《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第四部分裝備《國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)示范線溫州市域鐵路同相供電技術(shù)裝備與運(yùn)用 》

本期項(xiàng)目簡(jiǎn)介

完成單位: 西南交通大學(xué)、 溫州市鐵路與軌道交通投資集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司、 成都尚華電氣有限公司、 中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司、 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

主要完成人: 李群湛、 吳越、 李紅、 解紹鋒、 曲行亮、 郭鍇、 易東、 彭偉、 李子晗、 馬向東、 汪自成、 謝清、 徐平平、 吳波、 李書謙

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　(一)項(xiàng)目背景

　　與城市軌道交通普遍采用的直流牽引供電制式相比,單相工頻交流制式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、一次性投資少、運(yùn)行維護(hù)方便等顯著優(yōu)點(diǎn),但也存在不足,以下問題尤為突出:

　　(1)以負(fù)序?yàn)橹鞯碾娔苜|(zhì)量問題。列車為單相負(fù)荷,具有不對(duì)稱性,其功率增大也使電能質(zhì)量中的負(fù)序問題越發(fā)突出。

　　(2)電分相的無電區(qū)造成列車速度和牽引力損失問題。市域鐵路車站間距小,列車啟動(dòng)和制動(dòng)頻繁,電分相造成的無電區(qū)嚴(yán)重影響列車運(yùn)行安全,特殊情況下還容易造成列車坡停,釀成事故。電能質(zhì)量問題和電分相問題,嚴(yán)重影響了市域鐵路的安全運(yùn)行,對(duì)電力和市域鐵路的發(fā)展十分不利。為有效解決上述問題,借助現(xiàn)代電力電子技術(shù)和控制理論,實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路同相供電和更高層次的貫通供電是必由之路。

　　(二)技術(shù)概況

　　創(chuàng)建了牽引變電所電氣量通用變換理論,統(tǒng)一了牽引供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),奠定了同相供電和電能質(zhì)量綜合治理技術(shù)的理論基礎(chǔ)。構(gòu)建了同相供電技術(shù)體系,發(fā)明了基于單相變壓器的組合式同相供電等關(guān)鍵技術(shù),研制并應(yīng)用了同相供電成套裝置,實(shí)現(xiàn)了取消電分相、改善電能質(zhì)量、提高供電能力和運(yùn)輸能力等目標(biāo)。掌握了牽引網(wǎng)分段保護(hù)與測(cè)控、牽引負(fù)荷狀態(tài)監(jiān)測(cè)、接觸網(wǎng)故障定位等關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)并應(yīng)用了牽引網(wǎng)分段保護(hù)與狀態(tài)測(cè)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷狀態(tài)感知、故障正確定位和快速切除,解決了牽引網(wǎng)供電可靠性低、故障影響范圍大、故障定位不準(zhǔn)等問題。

　　(三)適用范圍

　　同相供電技術(shù)適用于采用工頻單相交流制的高速鐵路、市域鐵路、重載鐵路、城市軌道交通等。

　　(四)獲獎(jiǎng)情況

　　(1)2020年,“新一代軌道交通牽引供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用冶獲四川省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。

　　(2)2019年,“電氣化鐵路組合式同相供電關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用冶獲中國鐵道學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

　　(3)2020年,國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)示范線溫州市域鐵路同相供電技術(shù)裝備與運(yùn)用,獲中國交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

　　(4)2017年,“軌道交通同相供電技術(shù)冶獲中國城市軌道交通科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽總決賽一等獎(jiǎng)

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　　(1)提出并在市域鐵路應(yīng)用了單相組合式同相供電整體技術(shù)方案,實(shí)現(xiàn)了同相補(bǔ)償容量最小化、牽引變壓器容量利用率最大化的系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo),以最小的投入同時(shí)解決了市域鐵路交流牽引供電系統(tǒng)的電分相問題和電能質(zhì)量問題。

　　(2)完成市域鐵路單相組合式同相供電系統(tǒng)的工程建設(shè),進(jìn)行市域鐵路單相組合式同相供電系統(tǒng)的工程化試驗(yàn)和驗(yàn)證。制定了裝置級(jí)和系統(tǒng)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案,驗(yàn)證了單相組合式同相供電技術(shù)原理、牽引變電所主接線、同相補(bǔ)償裝置控制策略和運(yùn)行指標(biāo)、同相補(bǔ)償裝置的備用方式及安全性和穩(wěn)定性,證明了該技術(shù)對(duì)市域鐵路的適用性。

　　(3)研制了不等邊不等容Scott接線變壓器和3~5MW電氣化鐵路用10kV及以下同相供電變流器,開發(fā)了配套的牽引匹配變壓器和成套保護(hù)裝置。

　　(4)針對(duì)市域鐵路運(yùn)行組織特點(diǎn)和要求建立了單相組合式同相供電系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)體系,實(shí)踐驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性,保證了市域鐵路供電系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

　　(5)以溫州市域鐵路為基礎(chǔ),首次形成市域鐵路同相供電裝置技術(shù)規(guī)范,將同相供電技術(shù)納入市域鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范和市域快速軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范,為市域鐵路同相供電技術(shù)推廣應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

同類項(xiàng)目比較

詳見表 1。

　　單相組合式同相供電裝置的成功研發(fā),緊密契合了我國軌道交通建設(shè)的需要,實(shí)現(xiàn)了安全可靠、高供電質(zhì)量、綜合配置資源的牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工和運(yùn)行維護(hù),形成了一系列組合式同相供電技術(shù)和大容量電力電子集成技術(shù)等方面的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),使我國繼續(xù)引領(lǐng)軌道交通電氣化與自動(dòng)化研究領(lǐng)域和技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展。

應(yīng)用案例

　　(一)“十一五冶科技部支撐計(jì)劃重大專項(xiàng)課題“電氣化鐵路同相供電裝置冶2007年10月,科技部在國家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“電力電子關(guān)鍵器件及重大裝備研制冶中立項(xiàng)批準(zhǔn)“電氣化鐵路同相供電裝置冶課題。課題完成的電氣化鐵路同相供電裝置于2010年10月28日在成(都)昆(明)鐵路眉山牽引變電所成功投入試驗(yàn)運(yùn)行(見圖3),于2011年7月17日通過科技部組織的專家鑒定驗(yàn)收并得到了高度評(píng)價(jià)。

　　(二)山西中南部鐵路通道

　　根據(jù)《中國鐵路總公司關(guān)于組織開展高速、重載綜合試驗(yàn)的通知》(鐵總科技[2013]89號(hào)),為進(jìn)一步增強(qiáng)鐵路自主創(chuàng)新能力,提高我國鐵路重載技術(shù)裝備水平,選擇山西中南部鐵路通道沙峪牽引變電所供電范圍內(nèi)由西南交通大學(xué)牽頭開展單三相組合式同相供電技術(shù)試驗(yàn)。2014年12月28日,“單三相組合式同相供電裝置冶一次投運(yùn)成功(見圖4),標(biāo)志著具有我國完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的同相供電技術(shù)及裝備已進(jìn)入了工程化應(yīng)用階段,為繼續(xù)引領(lǐng)世界單相工頻電氣化鐵路牽引供電技術(shù)又邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

　　(三)溫州市域鐵路S1線

　　2014年9月,經(jīng)國家發(fā)展改革委批準(zhǔn)同意,溫州市域鐵路S1線一期工程裝備研發(fā)項(xiàng)目正式列入國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)示范線工程,同相供電技術(shù)是4項(xiàng)重點(diǎn)示范內(nèi)容之一(見圖5)。溫州市域鐵路S1線一期工程是被列入“十二五冶國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)示范線工程的第一條軌道交通項(xiàng)目,也是溫州市首個(gè)國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)示范項(xiàng)目,具有創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)、自主化程度高、成長(zhǎng)潛力大、綜合效益好等特征,具有重大引領(lǐng)帶動(dòng)作用。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,單相組合式同相供電技術(shù)能夠取消電分相,消除無電區(qū),消除列車過電分相時(shí)失電、失速等對(duì)運(yùn)營的影響,改善列車運(yùn)行條件,保障行車安全,年均減少列車失電現(xiàn)象12萬次,運(yùn)輸提速節(jié)約市民出行時(shí)間8郾3萬小時(shí);在兩部制電價(jià)條件下,降低牽引變壓器安裝容量,提高牽引變壓器容量利用率,節(jié)省了基本容量電費(fèi);擴(kuò)大機(jī)車再生能量的吸收范圍,提高牽引供電系統(tǒng)對(duì)再生能量利用率。避免牽引負(fù)荷產(chǎn)生電能質(zhì)量方面不良影響,有助于鐵路和電力事業(yè)和諧發(fā)展,實(shí)現(xiàn)雙贏。顯著提升我國軌道交通牽引供電技術(shù)水平和裝備水平,促進(jìn)我國同相供電及電力電子等配套行業(yè)生產(chǎn)制造與應(yīng)用技術(shù)的整體進(jìn)步。