)输出三相35kV/20kV/10kV电源，该三相电源与电力配电系统的三相隔离变压器(T...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宗良，吴畏，张开波，林小奇，蔡波，刘飞，江安，胥伟，刘卫东，周才发，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：