分段式同相供電系統(tǒng)機車自動過分相研究

周娟

摘? 要：通過對分段式同相供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)電分相處運行方式的研究，提出了一種分段式同相供電系統(tǒng)機車自動過分相的方法，可實現(xiàn)正常情況下按分段或貫通方式運行，在事故情況下需要異相供電時按電分相方式運行，并分析了此系統(tǒng)對牽引變電所亭繼電保護的影響。

關鍵詞：分段式;同相供電;自動過分相

中圖分類號：U223? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）17-0085-04

Abstract： By the study of the phase insulator operation mode on overhead contact line in sectional co-phase power supply system， a sectional co-phase power supply system automatic locomotive control passing phase insulator method is proposed. Under normal conditions， it can be operated in an electrical section mode or in a passing mode and in a phase insulator mode in the case of accident while needing different phase power supply. The influence of this system on relay protection is analyzed.

Keywords： sectional; co-phase power supply; automatic passing phase insulator

引言

我國現(xiàn)行的電氣化鐵路供電系統(tǒng)為求得對電力系統(tǒng)的平衡，牽引變電所采用三相進線換相連接，接觸網(wǎng)采用分段分相供電，各相之間裝設電分相裝置。列車過分相要退級、斷電，依靠慣性過“電分相”，電分相由于其機械、電氣上的弱點，不僅成為速度和牽引力損失的主要原因，也是整個系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)之一。

采用單相變壓器供電的同相供電系統(tǒng)和采用同相供電裝置的同相供電系統(tǒng)能夠取消變電所出口接觸網(wǎng)電分相，提高列車運行的安全可靠性，提高供電能力和線路運力，節(jié)能節(jié)容，具有顯著的經(jīng)濟、社會綜合效益，但是目前我國既有的同相供電系統(tǒng)基本上以分段式同相供電系統(tǒng)為主，由于事故情況下越區(qū)供電的需要，變電所出口處基本仍按電分相設置，在電分相處機車斷電通過，導致即使牽引變電所為同相供電，機車仍按異相供電斷電通過，同相供電牽引變電所正常運行可以取消電分相的這一巨大優(yōu)勢無法得以實現(xiàn)。

1 同相供電系統(tǒng)

1.1 采用單相變壓器供電的同相供電系統(tǒng)

單相牽引變壓器容量利用率高、投資低、設備簡單、占地小，在電力系統(tǒng)電源條件較好，牽引變電所各項電能質量滿足相關要求的條件下牽引變電所主變壓器可以采用單相變壓器接線。

從圖1中可以看出，在分區(qū)所1與分區(qū)所2之間、分區(qū)所2與分區(qū)所3之間、分區(qū)所3與分區(qū)所4之間實現(xiàn)了分段式同相供電。

1.2 采用對稱補償技術或有源濾波器實現(xiàn)的同相供電系統(tǒng)

經(jīng)各種接線變壓器和對稱補償構成的單相供電系統(tǒng)可統(tǒng)稱為三相-單相對稱補償系統(tǒng)，它與單相牽引變壓器一樣，都可避免在牽引變電所出口處采用電分相[1]。在對稱補償系統(tǒng)實現(xiàn)的同相供電系統(tǒng)中，以下接線變壓器均可作為牽引變壓器[2]：YN，d11接線;V，V接線;YN，2d（十字交叉）接線;不等邊Scott接線及其他類型的不等邊平衡接線。三相-單相對稱補償系統(tǒng)與單相變壓器系統(tǒng)最主要的區(qū)別在于對負序的抑制能力。但即使在同一電力系統(tǒng)中，不同進線處的系統(tǒng)短路容量不同，承受負序的能力也不同。在同一條件下，三相-單相對稱補償系統(tǒng)通常對負序的抑制能力更強，供電系統(tǒng)電能質量更好。

1.3 采用有源濾波器實現(xiàn)的同相供電系統(tǒng)

基于有源濾波器的平衡變換技術不僅能達到三相平衡供電的目的，而且能動態(tài)補償諧波和無功。文獻[3-8]將有源濾波器和不同接線方式的變壓器有機結合，構建基于有源濾波器的同相牽引供電系統(tǒng)。

同相牽引供電系統(tǒng)由牽引網(wǎng)和同相牽引變電所組成，以AT牽引供電系統(tǒng)為例，見圖2所示。其中，SS1-SS3為同相AT牽引變電所，它主要由牽引主變壓器和平衡變換裝置構成（圖中用BCD表示）。

同相AT牽引供電系統(tǒng)與采用換相連接的系統(tǒng)相比，具有如下特點：（1）各變電所的結構和接線完全相同，一次系統(tǒng)不再換相連接，牽引側各供電臂電壓相同，從而可取消電分相，實現(xiàn)同相供電。（2）由于平衡變換裝置的作用，可以完全消除系統(tǒng)不平衡，濾除諧波并補償無功，使變換劇烈、含有大量諧波、低功率因數(shù)的不對稱單相牽引負荷，對于電力系統(tǒng)而言，僅相當于一個純阻性的三相對稱負荷。（3）可以最大限度地提高變壓器容量利用率。

2 電分相處隔離開關運行方式

2.1 常規(guī)運行方式

在目前的分段式同相供電系統(tǒng)中，由于事故情況下越區(qū)的需要，正常情況下基本運行方式還是按電分相方式運行（見圖3），即正常時分相處隔離開關處于分位，事故情況下需要越區(qū)時隔離開關閉合，機車在電分相處斷電通過。此種運行方式制約了同相供電系統(tǒng)電分相可取消的巨大優(yōu)勢。

2.2 電分相按貫通方式或電分段方式運行

由于同相供電系統(tǒng)具備取消電分相的條件，可利用接觸網(wǎng)處電分相自身的特點，在正常運行時按貫通方式或按電分段方式運行，即接觸網(wǎng)分相處電動隔離開關均處于合位或只有一個開關處于分位，在需要事故越區(qū)時改變分相隔離開關的狀態(tài)，將隔離開關均轉換至分位，見圖4。這樣，電分相根據(jù)運行方式“可進可退”，便解決了取消“電分相”的后顧之憂。

3 車載自動控制過分相系統(tǒng)

（1）在同相供電系統(tǒng)牽引變電所每個分相點附近單股道安裝6個磁感應器，機車依次經(jīng)過第一、第二、第三、第四、第五、第六個磁感應器。第一、第二個磁感應器“同相確認點1”、“同相確認點2”為電磁鐵，第三至第六個磁感應器“預告點”、“強迫斷點”、“恢復點1”、“恢復點2”為常規(guī)分相處設置的磁感應器，如圖5所示。

（2）通過電分相處隔離開關常開常閉接點的情況實現(xiàn)電分相處運行方式的判斷（電分相運行方式由供電部門根據(jù)供電系統(tǒng)情況確定是否具備實現(xiàn)條件），并將代表電分相運行方式的電信號傳送至第一、第二個磁感應器，與第一、第二個磁感應器分別構成電磁感應回路，見圖6。當電分相處于分段或貫通方式運行即分相處隔離開關均處于合位或只有一個隔離開關處于分位時，第一、第二電磁感應器回路均接通，此時列車車載信號判斷裝置視第三至第六磁感應器信號失效，機車不斷電通過;當電分相處于分相方式運行即分相處兩個隔離開關均處于斷開位置時，第一、第二電磁感應回路均不接通，列車依次通過“分相確認點1”、“分相確認點2”，只要其中1個未檢測到磁感應信號，機車即轉換為電分相運行方式斷電通過，經(jīng)過第三磁感應器“預告點”，啟動列車主斷路器分閘;經(jīng)過第四磁感應器“強迫斷點”，若列車還未完成主斷路器分閘，強迫分斷，若已完成，信號失效;經(jīng)過第五磁感應器“恢復點1”，列車斷路器合閘，恢復到過分相前工況;經(jīng)過第六磁感應器“恢復點2”，若還未完成恢復，繼續(xù)恢復;若已恢復，信號失效。

（3）在機車行進方向常規(guī)電分相地面標示牌“禁止雙弓”、“T斷”、“斷”等斷合標之前設置“同相”標示牌，提醒司機進入同相運行分相運行轉換區(qū)域，正常按分段或貫通方式運行時無需降弓通過;在事故或越區(qū)情況采用分相方式運行時，司機無需采用人工控制系統(tǒng)過電分相;在事故或越區(qū)情況并且車載自動控制裝置故障時可采用人工控制系統(tǒng)過電分相。

4 列車自動控制過分相系統(tǒng)

4.1 常規(guī)列車自動控制過分相系統(tǒng)

列控自動控制方式下，列車正向運行時，當列車前端距正向斷電標還有一定時間時，車載控制設備向列車發(fā)送過分相指令（實現(xiàn)主斷路器分閘），當列車前端通過反向斷電標后一定距離時，車載控制設備向列車發(fā)送撤銷過分相操作的指令（實現(xiàn)主斷路器合閘）。

4.2 同相供電分相處列車自動控制過分相系統(tǒng)

列控自動控制方式下，同相供電電分相處按貫通或者分段方式運行時，車載控制設備正常在此處不發(fā)送過分相指令，列車不降弓自動通過。當供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要同相供電轉為異相供電時，分相處電動隔離開關按倒閘程序均轉換至分位，本處調整為電分相方式運行時，由供電部門通知行車部門，按過分相方式運行列控系統(tǒng)。

自動控制的列車自動過分相系統(tǒng)故障時，根據(jù)設置的同相供電系統(tǒng)的地面標志牌，采用人工控制。

5 分段式同相供電系統(tǒng)機車自動過分相對繼電保護的影響（見表1）

可根據(jù)線路等級、信號系統(tǒng)設置、供電系統(tǒng)設置情況，相應選擇所需要的運行方式。

6 結束語

（1）本系統(tǒng)可實現(xiàn)高速鐵路、客運專線、城際鐵路和普速鐵路分段式同相供電系統(tǒng)機車在同相供電變電所分相處正常按分段或貫通方式運行，在需要相鄰牽引變電所越區(qū)時按電分相運行。列車平常不斷電通過，提高了列車運行速度，減少了機車斷路器的開斷次數(shù)，提高了機車斷路器的壽命。

（2）在異相供電時可優(yōu)先實現(xiàn)列車自動控制斷電過分相、車載自動控制斷電過分相，在自動過分相故障時可采用手動過分相。

（3）本系統(tǒng)可在同相供電系統(tǒng)靈活分段，電分相可進可退，解除了分段式同相供電取消電分相的后顧之憂。

（4）同相供電牽引變電所處電分相正常按分段或貫通方式運行，避免了機車需斷電通過停入無電區(qū)，可提高牽引供電系統(tǒng)的可靠性;兩供電臂可互相支援，提高了牽引供電系統(tǒng)的供電能力和線路運力，節(jié)能節(jié)容。

（5）本系統(tǒng)適用于變電所采用同相供電裝置的同相供電系統(tǒng)，也適用于常規(guī)未設置同相供電裝置但采用單相變壓器供電的同相供電系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]李群湛，賀建閩.電氣化鐵路的同相供電系統(tǒng)與對稱補償技術[J].電力系統(tǒng)自動化，1996，20（4）：9-11，28.

[2]賀建閩，張雪.同相供電對稱補償技術應用[J].鐵道學報，1995，（S1）：36-41.

[3]張秀峰，連級三，高仕斌.基于三相變四相變壓器的新型同相牽引供電系統(tǒng)[J].中國電機工程學報，2006，26（15）：19-23.

[4]張秀峰，連級三.基于斯科特變壓器的新型同相AT牽引供電系統(tǒng)[J].機車電傳動，2006（4）：14-18.

[5]張秀峰，李群湛，等.基于有源濾波器的V，v接同相供電系統(tǒng)[J].中國鐵道科學，2006，27（2）：98-103.

[6]張秀峰，錢清泉，李群湛，等.基于有源濾波器和AT供電方式的新型同相牽引供電系統(tǒng)[J].中國鐵道科學，2006，27（6）：73-78.

[7]呂曉琴，張秀峰.基于有源濾波器和V/x接線的同相牽引供電系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2006，18（6）：73-78.

[8]張秀峰，高仕斌，錢清泉，等.基于阻抗匹配平衡變壓器和AT供電方式的新型同相牽引供電系統(tǒng)[J].鐵道學報，2006，28（4）：32-37.