分段式同相供电系统机车自动过分相研究
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摘 要：通过对分段式同相供电系统接触网电分相处运行方式的研究，提出了一种分段式同相供电系统机车自动过分相的方法，可实现正常情况下按分段或贯通方式运行，在事故情况下需要异相供电时按电分相方式运行，并分析了此系统对牵引变电所亭继电保护的影响。
关键词：分段式;同相供电;自动过分相
中图分类号：U223 文献标志码：A 文章编号：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
我国现行的电气化铁路供电系统为求得对电力系统的平衡，牵引变电所采用三相进线换相连接，接触网采用分段分相供电，各相之间装设电分相装置。列车过分相要退级、断电，依靠惯性过“电分相”，电分相由于其机械、电气上的弱点，不仅成为速度和牵引力损失的主要原因，也是整个系统最薄弱的环节之一。
采用单相变压器供电的同相供电系统和采用同相供电装置的同相供电系统能够取消变电所出口接触网电分相，提高列车运行的安全可靠性，提高供电能力和线路运力，节能节容，具有显著的经济、社会综合效益，但是目前我国既有的同相供电系统基本上以分段式同相供电系统为主，由于事故情况下越区供电的需要，变电所出口处基本仍按电分相设置，在电分相处机车断电通过，导致即使牵引变电所为同相供电，机车仍按异相供电断电通过，同相供电牵引变电所正常运行可以取消电分相的这一巨大优势无法得以实现。
1 同相供电系统
1.1 采用单相变压器供电的同相供电系统
单相牵引变压器容量利用率高、投资低、设备简单、占地小，在电力系统电源条件较好，牵引变电所各项电能质量满足相关要求的条件下牵引变电所主变压器可以采用单相变压器接线。
从图1中可以看出，在分区所1与分区所2之间、分区所2与分区所3之间、分区所3与分区所4之间实现了分段式同相供电。
1.2 采用对称补偿技术或有源滤波器实现的同相供电系统
经各种接线变压器和对称补偿构成的单相供电系统可统称為三相-单相对称补偿系统，它与单相牵引变压器一样，都可避免在牵引变电所出口处采用电分相[1]。在对称补偿系统实现的同相供电系统中，以下接线变压器均可作为牵引变压器[2]：YN，d11接线;V，V接线;YN，2d（十字交叉）接线;不等边Scott接线及其他类型的不等边平衡接线。三相-单相对称补偿系统与单相变压器系统最主要的区别在于对负序的抑制能力。但即使在同一电力系统中，不同进线处的系统短路容量不同，承受负序的能力也不同。在同一条件下，三相-单相对称补偿系统通常对负序的抑制能力更强，供电系统电能质量更好。
1.3 采用有源滤波器实现的同相供电系统
基于有源滤波器的平衡变换技术不仅能达到三相平衡供电的目的，而且能动态补偿谐波和无功。文献[3-8]将有源滤波器和不同接线方式的变压器有机结合，构建基于有源滤波器的同相牵引供电系统。
同相牵引供电系统由牵引网和同相牵引变电所组成，以AT牵引供电系统为例，见图2所示。其中，SS1-SS3为同相AT牵引变电所，它主要由牵引主变压器和平衡变换装置构成（图中用BCD表示）。
同相AT牵引供电系统与采用换相连接的系统相比，具有如下特点：（1）各变电所的结构和接线完全相同，一次系统不再换相连接，牵引侧各供电臂电压相同，从而可取消电分相，实现同相供电。（2）由于平衡变换装置的作用，可以完全消除系统不平衡，滤除谐波并补偿无功，使变换剧烈、含有大量谐波、低功率因数的不对称单相牵引负荷，对于电力系统而言，仅相当于一个纯阻性的三相对称负荷。（3）可以最大限度地提高变压器容量利用率。
2 电分相处隔离开关运行方式
2.1 常规运行方式
在目前的分段式同相供电系统中，由于事故情况下越区的需要，正常情况下基本运行方式还是按电分相方式运行（见图3），即正常时分相处隔离开关处于分位，事故情况下需要越区时隔离开关闭合，机车在电分相处断电通过。此种运行方式制约了同相供电系统电分相可取消的巨大优势。
2.2 电分相按贯通方式或电分段方式运行
由于同相供电系统具备取消电分相的条件，可利用接触网处电分相自身的特点，在正常运行时按贯通方式或按电分段方式运行，即接触网分相处电动隔离开关均处于合位或只有一个开关处于分位，在需要事故越区时改变分相隔离开关的状态，将隔离开关均转换至分位，见图4。这样，电分相根据运行方式“可进可退”，便解决了取消“电分相”的后顾之忧。 3 车载自动控制过分相系统
（1）在同相供电系统牵引变电所每个分相点附近单股道安装6个磁感应器，机车依次经过第一、第二、第三、第四、第五、第六个磁感应器。第一、第二个磁感应器“同相确认点1”、“同相确认点2”为电磁铁，第三至第六个磁感应器“预告点”、“强迫断点”、“恢复点1”、“恢复点2”为常规分相处设置的磁感应器，如图5所示。
（2）通过电分相处隔离开关常开常闭接点的情况实现电分相处运行方式的判断（电分相运行方式由供电部门根据供电系统情况确定是否具备实现条件），并将代表电分相运行方式的电信号传送至第一、第二个磁感应器，与第一、第二个磁感应器分别构成电磁感应回路，见图6。当电分相处于分段或贯通方式运行即分相处隔离开关均处于合位或只有一个隔离开关处于分位时，第一、第二电磁感应器回路均接通，此时列车车载信号判断装置视第三至第六磁感应器信号失效，机车不断电通过;当电分相处于分相方式运行即分相处两个隔离开关均处于断开位置时，第一、第二电磁感应回路均不接通，列车依次通过“分相确认点1”、“分相确认点2”，只要其中1个未检测到磁感应信号，机车即转换为电分相运行方式断电通过，经过第三磁感应器“预告点”，启动列车主断路器分闸;经过第四磁感应器“强迫断点”，若列车还未完成主断路器分闸，强迫分断，若已完成，信号失效;经过第五磁感应器“恢复点1”，列车断路器合闸，恢复到过分相前工况;经过第六磁感应器“恢复点2”，若还未完成恢复，继续恢复;若已恢复，信号失效。
（3）在机车行进方向常规电分相地面标示牌“禁止双弓”、“T断”、“断”等断合标之前设置“同相”标示牌，提醒司机进入同相运行分相运行转换区域，正常按分段或贯通方式运行时无需降弓通过;在事故或越区情况采用分相方式运行时，司机无需采用人工控制系统过电分相;在事故或越区情况并且车载自动控制装置故障时可采用人工控制系统过电分相。
4 列车自动控制过分相系统
4.1 常规列车自动控制过分相系统
列控自动控制方式下，列车正向运行时，当列车前端距正向断电标还有一定时间时，车载控制设备向列车发送过分相指令（实现主断路器分闸），当列车前端通过反向断电标后一定距离时，车载控制设备向列车发送撤销过分相操作的指令（实现主断路器合闸）。
4.2 同相供电分相处列车自动控制过分相系统
列控自动控制方式下，同相供电电分相处按贯通或者分段方式运行时，车载控制设备正常在此处不发送过分相指令，列车不降弓自动通过。当供电系统出现故障需要同相供电转为异相供电时，分相处电动隔离开关按倒闸程序均转换至分位，本处调整为电分相方式运行时，由供电部门通知行车部门，按过分相方式运行列控系统。
自动控制的列车自动过分相系统故障时，根据设置的同相供电系统的地面标志牌，采用人工控制。
5 分段式同相供电系统机车自动过分相对继电保护的影响（见表1）
可根据线路等级、信号系统设置、供电系统设置情况，相应选择所需要的运行方式。
6 结束语
（1）本系统可实现高速铁路、客运专线、城际铁路和普速铁路分段式同相供电系统机车在同相供电变电所分相处正常按分段或貫通方式运行，在需要相邻牵引变电所越区时按电分相运行。列车平常不断电通过，提高了列车运行速度，减少了机车断路器的开断次数，提高了机车断路器的寿命。
（2）在异相供电时可优先实现列车自动控制断电过分相、车载自动控制断电过分相，在自动过分相故障时可采用手动过分相。
（3）本系统可在同相供电系统灵活分段，电分相可进可退，解除了分段式同相供电取消电分相的后顾之忧。
（4）同相供电牵引变电所处电分相正常按分段或贯通方式运行，避免了机车需断电通过停入无电区，可提高牵引供电系统的可靠性;两供电臂可互相支援，提高了牵引供电系统的供电能力和线路运力，节能节容。
（5）本系统适用于变电所采用同相供电装置的同相供电系统，也适用于常规未设置同相供电装置但采用单相变压器供电的同相供电系统。
参考文献：
[1]李群湛，贺建闽.电气化铁路的同相供电系统与对称补偿技术[J].电力系统自动化，1996，20（4）：9-11，28.
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