全國軍

（中鐵十一局集團電務(wù)工程有限公司，湖北 武漢 430074）

1 工程概況

溫州市域鐵路S1線是國內(nèi)交流供電制式同相供電技術(shù)在市域鐵路中的首次應(yīng)用，克服了前期同相供電方案的局限性，有效解決了現(xiàn)有的電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)以負序為主電能質(zhì)量問題，以及電分相引起的列車速度和牽引力損失等問題。本項目主要基于溫州市域組合式同相供電方案的創(chuàng)新性，把牽引變壓器和負序補償裝置在結(jié)構(gòu)上相互獨立，在功能上相互組合，根據(jù)外部電源和牽引負荷實際，在相關(guān)電能質(zhì)量指標（主要是負序指標）滿足國標要求的約束條件下，能實現(xiàn)同相補償裝置容量最小化，從而達到技術(shù)經(jīng)濟兼優(yōu)的目標。

2 同相供電系統(tǒng)研究

2.1 單相組合式供電方案

電力機車為單相負荷，對電力系統(tǒng)造成不平衡。若單相牽引負荷引起的三相不平衡超過了國標規(guī)定限值，可采用組合式同相供電技術(shù)進行補償，使三相不平衡達到國標要求。組合式同相供電技術(shù)具備控制、保護、監(jiān)測等功能，有效保證鐵路供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。組合式同相供電裝置通過高壓匹配變壓器，與單相牽引變壓器進行組合，可分別形成單三相組合式同相供電和單相組合式同相供電兩種系統(tǒng)應(yīng)用方案。經(jīng)過仿真模擬、數(shù)據(jù)分析，牽引變電標準、在經(jīng)濟上也是最合理的，因此，組合式同相供電方案在技術(shù)經(jīng)濟上均是最優(yōu)的。如圖1所示。

2.2 同相供電系統(tǒng)保護裝置

利用MATLAB/SMULINK平臺完成組合式同相供電系統(tǒng)建模，分析了同相補償支路的并聯(lián)接入對原有系統(tǒng)各部分的保護配置的影響，通過設(shè)置交流過流保護、交流過壓/欠壓保護、過溫保護、直流過壓/欠壓保護、短路保護、模塊失電（模塊通信故障）保護單元，完成同相所采用單相牽引變壓器就是組合式同相供電的最簡方式，組合式同相供電方案在技術(shù)上滿足供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性驗證。同相項目供電裝置電力電子控制原理圖如圖1所示，同相補償裝置投入前后效果對比如圖2所示。

圖1 同相項目供電裝置電力電子控制原理圖

圖2 同相補償裝置投入前后效果對比

2.3 同相供電系統(tǒng)補償裝置

為了保證同相供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性運行，有效解決電能質(zhì)量的問題，在同相供電系統(tǒng)中加入了同相補償裝置，基于k/n(G)系統(tǒng)對同相補償裝置不同備用方式可靠性進行了研究，分析了同相補償裝置備用數(shù)量與可靠性關(guān)系，對在1/2備用方式下牽引變電所內(nèi)同相補償裝置運行方式進行了分析，如圖5所示，基于實測負荷結(jié)合變壓器溫升模型對同相補償裝置運行方式進行了分析，基于牽引負荷特性進行組合式同相供電系統(tǒng)設(shè)計，對同相補償裝置運行與備用方式進行優(yōu)化，經(jīng)過試驗數(shù)據(jù)分析，如圖3所示，最終采用裝置級備用的方案能有效提高同相供電裝置的整體可靠性。

圖3 備用容量比例不同時同相補償裝置可靠度曲線

3 市域鐵路單相組合式同相供電系統(tǒng)調(diào)試

溫州市域同相供電系統(tǒng)提出分步安裝，單體調(diào)試和組合調(diào)試相結(jié)合的方式。通過設(shè)置不同類型的模擬信號，完成裝置的模塊化和系統(tǒng)的單體調(diào)試。利用在線監(jiān)測的方式，實時判定同相供電系統(tǒng)輸入和輸出的有功功率。通過實施監(jiān)控，可有效保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，確保同相供電補償裝置的功能。

4 市域鐵路單相組合式同相供電系統(tǒng)實施效果分析

溫州市域鐵路S1線成功投運后，委托北京交通大學(xué)對同相補償裝置運行效果進行了測試。經(jīng)測試，單相組合式同相供電技術(shù)能夠取消電分相，消除無電區(qū)，消除電力機車(或電動車組)過電分相時失電(暫態(tài)過電壓和過電流)、失速等對運營的影響，改善列車運行條件，保障行車安全，年均減少列車失電現(xiàn)象12萬次，運輸提速節(jié)約市民出行時間8.3萬小時；能夠綜合治理負序、無功等對電力系統(tǒng)的影響；在兩部電價制條件下，降低牽引變壓器安裝容量，提高牽引變壓器容量利用率，節(jié)省了基本容量電費；擴大機車再生能量的吸收范圍，提高牽引供電系統(tǒng)對再生能量利用率，降低電度電費。經(jīng)分析，同相供電系統(tǒng)的成功應(yīng)用，取得了良好的社會、經(jīng)濟效益。

（1）能夠解決電鐵對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響，電能質(zhì)量綜合治理或同相供電技術(shù)能夠解決電鐵諧波、負序、無功等對電力系統(tǒng)的影響，能夠提高電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)的供電可靠性。（2）能夠解決牽引變電所出口電分相對運營的影響。同相供電技術(shù)能夠解決電力機車（或電動車組）過電分相時失電（暫態(tài)過電壓和過電流）、失速等對運營的影響。（3）能夠擴大機車再生能量的吸收范圍。不采用同相供電技術(shù)時，只能是一個供電臂范圍內(nèi)的機車相互吸收再生能量，吸收不了的電能無償反饋至電力系統(tǒng)；采用同相供電技術(shù)后，可使整個變電所供電范圍內(nèi)的機車能夠相互吸收再生能量，相當于吸收再生能量的級車數(shù)量擴大了2倍。（4）減少電能再分配過程意味著減少電能線路損耗，實現(xiàn)全局節(jié)能和減排的環(huán)保功能。（5）由于兩部電價制的基本容量減少，節(jié)省了基本容量電費。（6）電分相數(shù)量減少后，機車過分相次數(shù)也相應(yīng)減少，能夠延長車載斷路器壽命和車載斷路器的檢修頻率，從而可節(jié)省費用。

5 結(jié)語

溫州市域鐵路率先采用組合式同相供電技術(shù)，從根本上解決單相工頻交流制供電方式帶來的不利因素，提高了電力系統(tǒng)電能質(zhì)量，減少了牽引變電所出口電分相對運營的影響，擴大了機車再生能量的吸收范圍，延長了動車組車載斷路器壽命，降低了車載斷路器的檢修技術(shù)標準；組合式同相供電技術(shù)最大程度上取消或避免電分相，避免列車過分相而造成的弓網(wǎng)事故、坡停事故、列車電氣暫態(tài)過程、列車速度和牽引力損失問題，優(yōu)化列車運行條件，改善旅客乘車體驗，有利于市域鐵路的安全穩(wěn)定運行。避免牽引負荷對電力系統(tǒng)產(chǎn)生電能質(zhì)量方面的不良影響，有助于鐵路和電力事業(yè)和諧共同發(fā)展，實現(xiàn)雙贏。顯著提升我國軌道交通牽引供電技術(shù)水平和裝備水平，促進我國同相供電及電力電子等配套行業(yè)生產(chǎn)制造與應(yīng)用技術(shù)的整體進步。