1、112电气化铁路同相供电介绍1眉山牵引变电所同相供电系统概述为解决长期困扰电气化铁路的电分相和电能质量两大难题，西南交通大学电气工程学院潜心研究三十余年，系统提出了同相供电系统成套理论。 2007 年 10 月，科技部在国家科技支撑计划重点项目 “电力电子关键器件及重大装备研制”中立项支持 “电气化铁路同相供电装置”课题。电气化铁路同相供电装置于 2010 年 10 月在成昆线眉山牵引变电所成功投入试运行。经过半年的试运行结果表明：装置性能稳定、运行可靠、可综 合解决电分相和电能质量问题，并能满足实际运营的要求。同相供电装置的研究成功得到了铁道部和电气化领域相关人士的大力支持。2011 年 4
2、 月，铁道部副部长卢春房部长听取了关于同相供电装置的汇报，高度评价了该研究成果，并指示尽快选择至少一条线路试点实现同相供电，加快产业化实施进程。2眉山牵引变电所运行效果1）电能质量指标a.负序指标同相供电装置能够完成有功传递功能，降低牵引变压器系统侧三相电压不平衡。同相供电装置投入前系统负序电压 95%概率大值为 0.61%，投入后降低为 0.33%，抑制负序效果明显，达到国标要求。b.功率因数指标同相供电装置能够完成无功补偿。补偿前，平均功率因数 0.79，113同相补偿后反送不计计量方式下平均功率因数可达 0.96，高于 0.9 的国家标准。c.电流畸变 率指标同相供电装置典型工况下谐波电
3、压总畸变率为 0.9%，谐波电流总畸变率为 3.1%，优于 5的设计指标。2）提高供电能力指标基于眉山牵引变电所实测牵引负荷分析，眉山牵引变电所实施同相供电后，供 电能力增加了 36%，相对于同相供 电未投入时，其过负荷跳闸次数显著减小。3）运行可靠性指标同相供电装置投入运行 6 个月以来，还未出现因装置本身故障而被动退出运行的情况，显示了装置良好的可靠性。4）兼容性指标同相供电装置运行的启动、退出等操作方式简单，与系统其他设备的兼容性良好，如电容器组投切、列车调度与运行方式等操作不影响同相供电装置运行。3技术优势同相供电装置是集成电力电子技术、控制技术的高新技术装备，可主要解决三大问题：1）
4、取消变电所出口分相，提高线路通过能力；2）可综合解决以负序为核心的电能质量问题；3）提高牵引变压器负荷利用率。对于既有线的同相供电改造，则可显著提高牵引变电所的供电能力，对于新建线路，则减少牵引变压114器的安装容量，节省了大量的固定电费。同相供电系统还具有以下优势：1）提高牵引供电系统电压稳定性和越区供电能力；2）高度的可扩展性，如实现电气化铁路的在线防冰融冰，保障牵引供电系统和列车安全运行。4.可靠性与兼容性评估1）同相供电装置的可靠性同相供电装置与高速列车变流器属均是基于电力电子变流器技术，属同类集成技术。高速列 车变流器已广泛应用，积累了丰富的设计、制造与运用经验。同相供 电装置运行环
5、境比高速列车变流器运行环境更优，其可靠性可以得到有效保障，同时，同相供电装置采用多个小容量变流器模块并联的结构形式，具备变流器模块在线冗余备用功能，可有效保障装置的可靠性。2）同相供电装置的兼容性同相供电系统通过在异相牵引变电所中增加同相供电装置而成，充分利用既有异相供电的装备，在设计、运行、维护等方面与既有供电系统具有很好的兼容性。 5经济性评估同相供电系统具有较好的综合经济性，主要表现在：1） 取消分相，避免了分相时的列车速度损失，提高列车的通过能力，增加运量；2） 由于牵引变压器利用率的提高，可降低牵引变压器安装容115量 1-2 个容量等级，节省大量的固定电费（每年数百万） ;3） 可
6、改善功率因数、电压不平衡度、电压稳定性等电能质量指标，避免电能质量罚款;4） 可节省其他电能质量补偿装置（如 SVC）费用;5） 取消变电所出口分相，节省地面自动过分相装置投资。据估算，对于新建线路，同相供电装置的一次性投资水平比异相供电有所增加，核心设备费约为 1500 元/kVA 。同相供电在节省自动过分相装置以及电能质量补偿装置投资的同时，每个变电所还可减少年运行费用数百万元，一般可在 1-3 年内收回成本。 对于既有线路，供电能力可提高 25%以上，牵引变压器容量减小可 显著节省固定电费，一般在 3-5 年内可收回改造投资。若考虑 到同相供电装置对运营能力的提高，则同相供电系统的经济性
7、将更加显著。6.总结综上所述，同相供电装置的研制成功和投入运行不仅从根本上解决电分相和电能质量问题，还可带来提高供电能力、保障运输能力、提高系统可靠性等多方面效益。该技术具有完全自主知识产权，被誉为电气化铁路领域的重大技术革命，达到世界领先水平。116附件眉山牵引变电所同相供电装置的基本原理ABC牵引变压器牵引变压器同 相供 电 装 置变 电 所S S 2变 电 所S S 1同 相供 电 装 置ABC牵引变压器牵引变压器电 分 相变 电 所S S 2变 电 所S S 1电 分 相异 相 供 电同 相 供 电117BA C平 衡 牵 引变 压 器电力系统同相供电系统座座 隔离变压器 隔离变压器S
8、 V GS V G下层控制器IIcL平 衡 变 压 器 特 性I即 当 平 衡 牵 引 变 压 器 次 边大 小 相 等 ， 无 功 电 流 为 0时 ， 可 实 现 原 边 三 相 电 流平 衡 ， 且 功 率 因 数 为 1。 0.5pII即 应 满 足 ：Lpqii负 载 电 流 由 有 功 电 流 和 无 功 电 流 两 部 分 组 成 ， 同 相 供 电 装 置将 负 载 有 功 电 流 的 一 半 由 相 传 递 到 相 ， 且 相 发 出 无 功 电 流 供给 负 载 ， 以 补 偿 无 功 ,从 而 实 现 变 压 器 次 边 两 相 电 流 相 等 ， 无 功 为 0.Li补 偿 原 理 piqi0.5pqcII实 现平 衡同 相 供 电 基 本 原 理 基 于 平 衡 变 压 器
