摘要：基于组合式同相供电技术的市域铁路牵引供电系统相较于常规牵引供电系统，不同之处在于在牵引变电所增加同相供电装置实现以负序为主的电能质量治理，同时可取消变电所出口处的电分相。首先，介绍了常规供电方式牵引供电系统；其次，介绍了基于组合式同相供电技术的牵引供电系统；然后，对组合式同相供电技术负序的影响进行了理论分析；最后，以温州市域铁路S1线试运行期间的某天数据为例，说明基于组合式同相供电技术的市域铁路牵引供电系统能够实现对负序的实时治理。
关键词：市域铁路；牵引供电系统；组合式同相供电技术；负序电流；
Study on Negative Sequence of Traction Power Supply System of Urban Railway
LI Hong
Abstract：Compared with the conventional traction power supply system, the urban railway traction power supply system based on combined in-phase power supply technology is different in that the negative sequence power quality control is realized by adding in-phase power supply device in traction substation, and the phase separation at the outlet of substation can be cancelled. Firstly, the conventional traction power supply system is introduced; secondly, the traction power supply system based on combined in-phase power supply technology is introduced; thirdly, The influence of negative sequence based on single-phase combined in-phase power supply is analyzed theoretically. Finally, taking the data of one day during the trial operation of Wenzhou regional railway line S1 as an example, the paper illustrates that the urban railway traction power supply system based on combined in-phase power supply technology realizes the real-time control of negative sequence.
Keywords：urbanrailway; traction power supply system; co-phase power supply technology;negative sequence ;
0 引言
近年来，我国轨道交通事业蓬勃发展，干线电气化铁路正朝着“高速化、重载化”的目标不断迈进[1-3]。与此同时，作为城市发展强心剂的市域铁路建设也方兴未艾。顾名思义，与长距离的干线电气化铁路相比，市域铁路主要在城市之中穿行，其站间距相对较短，列车需要频繁地启动与制动，再生制动所占的能量比率高。此时，若采用传统的交流牵引供电系统为市域铁路供电，其含有的电分相环节将严重影响列车运行。列车通过电分相时失去牵引力，若列车初速度过低将导致列车无法靠惯性通过
电分相，造成停车的重大事故。此外，电分相的存在也会影响再生制动能量的利用，再生制动产生的能量仅可用于同一供电臂的列车，其利用率较低。此外，对于Vv、Scott等接线方式，再生制动会加剧PCC处的负序电流[4]。
市域铁路具有站间距短、制动频繁的特点，进行牵引变电所同相供电设计，能够取消电分相、提高再生能量利用率、改善电能质量、增加线路运力。进行基于组合式同相供电技术[1-3]的市域铁路牵引供电系统方案研究，能够为我国市域铁路建设提供一定的理论支撑。
1常规供电方式牵引供电系统
牵引供电系统由牵引变电所和牵引网构成。牵引供电系统将电力系统的电源引入牵引变电所，牵引变电所通过牵引网向机车提供电能。常规牵引变电所接线有单相接线（如图1所示）、Vv接线（如图2所示）、Scott接线（如图3所示）等[1-3]。
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Fig. 3 Scott wiring diagram
2基于组合式同相供电技术的温州市域铁路牵引供电系统
基于组合式同相供电技术的市域铁路牵引供电系统相较于常规牵引供电系统，不同之处在于在牵引变电所增加同相供电装置，取消变电所出口处的电分相。
组合式同相供电，即以牵引变电所的牵引变压器接线方式中最简捷、最经济的单相牵引变压器为基础，配以适量的同相（对称）补偿装置，达到取消牵引变电所出口处电分相以消除供电瓶颈，治理负序以满足三相电压不平衡度（负序）限值的电能质量要求，实现牵引变电所接线方式和供电装置容量的最佳匹配。
温州市域铁路S1线采用单相组合式同相供电技术，示意图如4所示。
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图4单相组合式同相供电方案示意图
Fig. 4Schematic diagram of single-phase combined in-phase power supply scheme
单相组合式同相供电牵引变电所内主要供电设备包括牵引变压器TT和同相供电装置CPD；同相供电装置CPD由高压匹配变压器HMT、交流电抗器L、交直交变流器ADA和牵引匹配变压器TMT构成；牵引变压器TT和同相供电装置CPD均为单相结构；高压匹配变压器HMT原边绕组的一端T0与牵引变压器TT原边绕组中点相接；牵引变压器TT原边绕组连接电力系统高压进线的同一线电压，图中为BC线电压（次边为bc线电压），即连接在三相中的B、C两相之间，高压匹配变压器HMT原边绕组的另一端T1连接三相中的另一相，图中为a相（次边为a相）；高压匹配变压器HMT次边绕组经过交流电抗器L连接交直交变流器ADA入端；交直交变流器ADA出端连接牵引匹配变压器TMT原边，产生与牵引变压器TT相同相位和频率的电压；牵引变压器TT次边绕组和牵引匹配变压器TMT次边绕组的电压幅值和相位相同且均与牵引母线相接。
3组合式同相供电技术的负序分析
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式(8)表明，的大小由牵引功率和负序功率允许值的差值决定，式(4)表明，负序功率允许值与短路容量成正比。这说明，在相同条件下，系统的短路容量越大，所需的补偿装置的容量就越小。
进一步，设组合式同相供电的负序补偿量为补偿前后负序功率之差，则
带入式(1)和式(2)，得
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这说明，在组合式同相供电系统中，补偿装置能补偿的负序功率是通过其的负荷功率的2倍。
4实例分析
以温州市域铁路S1线为例，采用基于单相组合式市域铁路牵引供电系统方案，同相供电装置100%备用。100%备用方式的牵引变电所接线原理图如5所示。
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图5 100%备用方式的牵引变电所接线原理图
Fig. 5 Wiring schematic diagram of 100% standby traction substation
以试运营期间某天测试数据为例，分析该牵引所的负荷过程，测试周期为24h，功率统计如图6所示。
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图6单相主变与同相供电装置功率
Fig. 6 Single-phase main transformer and power supply device
对图6中10:30:00至10:32:00时间段的数据进一步分析，得到有补偿与无补偿情况下的负序电流如图7所示。
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图7有补偿与无补偿情形下的负序电流
Fig. 7 Negative sequence current with and without compensation
表1电压电流不平衡度统计
Tab. 1 Voltage and current unbalance statistics
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由上述分析知，采用组合式同相供电后，可以实现负序的实时补偿。
5结论
本文介绍了常规供电方式牵引供电系统和基于组合式同相供电技术的牵引供电系统，并对同相供电技术的负序进行理论分析；最后，以温州市域铁路S1线试运行期间的某天数据为例，说明基于组合式同相供电技术的市域铁路牵引供电系统能够实现对负序的实时治理。
参考文献
[1]曹建猷．电气化铁道供电系统[M]．北京：中国铁道出版社，1983．
[2]李群湛，贺建闽．牵引供电系统分析[M]．成都：西南交通大学出版社，2012．
[3]李群湛．牵引变电所供电分析及综合补偿技术[M]．北京：中国铁道出版社，2006．
[4]解绍锋,李群湛.高速列车再生制动对负序影响研究[J].铁道学报,2011,33(07):14-18.
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