用于铁路牵引网的功率调节-融冰装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种用于铁路牵引网的功率调节-融冰装置，该装置包括左、右两个结构相同的变流设备，左、右两变流设备的直流侧通过开关连接；每变流设备各包括的一台多重化绕组变压器和多个结构相同的H桥模块，变压器由原边绕组和多个次边绕组组成，原边绕组连接牵引网变电所供电臂的单相交流电，每个次边绕组连接一个H桥模块，各H桥模块直流侧串联连接。本实用新型专利技术采用基于H桥直流侧串联的拓扑结构，既可以满足大容量直流融冰需求，也可以满足电气化铁路的电能质量治理，以实现覆冰时融冰，不融冰时进行牵引变电所电能质量治理，以节省投资，提高设备利用率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力系统供电领域，特别涉及一种用于铁路牵引网的功率调节-融冰装置。
技术介绍
随着全球气候的变化，大范围的气象灾害在世界范围内频繁发生。近年来我国也频频发生冰灾，因覆冰引起的供电中断，甚至电网解列等，造成了大面积的停电。而且修复工作难度大、周期长，严重影响了交通、通讯等多个产业。但国内至今还没有安装牵引网除(融)冰装置的线路，为确保列车在冻雨及冰雪等极端灾害天气情况下安全运行，开展牵引网融冰装置开发意义重大。电气化铁道用牵引网覆冰属大气结冰范畴，它是在空气高度过饱和而且含有过冷水滴、导线温度等于或者略高于环境温度的情况下出现的一种自然附着成冰的现象。由于微气候、微地形及温度、空气中的过冷却水含量、风速等不同，牵引网覆冰可以分为雨淞、混合淞、雾淞、白霜等，常见的是雨淞和混合淞。牵引网覆冰时，不仅导致电力机车无法取流、受电弓损坏，而且导致牵引网舞动甚至倒杆、塌网等严重事故。因此牵引网融冰的主要目的是融化牵引网中的接触线的覆冰，同时兼顾融化承力索覆冰。融冰方式主要分为加热融冰、机械融冰、被动除冰等，其中加热融冰法为主要的融冰方式，而加热融冰法中交流融冰和直流融冰方法最直接、有效。直流融冰技术的原理是将覆冰线路作为负载，施加直流电源，用较低电压提供短路电流加热导线使覆冰融化。与交流融冰相比，直流融冰时线路阻抗的感性分量不起作用，降低融冰所需电源容量，提高融冰效率。并且直流融冰时直流电压连续可调，可以满足不同长度的线路融冰要求，且不要进行阻抗匹配，减低了施行难度。其中，直流电源可采用发电机电源整流和采用系统电源的可控硅整流两种方案。前者虽可减少投资但却受发电机组容量与融冰所需容量的限制，大多情况都不满足需求。因此采用系统电源的可控硅整流融冰是热力融冰法中的热点，其适用性更强，可根据不同情况调节直流融冰电压，使之满足不同应用环境的需要，是现有融冰方法中最理想的一种。结合我国电气化铁道的实际，线路崎岖，且线路有单线、复线，每个牵引臂的距离有长有短等多种不同的组合方式，因此采用系统电源可控整流融冰是电气化铁路牵引网的最佳融冰方式。现有的电气化铁路牵引网在应用过程中，还存在一个较大的问题。电气化铁路作为电力系统的用电大户，单相负载直接接入主干电网，有无功功率大、谐波含量高、负序电流大等特点，其中高速铁路的主要影响是负序电流大。这些已经严重影响了铁路沿线供电系统的电能质量，给周边企业生产和人民生活带来不好的影响，因此迫切需要对铁路带来的负序等电能质量问题进行处理。国内对铁路的电能质量治理提出了多种方案，其中铁路功率调节器RPC是一种性能较高的方案，能实现功率双向流动的调节器，可全面治理无功、谐波和负序问题。-->目前现有技术中，对电气化铁路牵引网的覆冰问题和电能质量问题都是采用不同的设备、不同的方式分别治理，导致使用设备的浪费和治理成本的提高。
技术实现思路
本技术的目的提供一种用于铁路牵引网的功率调节-融冰装置，该装置可同时解决铁路牵引网的覆冰问题和电能质量问题，提高设备利用率。本技术一种用于铁路牵引网的功率调节-融冰装置，该装置包括左、右两个结构相同的变流设备，左、右两变流设备的直流侧通过开关连接；每变流设备各包括的一台多重化绕组变压器和多个结构相同的H桥模块，变压器由原边绕组和多个次边绕组组成，原边绕组连接牵引网变电所供电臂的单项交流电，每个次边绕组连接一个H桥模块，各H桥模块直流侧串联连接。优选的，左、右两变流设备的直流侧输出端分别设有开关。优选的，次边绕组通过电感连接H模块。优选的，H桥模块包括H桥逆变器，与该H桥逆变器直流侧并联的电容。优选的，H桥逆变器由IGBT或IGCT组成。与现有技术相比，本技术具有以下优点：本技术采用基于H桥直流侧串联的拓扑结构，既可以满足大容量直流融冰需求，也可以满足电气化铁路的电能质量治理，以实现覆冰时融冰，不融冰时进行牵引变电所电能质量治理，以节省投资，提高设备利用率。附图说明图1为本技术功率调节-防冰装置的拓扑结构图；图2为本技术功率调节-防冰装置与牵引网连接图。具体实施方式为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。本技术采用基于H桥直流侧串联的拓扑结构，既可以满足大容量直流融冰需求，也可以满足电气化铁路的电能质量治理，以实现覆冰时融冰，不融冰时进行牵引变电所电能质量治理，以节省投资，提高设备利用率。参见图1，示出本技术功率调节-防冰装置的拓扑结构，从整体看，该装置可分为左、右两个相同的变流设备，每变流设备都包括的一台多重化绕组变压器Us和N个相同结构的H桥模块，变压器由原边绕组和N个次边绕组组成，每个次边绕组对应一个H桥模块；H桥模块包括H桥逆变器和直流侧电容。H桥逆变器由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极型晶体管)或IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor集成门极换流晶闸管)组成。每个H桥模块通过变压器次边绕组耦合至高压回路，多个独立的H桥模块直流侧通过串联方式形成一个高压可控的直流输出，构成高压换流电路拓扑。功率调节-防冰装置的左、右两变流设备背靠背连接，通过变压器分别接入牵引-->变电所的两个供电臂。图1中电阻R1和电抗L1，电阻R2和电抗L2串联代表第一供电臂牵引网、第二供电臂牵引网线路的阻抗。电阻R1和电抗L1支路两端分别设有开关1和开关2；电阻R2和电抗L2支路两端分别设有开关5和开关6；开关1与开关5之间设有开关3，开关2和开关6之间设有开关4。工作时，多绕组变压器Us的原边连接单相高压交流电，多绕组变压器Us将单相高压(例如27.5kV、55kV)降压到合适的电压等级(例如970V)，通过各个次边绕组和连接电抗接入各H桥模块，各H桥模块输出直流电压。各H桥模块的直流侧串联，使功率调节-防冰装置输出可控的直流高电压。功率调节-防冰装置左、右两变流设备一端是高压单相输入，一端是高压直流输出，实现大容量交流和直流的转换。该功率调节-防冰装置可通过增加H桥模块数量可提高输出直流电压等级，无IGBT器件串联均匀问题；通过控制各H桥模块，可控制输出直流电压。该功率调节-防冰装置的左、右两边分别连接一相高压交流电，通过功率融通可以治理实现两个供电臂的功率平衡，结合两变流设备可以同时治理谐波各自所在臂的谐波和无功功率。因此，可以治理三相高压侧的谐波、无功功率高、负序电流大等问题。本技术合理设计次边绕组UC1-UCN的电压，根据实际的容量需求设计次边绕组的个数和H桥模块的个数，获得所需的直流电压；各H桥模块结构完全一致，方便模块化生产和冗余设计。本技术功率调节-防冰装置可工作在两种模式：1)功率调节模式。将功率调节-防冰装置的左、右两变流设备分别与牵引变电所左、右两个输出臂连接，开关3和开关4合上，功率调节-防冰装置左变流设备和右变流设备连通；开关1和开关2断开，功率调节-防冰装置左变流设备不输出直流电压；开关5和开关6断开，功率调节-防冰装置右变流设备不输出直流电压。如牵引变电所左输出臂的线路上有机车通过，而右输出臂的线路上无负载或者负载轻，则左本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于铁路牵引网的功率调节－融冰装置，其特征在于，该装置包括左、右两个结构相同的变流设备，左、右两变流设备的直流侧通过开关连接；每变流设备各包括的一台多重化绕组变压器和多个结构相同的Ｈ桥模块，变压器由原边绕组和多个次边绕组组成，原边绕组连接牵引网变电所供电臂的单项交流电，每个次边绕组连接一个Ｈ桥模块，各Ｈ桥模块直流侧串联连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于铁路牵引网的功率调节-融冰装置，其特征在于，该装置包括左、右两个结构相同的变流设备，左、右两变流设备的直流侧通过开关连接；每变流设备各包括的一台多重化绕组变压器和多个结构相同的H桥模块，变压器由原边绕组和多个次边绕组组成，原边绕组连接牵引网变电所供电臂的单项交流电，每个次边绕组连接一个H桥模块，各H桥模块直流侧串联连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫安，张定华，黄燕艳，谭胜武，唐建宇，刘华东，胡晓东，杨磊，邱岳烽，李保国，刘永丽，吕顺凯，王桂华，李拥平，刘中，刘宝忠，钟浩，
申请(专利权)人：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，
类型：实用新型
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