軌道交通負(fù)電壓回流直流供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣化軌道交通和電力電子直流變換技術(shù)領(lǐng)域，具體說是軌道交通負(fù)電壓回流直流供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]世界各國的電氣化軌道交通供電系統(tǒng)分為直流供電和交流供電兩種方式。采用電氣化線路的干線軌道交通(也稱大鐵路)，既有直流供電方式也有交流供電方式。采用電氣化線路的城市軌道交通(包括地鐵和輕軌等)，采用直流供電方式。干線軌道交通的直流供電系統(tǒng)，供電電壓一般為3000V電壓制式，城市軌道交通的直流供電系統(tǒng)，供電電壓一般為1500V或750V電壓制式。我國的城市軌道交通的直流供電系統(tǒng)兩種電壓制式都存在。北京和天津等早期修建地鐵的城市，許多城軌交通線路的供電制式是直流750V ;而上海和廣州等后期修建地鐵的城市，城軌交通線路的供電制式是直流1500V。直流供電電壓為1500V或3000V的軌道交通線路，往往用高架接觸網(wǎng)作為給列車供電的饋電線路；而直流供電電壓為750V的軌道交通線路，往往用受電接觸軌(由于列車的走行軌一般需要兩條，所以受電接觸軌也稱“第三軌”)作為給列車供電的饋電線路。
[0003]隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步，世界各國大中城市的交通擁堵問題日益嚴(yán)重，修建地鐵或輕軌等城市軌道交通，已經(jīng)成為各國普遍采用的有效解決途徑之一。目前，我國已有三十多個(gè)城市開始興建城市軌道交通。截止到2014年底，全國有21個(gè)城市運(yùn)營有88條城市軌道交通，運(yùn)營總里程2787.25公里。
[0004]無論干線軌道交通，還是城市軌道交通，只要是采用直流供電系統(tǒng)，到目前為止，除了新加坡的城市軌道交通采用第四軌作為回流線外，其他國家和地區(qū)基本上都是以列車的走行軌作為回流線(走行軌回流線)。這種采用走行軌回流線的直流供電系統(tǒng)普遍存在如下問題:
[0005](I)從列車返回直流牽引變電所的牽引回流，會通過走行軌對地絕緣不良的區(qū)域進(jìn)入道床形成雜散迷流。雜散迷流會對走行軌、整體道床結(jié)構(gòu)鋼筋、隧道結(jié)構(gòu)鋼筋、橋梁鋼筋以及城軌沿線的金屬設(shè)備產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，進(jìn)而影響城軌沿線各建筑結(jié)構(gòu)和金屬設(shè)備的使用壽命；
[0006](2)由于走行軌的鋼材料電阻率比較大，因此當(dāng)流過大電流時(shí)存在走行軌對地電位過高的問題，容易導(dǎo)致走行軌電位限制裝置頻繁動作。
[0007]此外，軌道交通直流供電系統(tǒng)中，再生制動能量利用并不充分，大量的再生制動能量被制動電阻以發(fā)熱的形式消耗，不僅產(chǎn)生極大的浪費(fèi)，在地下線路運(yùn)行時(shí)還帶來了隧道溫升問題。因此，采用能量回饋裝置或超級電容儲能裝置把再生制動能量回收起來再利用是目前解決這一問題的主要辦法。但是能量回饋裝置(能量回饋電網(wǎng))涉及到許多工程實(shí)際問題，而超級電容儲能裝置占地空間太大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供軌道交通負(fù)電壓回流直流供電系統(tǒng)，在傳統(tǒng)直流供電系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加了負(fù)電壓回流線和實(shí)現(xiàn)負(fù)電壓回流的直流變換器，采用負(fù)電壓回流線替代傳統(tǒng)直流供電系統(tǒng)中的走行軌回流線，可大幅降低或消除傳統(tǒng)直流供電系統(tǒng)中存在的雜散迷流、走行軌對地電位過高帶來的負(fù)面影響，能大大減小供電線路損耗，增大直流牽引變電所供電距離；同時(shí)，直流變換器可兼做列車再生制動能量的儲能裝置，用以提高直流供電系統(tǒng)再生制動能量利用效率并維持軌道交通直流供電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。
[0009]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0010]軌道交通負(fù)電壓回流直流供電系統(tǒng)，其特征在于，主要包括:
[0011]兩電平輸出或三電平輸出的直流牽引變電所1，正電壓饋電線2，走行軌3，負(fù)電壓回流線4、直流變換器5，
[0012]所述負(fù)電壓回流線4沿著走行軌設(shè)置，
[0013]所述直流變換器沿著走行軌設(shè)置若干個(gè)，
[0014]直流牽引變電所為兩電平輸出時(shí)，連接方式為:直流牽引變電所I的正極端11連接到正電壓饋電線2，直流牽引變電所I的負(fù)極端12連接到走行軌3，直流變換器5的高電位接線端子51連接到正電壓饋電線2，直流變換器5的中電位接線端子53連接到走行軌3，直流變換器5的低電位接線端子52連接到負(fù)電壓回流線4 ;
[0015]直流牽引變電所為三電平輸出時(shí)，連接方式為:直流牽引變電所I的正極端11連接到正電壓饋電線2，直流牽引變電所I的中點(diǎn)端13連接到走行軌3，直流牽引變電所I的負(fù)極端12連接到負(fù)電壓回流線4，直流變換器5的高電位接線端子51連接到正電壓饋電線2，直流變換器5的中電位接線端子53連接到走行軌3，直流變換器5的低電位接線端子52連接到負(fù)電壓回流線4。
[0016]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，直流變換器5的電流從中電位接線端子53流入時(shí)，就從高電位接線端子51和低電位接線端子52同時(shí)流出；反之，直流變換器5的電流從中電位接線端子53流出時(shí)，就從高電位接線端子51和低電位接線端子52同時(shí)流入；高電位接線端子51到中電位接線端子53之間的電壓值與中電位接線端子53到低電位接線端子52之間的電壓值可以相等，也可以不相等，但相等為優(yōu)先選擇；當(dāng)高電位接線端子51到中電位接線端子53之間的電壓值與中電位接線端子53到低電位接線端子52之間的電壓值相等時(shí)，高電位接線端子51和低電位接線端子52同時(shí)流入或同時(shí)流出的電流值也相等。
[0017]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，直流變換器5的數(shù)量和相鄰兩個(gè)直流變換器5之間走行軌區(qū)段的距離，由直流牽引變電所I輸出電平數(shù)、供電線路的長度、列車負(fù)荷以及列車運(yùn)行追蹤間隔等因素決定；相鄰兩個(gè)直流變換器5之間或直流變換器5與直流牽引變電所I之間的走行軌區(qū)段上只允許一列車運(yùn)行作為走行軌區(qū)段距離的優(yōu)選。
[0018]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，若直流牽引變電所I為兩電平輸出時(shí)，當(dāng)走行軌上有列車6運(yùn)行時(shí)，
[0019]非最鄰近直流牽引變電所I的直流變換器5，且該直流變換器5中電位接線端子53和走行軌3的連接點(diǎn)兩邊最鄰近的走行軌區(qū)段上至少有一邊走行軌區(qū)段上有列車6運(yùn)行時(shí)，該直流變換器5把列車6傳輸?shù)阶咝熊?上的電流通過中電位接線端子53輸入變換為高電位接線端子51輸出和低電位接線端子52輸出兩部分，其中:高電位接線端子51輸出的那部分電流回饋給列車6，低電位接線端子52輸出的那部分電流傳輸?shù)截?fù)電壓回流線4 ；
[0020]最鄰近直流牽引變電所I的直流變換器5把其低電位接線端子52流入的負(fù)電壓回流線4的電流和其高電位接線端子51流入的正電壓饋電線2的部分電流變換為中電位接線端子53的輸出電流，然后該電流直接返回到給列車6供電的直流牽引變電所I ;
[0021]非最鄰近直流牽引變電所I的直流變換器5，且該直流變換器5中電位接線端子53和走行軌3的連接點(diǎn)兩邊最鄰近的走行軌區(qū)段上都沒有列車6運(yùn)行時(shí)，則該連接點(diǎn)兩邊最鄰近的走行軌區(qū)段上沒有電流，該直流變換器5的三個(gè)接線端子也沒有電流。
[0022]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，最鄰近直流牽引變電所I的直流變換器5的中電位接線端子53連接到該直流牽引變電所I的負(fù)極端12后再連接到走行軌3時(shí)，當(dāng)走行軌上有列車運(yùn)行時(shí)，該直流牽引變電所I與走行軌3連接點(diǎn)兩邊最鄰近的走行軌區(qū)段上的電流最小。
[0023]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，若直流牽引變電所I為三電平輸出時(shí)，當(dāng)走行軌上有列車6運(yùn)行時(shí)，
[0024]直流變換器5中電位接線端子53和走行軌3的連接點(diǎn)兩邊最鄰近的走行軌區(qū)段上至少有一邊走行軌區(qū)段上有列車6運(yùn)行時(shí)，該直流變換器5把列車6傳輸?shù)阶咝熊?上的電流通過中電位接線端子53輸入變換為高電位接線端子51輸出和低電位接線端子52輸出兩部分，其中:高電位接線端子51輸出的那部分電流回饋給列車6，低電位接線端子52輸出的那部分電流傳輸?shù)截?fù)電壓回流線4后通過直流牽引變電所I的負(fù)極端12直接返回到直流牽引變電所I ;
[0025]直流變換器5中電位接線端子53和走行軌3的連接點(diǎn)兩邊最鄰近的走行軌區(qū)段上都沒有列車6運(yùn)行時(shí)，該直流變換器5中電位接線端子53和走行軌3的連接點(diǎn)兩邊最鄰近的走行軌區(qū)段上沒有電流，該直流變換器5的三個(gè)接線端子也沒有電流。
[0026]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，最鄰近直流牽引變電所I的直流變換器5的中電位接線端子53和該直流牽引變電所I的中點(diǎn)端13分別連接到走行軌3上時(shí)，且該兩個(gè)連接點(diǎn)之間的走行軌區(qū)段上有列車6運(yùn)行時(shí)，該直流牽引變電所I的正極端11流過的電流和負(fù)極端12流過電流不相等。
[0027]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述直流變換器5包含有兩組電容C51和C 52，
[0028]其中:電容C51連接在直流變換器5的高電位接線端子51和直流變換器5中電位接線端子53之間，電容C52連接在直流變換器5的中電位接線端子53和直流變換器5低電位接線端子52之間。
[0029]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，將直流變換器的電容C51和C52用超級電容或者電池等儲能單元全部替代或者部分替代后，直流變換器5不僅起到了負(fù)電壓變換的功能，還起到了列車再生制動能量存儲的功能。
[0030]本發(fā)明所述的軌道交通負(fù)電壓回流直流供電系統(tǒng)，在傳統(tǒng)直流供電系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加了負(fù)電壓回流線和實(shí)現(xiàn)負(fù)電壓回流的直流變換器，采用負(fù)電壓回流線替代傳統(tǒng)直流供電系統(tǒng)中的走行軌回流線，可大幅降低或消除傳統(tǒng)直流供電系統(tǒng)中存在的雜散迷流、走行軌對地電位過高帶來的負(fù)面影響，能大大減小供電線路損耗，增大直流牽引變電所供電距離；同時(shí)，直流變換器可兼做列車再生制動能量的儲能裝置，用以提高直流供電系統(tǒng)再生制動能量利用效率并維持軌道交通直流供電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。
[0031]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有軌道交通直流供電系統(tǒng)中采用走行軌作為回流線所帶來的雜散迷流問題，有利于提高軌道交通的建筑結(jié)構(gòu)和金屬設(shè)備的使用壽命，并有效降低走行軌對地電位過高的隱患；通過增加直流變換器及其負(fù)電壓回流線，在無需增加現(xiàn)有機(jī)車絕緣等級的前提下，可有效增大供電線路的供電距離，降低直流供電系統(tǒng)線路的電流定額；另外，直流變換器中的電容用超級電容或電池等儲能單元替換后，不僅起到了負(fù)電壓變換的功能，還能兼作再生制動能量的儲能裝置，提高直流供電系統(tǒng)再生制動能量利用效率，而不必額外增加其他儲能裝置。
【附圖說明】
[0032]本發(fā)明有如下附圖:
[0033]圖1(a)傳統(tǒng)直流牽引供電方案一示意圖，
[0034]圖1(b)傳統(tǒng)直流牽引供電方案一在一列列車運(yùn)行時(shí)示意圖，
[0035]圖1(c)傳統(tǒng)直流牽引供電方案一在兩列列車運(yùn)行時(shí)示意圖，
[0036]圖2(a)傳統(tǒng)直流牽引供電方案二示意圖，
[0037]圖2(b)傳統(tǒng)直流牽引供電方案二在一列列車運(yùn)行時(shí)示意圖，
[0038]圖2(c)傳統(tǒng)直流牽引供電方案二在兩列列車運(yùn)行時(shí)示意圖，
[0039]圖3(a)本發(fā)明方案一實(shí)施例一不意圖，
[0040]圖3(b)本發(fā)明方案一實(shí)施例一在一列列車運(yùn)行時(shí)不意圖1，
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