高速铁路同相供电系统特点

所谓同相供电[26]是指沿线的各个牵引变电所供电臂都采用同一相电压向牵引负荷供电。同相牵引供电系统组成如图2.1所示，主要由向电气化铁道供电的一次系统、三相变单相牵引变电所和牵引网三部分组成。一次系统通常就是电力系统，其电压一般为110 kV或220 kV，有的国家是由独立电厂和专用电网向电气化铁道供电。牵引网包括接触网、钢轨和回流线，主要有简单直供式、带回流线直供式、BT式、AT式或CC式等多种供电方式，不同的供电方式会影响系统的结构和性能。与异相供电不同的是，牵引网各供电区段电压相别相同；图2.1中SP1和SP2为分段断路器，根据系统状况和运行需要断开或闭合分段断路器，实现单边或多边或贯通式供电。图2.1中，SS1、SS2和SS3为三相/单相牵引变电所，视牵引主变压器类型、补偿装置的结构和牵引网供电方式不同而有不同种类，其功能主要是降压和实现三相到单相的变换；三相/单相牵引变电所一般是由牵引主变压器和平衡补偿装置两部分组成，主变压器主要完成降压和隔离的任务，平衡补偿装置主要完成平衡变换和补偿的任务，也有将二者组合为一个整体共同完成降压、变换和补偿任务。与异相供电模式相比，同相牵引供电系统具有以下特点：

图2.1　同相牵引供电系统示意图

（1）各变电所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，从而可取消分相绝缘器，省去自动过分相装置，避免了列车断电过分相的“闯八跨”问题，实现了同相供电，消除了高速列车过分相绝缘器所存在的安全隐患，适宜高速铁路运行。由于各供电臂电压相同，当条件允许时可以将各供电臂连通构成贯通供电，这样可以提高供电臂末端电压，降低线路损耗，改善供电性能；由于各变电所结构和接线完全相同，便于运行维护。(www.xing528.com)

（2）由于平衡补偿装置可以完全消除系统不平衡，滤除谐波，补偿无功。因此，含有大量谐波、无功且严重不对称的单相牵引负荷，经平衡补偿装置变换与补偿后，可以等同于一个三相对称的纯阻性负荷。

（3）可以最大限度地提高变压器容量的利用率。常规的供电系统除单相变压器外，无论是YN，d11接变压器，还是平衡变压器（包括Scott变压器、阻抗匹配平衡变压器、三相变四相变压器等）在实际中其容量都不能得到充分利用。以YN，d11接变压器为例，当两个供电臂满负荷时变压器容量利用率最高，这时容量利用率也只能（负载容量与变压器容量比值）达到76%。而YN，d11接变压器实现的同相牵引供电系统，完全补偿时系统三相完全对称，并且只承担负载有功功率，以负载功率因数为0.8计算，这时变压器容量为负载容量的0.8倍，所以变压器容量利用率可达125%。

（4）供电的灵活性和可靠性提高，可根据要求断开或闭合分段断路器，实现单边或多边或贯通式供电，使牵引网电压损失和功率损失降低。

（5）由于各变电所都用同一相电压向负荷供电，若没有平衡补偿装置，将会造成更严重的不平衡。所以，加设平衡补偿装置是必然的选择。由于完全补偿时平衡补偿装置的容量与负荷的实际容量相当，所以同相供电需要很大容量的平衡补偿装置，必然导致变电所的一次投资增加。由于功率开关管耐压受限，为了降低开关管所承受的电压，用于平衡补偿的逆变器通常需要经匹配变压器接入系统，在完全补偿时匹配变压器的容量等于甚至必须大于负载容量，即便是满意补偿时其容量和价格也非常可观。