陈凯
中国铁路成都局集团有限公司西昌工电段，四川省西昌市，615000
摘要：近年来，社会经济水平一直在飞速发展，人们的出行质量得到提升，出行方式的多样化进一步对优质交通发展起到促进作用。铁路属于人们交通运输当中选择比较多的一种出行方式，其可以保障乘客在乘坐当中更加安全、舒适等。铁路牵引供电系统不仅可以保障铁路交通的稳定性，而且对电气化铁路的提速有非常重要的影响。本文主要同相供电技术在电气化铁路中的应用
关键词：负序；电分相装置；电能质量；同相供电技术
引言
同相供电技术在电气化铁路良好形势下有着巨大的发展前景，尤其在高压直流输电大力发展的背景下，大功率开关器件得到了广泛应用，给同相供电的发展提供了巨大的推力。在当前牵引负荷向着大功率方向发展的形势下，单一的交-直-交同相补偿装置已经不能满足电压等级和容量的要求，需要采用并联、级联、模块化等拓扑结构，以提高补偿装置的耐压水平和容量等级，这也是目前研究和应用的主要方向。同时，结构的复杂性对功率器件的控制和调制策略提出了更高的要求，需要进一步研究高性能的拓扑结构和控制方式来达到良好的运行效果和取得较好的经济效益。
1同相供电技术
采用同相供电技术，能够从根本上解决以负序为主的电能质量问题和电分相问题。同相供电技术主要通过对牵引供电系统的改造，牵引变压器原边不再轮换，变电所单相供电，能够使电气化铁路各供电区段具有相同的电压相位，继而从根本上去除电分相；通过同相供电装置实现三相/单相的对称变换，解决了电能质量问题。随着电力电子技术的快速发展，现在的同相供电技术可通过实时检测系统的综合补偿电流，控制潮流控制器，达到平衡三相、滤除无功电流的目的，同相供电系统结构如图1所示。同相供电装置由常规牵引变压器和同相补偿装置组成，同相补偿装置应用现代电力电子技术和微处理器控制技术进行补偿，消除系统的三相不平衡，实现牵引系统的单边或者双边贯通式供电。与原有的异相供电制式相比，同相供电制式主要具有以下技术优势：(1)解决电能质量问题。同相补偿装置通常为一个潮流控制器，两端分别连接牵引变压器的α相和β相，由α相承担主要的供电任务，由β相承担负序、谐波和无功补偿以及次要供电任务，从而在同相供电装置容量允许的范围内，消除电力系统的三相不平衡，同时滤除无功和谐波。(2)消除电分相。由牵引变压器分出的两相只采用α相直接对牵引负荷供电，取消了变电所出口处电分相装置。同时，为预防电力系统经由多个变电所构成回路，用分段绝缘装置替代原有的分区所电分相装置。而分段绝缘装置安装距离近，两端没有相位差，机车通过时无需采取措施，不会对行驶速度产生影响，这样就形成了无电分相的同相供电制式。一方面，可避免列车过电分相时因开关切换引起的暂态过电压和过电流等对车载设备和供电设备的不良影响，提高铁路供电系统和列车运行的安全性和可靠性；另一方面，可以实现铁路客运高速化、货运重载化的目标。(3)实现再生制动。潮流控制器使得牵引变电所在列车制动时，再生电能反馈至电力系统，能有效节约供电资源，节省供电维护费用，改善列车再生电能的利用效果，节能减排效果明显。(4)提高牵引变压器容量利用率。对于既有线路的同相供电改造，同相供电制式可显著提高牵引变电所的供电能力；对于新建线路，牵引变压器的设计容量与原有异相供电模式相比大幅下降。
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2、电气化铁路牵引供电系统的瓶颈
( 1 )过分相存在的问题牵引供电系统在牵引变电所和分区处设置电气分相。 设置机电气过程复杂，自动相过装置结构复杂，工作频繁，寿命短，可靠性低。(2 )电分相引起的列车速度和牵引力损失问题受列车速度、长大编组双弓流影响，高受列车速度、长大编组双弓流影响，高铁中性段长度增加，影响牵引供电系统整体性能，重载铁路速度低，过电压分相时列车速度进一步降低，特殊情况下如大坡道上设置的电分相容易造成重载列车坡停。( 3)以负序为主的电能质量问题；目前，电气化铁路牵引供电系统的运行方式主要由牵引变压器的接线方式决定，其中单纯相配线以外为两相(异相)供电，牵引负载相对于三相电力系统具有不对称性。 高速、重载列车牵引弓|功率的增大也使得电能质量的反相问题越来越突出。 我国电气化铁路的过度相问题和电能质量问题，不仅严重限制了铁路的高速、重载发展，而且引起电力部门和铁路部门在电能质量问题上的观点分歧，引起电力部门和铁路部门的相互影响和制约，非常不利于电力和铁路的发展，有可能影响国民经济的发展 为了有效解决上述问题，通过现代电力电子技术和控制理论，实现电气化铁路的同相供电和更高水平的贯通供电是必不可少的。
3、控制保护
3.1运行方式
正常运行时，所有主馈电支路和同一个馈电支路组成一组，固定备用，并安装自起动装置，当1路电源、1台主变压器或高压匹配变压器发生故障时，通过备用起动功能将单相变压器和高压匹配变压器切换成一组，在另一组运行。两个同相供电变换器在正常运行时与10kV母线并联运行，当一个变换器故障时，另一个变换器工作；也可以独立工作，形成固定的备用方式。在整个设置的协调控制器中，通过检测主电源支路的有功负载来调节同相电源转换器的功率输出，实现有功功率分离时的负序补偿。
3.2保护配置
所有主要供应支路和2×27.5kv系统的保护配置与常规牵引变电所相同。其中，主馈电支路二单相连接牵引变压器上设置差动速断、过载以及外壳保护，输入端设置失压、低压过流保护等。同相供电装置设置有差动功率保护，其中设备分别配备有相应的保护装置。直驱式交流变频器设置交流过流保护、交流过压/欠压保护、直流过流/欠压保护、短路保护、模块失电保护(模块通信故障)等内部保护；高压匹配变压器和牵引匹配变压器设置外壳保护、差动保护、过流保护、过载保护等。
4、供电系统新技术的具体发展前景
新技术主要的目的是保障铁路交通运行的安全性，与此同时，提升供电运输服务的高质量。因此，在研究电气化铁道供电系统的具体新技术时，需要把铁路安全发展放在重要位置，除此之外，还需要考虑减排、节能以及降耗等问题。我国的电气化铁道网络在发展当中呈现出一种密集化趋势，并且和通信干线相互交集，这样可以避免供电系统对通信设备造成影响，进而保障电气化铁道供电系统在发展中朝向合理化、科学化方向发展。除此之外，由于不断深入研究电气化铁道供电系统的新技术，因此，对供电系统新技术存在非常高的要求，在这种背景之下，需要持续培养专业化的研究团队以及研究人才，进而使得我国电气化铁道供电系统新技术的发展存在持续性。
结束语
同相供电技术在电气化铁路良好形势下有着巨大的发展前景，尤其在高压直流输电大力发展的背景下，大功率开关器件得到了广泛应用，给同相供电的发展提供了巨大的推力。在当前牵引负荷向着大功率方向发展的形势下，单一的交-直-交同相补偿装置已经不能满足电压等级和容量的要求，需要采用并联、级联、模块化等拓扑结构，以提高补偿装置的耐压水平和容量等级，这也是目前研究和应用的主要方向。同时，结构的复杂性对功率器件的控制和调制策略提出了更高的要求，需要进一步研究高性能的拓扑结构和控制方式来达到良好的运行效果和取得较好的经济效益。
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